步履式顶推施工技术在跨高速公路变截面钢箱梁施工中的应用简介

步履式顶推施工技术在跨高速公路变截面钢箱梁施工中的应用简介

高青江

中交隧道工程局有限公司南京中心 南京市 210001

摘要：钢箱梁具有材料强度高、均质性好、适合工厂化制造、跨越能力强、抗震性能优越、外形美观，施工时对跨既有道路的干扰少等优点，与传统的预应力混凝土连续梁相比不存在跨中下挠及预应力损失等病害，优势明显，尤其是跨路、跨越深谷及河流、有景观要求的地区被普遍使用。钢箱梁安装施工主要分为吊装和顶推两种施工工艺，由于吊装工艺对施工场地的要求较高，吊装施工场地需要宽阔、平坦、周边无房屋、高压线等，大多数情况下吊装施工需要对跨路车辆进行限速、导行，影响正常行车，且起吊设备对基础的承载能力要求苛刻，往往需要对地基进行加固处理，起吊的风险较高，因此在钢箱梁安装时顶推施工是首选工艺。步履式顶推施工是目前钢箱梁施工常用的施工技术，该技术安全性较高，顶推精度控制较好，占用工期短，本文结合重庆三环高速公路箭沱湾枢纽互通跨渝长高速主线桥变截面钢箱梁顶推施工，介绍步履式顶推技术原理及应用。

关键词：钢箱梁，变截面，跨高速、顶推、原理、应用

1 引言

钢箱梁安装施工主要分为吊装和顶推两种施工工艺，由于吊装工艺对施工场地的要求较高，吊装施工场地需要宽阔、平坦、周边无房屋、高压线等，大多数情况下吊装施工需要对跨路车辆进行限速、导行，影响正常行车，且起吊设备对基础的承载能力要求苛刻，往往需要对地基进行加固处理，起吊的风险较高，因此在钢箱梁安装施工前，顶推施工是首选工艺，尤其是山区、跨高速、跨河流、大跨度、超重钢箱梁施工时，顶推施工优势更加明显。钢箱梁顶推常采用步履式顶推施工技术，重庆三环高速公路箭沱湾枢纽互通钢箱梁施工均采用该技术，并取得了圆满成功。

2 工程概况

箭沱湾枢纽互通跨渝长高速主线桥跨越山间冲沟，第4孔跨越渝长高速公路。第二联采用（40+50+40）m 连续钢箱梁，全桥钢结构重1800t。钢箱梁为变截面，桥宽为12～17.86m，采用单箱三室结构，箱梁悬臂长2m，梁高2.2m。顶板厚16mm，底板厚20mm，腹板厚14mm，横隔板设置3m一道。顶推过程中钢箱梁重心控制难度比较大。钢箱梁上跨渝长高速公路，该道路属主干道，车辆量较大。

3 步履式顶推技术

总体来说，顶推装备、液压动力系统、自动控制系统这三部分组成了步履式顶推全系统。钢箱梁的水平方向、垂直方向、前进方向的组合动作均是在计算机自动控制系统和液压动力驱动系统互通组合下完成的。

3.1 动作原理

竖向千斤顶顶升、油缸顶推平移、油缸缩缸落梁和油缸回程这4个步骤是步履式顶推的基本动作原理。不断重复和循环上述4个步骤来实现钢箱梁的安装作业。顶推流程如下。

换手墩

移桥器

被顶推构件

第一步：油缸顶升托起钢箱梁

第二步：顶推油缸向前推进单个长度行程

第三步：顶升油缸缩缸，钢箱梁回落

第四步：油缸缩缸，循环步骤一至三，不断向指定位置顶推钢箱梁

3.2 系统特点

1）所有顶推油缸现场由技术人员实施通过计算机同步操作和监控，可随时动态对钢箱梁的侧向位置进行调整纠偏，安装的精度控制较高，实际偏差可控制在毫米级。

2）常规顶推施工中，钢箱梁对下方顶推支撑架施加的是移动点荷载，支撑架通长布置，措施量大。而该系统在顶推作业过程中，对下临时支墩产生水平力较小，下部临时支撑不必通长布置，大大减少了临时支撑的工程量，可节约大量设备和人员投入，对场地的要求可放宽，适用范围广。

3）多点顶推由计算机控制，可实现同步协调位移，施加的水平推力均匀，在顶推的起动和停止工况时，钢箱梁整体平稳，没有异常转动、滑移、抖动等情况。

4）该系统内置集成电子中轴线实时监控程序，顶推过程中能实现智能数据读取，误差超过阈值时，可立即发出警告信号，技术人员根据实时数据，实现动态纠偏。

5）采用电液比例控制技术，全自动化操作，顶升、顶推、侧移由计算机完成，控制精度显著提高。

6）系统内各类传感器、控制阀、电器插接件采用多重防水设计，顶推时遇到雨天也能正常操作，对环境和天气的适应性较强。

7）顶推系统全部采用模块化设计，智能化程度高，通用操作性强。

3.3 设备构造

顶推采用步履式顶推设备，通过计算，本次施工需要12套顶推设备，布置在临时支撑塔架的中心位置，负责钢箱梁的起顶、水平移动、侧向位移微调等功能。该顶推设备竖向调节范围±20cm，水平纠偏范围±3cm。

顶推设备型号参数：额定顶升能力：3750kN；

顶升行程：200mm；额定推移能力：1000kN；推移行程：1000mm；主结构外形尺寸：长3m×宽0.7m×高1.5m；泵站配置：1套泵站驱动6套移桥器；泵站额定压力：25MPa；泵站控制方式：变频；泵站功率：60KW。

图1步履式顶推设备模型示意图

顶推装置由滑箱和滑道结构部分、顶升千斤顶、平移千斤顶及纠偏装置等几部分组成。

图2顶推设备实物图

3.4 液压泵源系统

泵源液压系统和电气控制系统两部分组成动力系统。钢箱梁顶推按照步履式移桥器的个数和泵站流量，共配备6台40KW的液压变频泵站。

图3液压泵源系统

3.5 同步控制系统

由动力源模块、测量反馈模块、传感模块、计算机和相应的配套软件组成TLC-1.3型计算机控制系统，通过CAN串行通信协议组建局域网。通过高精度传感器实时收集设备的压力及行程信息，确保液压缸安全平稳工作。

图4控制原理图

图5计算机控制界面

3.6 顶推系统技术参数

为确保钢箱梁顶推过程中整体姿态平稳可控，提高顶推作业的安全性，钢箱梁采用多点顶推方式进行。多点顶推时，在每个支撑架上均设置滑动装置和顶推装置，将集中的顶推力有效进行分散，充分发挥各个支撑架的支撑作用。多点分散顶推的动力学原理可以采用以下数学式表达：

当ΣFi>Σ(fi±ai)Ni时，梁体才能被推动。

式中：Fi——第i个支撑架处的顶推动力装置的顶推力；

Ni——第i个支撑架处的支点瞬时（最大）支反力；

fi——第i个支撑架处的支点装置的相应摩擦系数；

ai——支撑架纵坡率，“＋”为上坡顶推，“－”为下坡顶推。

多点顶推的优势在于可以避免集中单点顶时使用的大型设备，可以局部对钢箱梁的位置偏移进行迅速调整，灵活机动。但多点顶推需要配备多个小型顶推设备，设备组合运作时对同步性和协调性提出了更高的要求。

4 顶推工艺流程

顶推流程简述，以右幅桥顶推施工进行介绍。

图6滑移立面图

钢箱梁顶推流程简述如下：

步骤1：安装顶推支撑架及连杆结构。

步骤2：在支撑结构上拼装右幅桥及导梁结构，安装移桥器及其他顶推设备。

步骤3：启动液压泵站，移桥器开始顶升。接着调整所有顶升点荷载及位移，调平钢箱梁。在移桥器的作用下，将钢箱梁向前顶推一个形成，单个行程距离为1m。之后各顶升点同步回落，将钢箱梁荷载转换至换手墩上。液压缸缩缸1m，将顶升缸回位，准备重复上述动作进行下一次顶推。

步骤4：按照前述步骤，移桥器将钢箱梁继续顶推（当导梁前端超出5#墩一段距离后，可拆除其悬挑部分）。

步骤5：继续顶推，直至钢箱梁本体至安装位置约10cm时，将泵站频率调低，减慢滑移速度。开始测量钢箱梁的就位尺寸，将移桥器逐步进行微调，确保钢箱梁精准落位。

步骤6：整体卸载，拆除移桥器、支撑架、导梁等顶推措施，顶推作业完成。

5 结语

通过步履式顶推施工技术在箭沱湾枢纽互通钢箱梁施工中的应用，总结出以下经验：

1）多点式顶推对千斤顶的动作协调性及同步性要求较高。施工前必须由专业技术人员提前对系统进行调试，确保设备正常运行，实现同步行进后，方可进行顶推施工。如不满足要求，必须应认真查找原因，排除故障，务必确保系统的动作完全协调。

2）在钢箱梁的顶推过程中，技术人员要注意观测设备系统的压力、荷载变化情况等，一旦发现数据异常，必须立即停止顶推作业，对异常数据进行分析，找出问题原因。

3）为确保顶推施工的精度，在顶推过程中，应由测量人员通过全站仪对钢箱梁的中轴线、四周的边线以及钢箱梁顶面的高程进行观测，与计算机监测系统的数据进行对比分析，以辅助监控钢箱梁单元顶推过程的同步性，确保顶推过程中的精度，发现偏差较大时，由顶推施工专业技术人员及时采取措施进行纠偏。

4）顶推过程中技术人员还应密切注意临时支撑、液压顶推器、液压泵源系统、计算机控制系统、传感检测系统等的工作状态，发现异常情况，立即暂停顶推施工，查找相关原因，制定整改措施。

5）为确保临时支撑体系安全可靠，测量人员在顶推施工过程中必须实时观测临时支撑的水平、竖向位移，及时准确记录相关数据，并及时反馈给现场技术人员。确保临时支撑体系在各种不利工况下不出现超过允许值的偏差，如发现有临时支撑水平或竖向位移值变化过大，必须立即通知现场技术人员，采取有效措施对临时支撑进行加固。

参考文献：

（1）刘伟明.《桥梁上部结构施工与检测》.人民交通出版社

（2）王修山、王波.《道路与桥梁施工技术》.机械工业出版社