上跨地铁站大跨度钢箱梁纵向顶推滑移安装施工思路

上跨地铁站大跨度钢箱梁纵向顶推滑移安装施工思路

马莉玲

安徽建工路港建设集团有限公司

摘要：现代地铁建设规模持续增长，但在地铁站的建设过程中，常常会遇到上跨地铁站大跨度钢箱梁的安装难题。这类工程不仅要求施工精度高、安全性强，还需在有限的施工空间内高效完成，这无疑对施工技术和方法提出了巨大的挑战。因此，研究上跨地铁站大跨度钢箱梁纵向顶推滑移安装施工思路，对于提高施工效率、保障施工安全、推动地铁建设技术进步具有重要意义。

关键词：上跨地铁站；大跨度钢箱梁；纵向顶推滑移；安装施工

1 前言

在现代经济技术快速发展的大背景下，为了提升城市复杂交通环境下钢箱梁施工效率及施工质量，本单位根据施工现场的实际需求优化了现有施工工艺，研发了上跨地铁站大跨度钢箱梁纵向顶推滑移安装施工技术，其采用步履式顶推滑移体系，全程采用计算机控制，可全自动实现多种功能；并设置顶推支撑体系，提高顶升过程整体稳定性；同步解决了桥体底面横向坡度问题。该施工方法相关技术应用于实际工程，总结了工程施工技术和经验，集成了企业级施工方法“上跨地铁站大跨度钢箱梁纵向顶推滑移安装施工方法”，为公司桥梁工程发展提供关键技术和设备保障。且经江苏省科技查新咨询中心查新，目前国内未见有与本项目查新点相同的文献报道。

2 钢箱梁纵向顶推滑移安装技术的特点

2.1 本施工技术采用了步进式顶推滑移系统，整个过程由计算机自动控制。通过实时数据反馈与控制指令，系统能自动完成同步顶推、负载平衡、姿态调整、应力监控、操作锁定、过程可视化及故障警示等多功能操作。

2.2 本施工方法设置顶推支撑体系，满足顶推支撑柱上顶推设备全部可布置在顶推轨迹的平行线上的要求，且设置增大接触面积的临时托梁，同步在顶推设备千斤顶上设置增大油缸接触面积的垫梁，提高顶升过程整体稳定性。

2.3 本施工方法通过设置橡胶垫将钢梁与顶推垫块间垫实，解决桥体底面横向坡度问题；同时通过在步履式顶推设备上不断加垫板调整其标高的方式解决桥体纵向预拱度问题，保证整体线形。

3 工艺原理

“步履式顶推滑移”技术主要使用步履顶推机械作为主要的滑移推动力。该设备是一个多功能组合结构，包括水平滑移及荷载支持系统，其承担着结构自重，还提供滑动过程中所需的水平推力。设备的一端通过铰链与反作用力机构相连，另一端接入荷载转移系统。此外，还包括一个用于调整结构位置和纠正偏差的顶升和水平纠偏系统，所有这些动作都是通过液压油缸来完成驱动，如图3.1所示。

设备操作通过“推进”、“顶升”、“回缩”和“下降”四个阶段交替进行。开始时，通过顶推油缸的伸展，将支撑构件前移一定距离，承担其自重。随后，顶升油缸的升起使得支撑点空闲，此时构件的自重由顶升油缸承担。接下来，顶推油缸完全回缩。最后，顶升油缸缩回，释放构件自重，由此完成一个完整的推进周期。这个过程不断重复，直至构件被精确推送到指定位置。如图3.2所示。

图3.1 步履式顶推滑移设备结构图                图3.2 步履式顶推滑移施工原理图

4  施工工艺流程及操作要点

4.1 工艺流程

上跨地铁站大跨度钢箱梁纵向顶推滑移安装施工工艺流程如图4.1所示。

图4.1 上跨地铁站大跨度钢箱梁纵向顶推滑移安装施工工艺流程图

4.2 操作要点

4.2.1 施工准备

1. 在施工区域两端，分别向外延伸80至100米的位置，需布置“前方施工”警示牌，同时安装限速和道路变窄的标志。此外，为确保夜间安全，应增加夜间照明装置、锥形交通标志桶以及水马。如果施工需要改变车道，还应放置明确的转向引导标志。

2. 对于施工区的道路，根据现场情况，路面增铺30mm厚钢板，以保护地下管道。

3. 项目技术负责人组织对所有参建人员进行相应的技术交底，使参建人员明确各施工步骤的工序、工艺流程及质量检验控制要点及控制标准。

4. 为了确保工程项目的施工效率和质量标准，应当精心选择符合施工需求的机械，并严格执行设备的保养与维护工作。

4.2.2 安装拼装支架及顶推支架

1. 拼装支架

主桥临时支架结构由横梁（分配梁）及临时支架组成，横梁（分配梁）采用双拼工字钢Ⅰ40a制作；临时支架为2m×4m的井字架，采用Ø426×8mm钢管，中间横、斜撑采用槽钢［16a连接成整体；临时支架结构底部纵向放置混凝土条基，条基尺寸为3.5m×1m×0.5m，条基内布置双层钢筋网片，由C30混凝土构成。

2. 顶推支架

顶推墩采用格构式支撑塔架，立柱中心线纵横距为3m×3m，立柱采用Ø609×8mm钢管，立柱高度约为6m；在距离立柱顶0.5m及4.5m位置设置水平连系杆件（连接系间距可根据支架高度适当减小），水平连系杆件间采用斜撑连接，连系杆件尺寸为Ø273×8钢管；立柱底与柱顶焊接800mm×800mm×20mm钢板，立柱顶沿桥横跨方向布设双拼HN700×300型钢，垂直方向布设五拼HN700型钢，型钢上部沿桥纵跨方向放置顶推装置；下部采用C30混凝土扩大基础混凝；如图4.2.2-1所示。在部分特殊节点，则需要将拼装支架和顶推支架进行组合，如图4.2.2-2所示。

图4.2.2-1 顶推支架结构示意图             图4.2.2-2 拼装顶推结合支架结构示意图

4.2.3 顶推设备安装

1. 顶推沿纵向共设置多道顶推点，每个顶推点下设置2个顶推墩，每个顶推墩上布置1台顶推设备。

2. 顶推设备配备了液压泵源系统和同步控制系统。该液压泵源系统为设备提供所需的液压动力，并在多种液压阀门的调节下执行所需操作。如图4.2.3-1所示；同步控制系统包括动力控制系统、功率驱动系统和计算机控制系统等多个部分组成。如图4.2.3-2所示。

图4.2.3-1 液压泵源系统                          图4.2.3-2 计算机控制系统

4.2.4 钢导梁制作与安装

1. 若该联钢箱梁为简支结构，为实现顶推，则需设置前、后导梁，前导梁结构采用2片纵向工字形分段变截面主梁，其间设置3道横向联系空间桁架；后导梁采用2片纵向“王”字形等截面主梁，设置1道横向联系平面桁架。

2. 若该联钢箱梁为连续结构，则仅需设置前导梁，导梁设计充分考虑施工条件，尽量利用已有构件。

3. 导梁直接利用流动起重机吊装就位。

4.2.5 钢箱梁节段吊装

1. 钢箱梁节段运输至桥位附近，直接利用流动起重机吊装就位。

2. 在安装钢箱梁时，为了弥补节段间可能出现的安装误差，建议在空中组装阶段在长度方向上预留50到100毫米的调节余地。此外，应对支座位置进行精确校准，确保钢箱梁的尺寸和位置准确对应桥墩支座的中心位置。

3. 垂直道路中心线方向的吊装顺序为：由中间向两边吊装；吊装过程中同步设置橡胶垫将钢梁与顶推垫块间垫实，解决桥体底面横向坡度问题。

4.2.6 钢箱梁精确测量、焊接连接

1. 钢箱梁吊装完成后，通过精确测量进一步校正位置，确保线形，方可焊接作业。

2. 在进行焊接前，必须对所有焊接部位进行彻底的打磨和清理。这包括焊件的端面、焊缝周围以及焊接坡口的切割面和钢材表面，以去除氧化层、铁锈、水分和油漆等可能干扰焊接质量的杂质，确保暴露出未经处理的金属表面。焊接前的清洁工作需覆盖焊缝两侧30至50毫米的范围。焊接方式包括桥面板的埋弧自动焊，桥底板使用陶瓷衬垫的CO2气体保护焊，而其他焊缝也采用CO2气体保护焊技术。

图4.2.6 精确测量                          图4.2.7-1 钢箱梁顶推

4.2.7 钢箱梁顶推施工

1. 钢桥钢箱梁为曲线（连续）梁，采用节段顶推施工的钢箱梁过程中采用相对测量，每顶推一个节段测量一次中心线及高程，以此确定后续拼装梁段的中心线和标高。

2. 由于上跨地铁风亭、地铁站，严格把控施工风险，预先模拟顶推施工过程，并且顶推过程中对钢箱梁结构进行检测，实时评估顶推钢箱梁安全状态。

3. 顶推过程中通过在步履式顶推设备上不断加垫板调整其标高的方式解决桥体纵向预拱度问题，保证整体线形。

4. 采用顶推施工的钢箱梁顶推完成后，先调整整体线形，再落梁；现场施工如图5.2.7-1所示，具体步骤如下：

第一步：待上一步焊接完成并检测合格后开始向大里程顶推，第一轮顶推15m；安排运梁车移动到指定位置，用300吨汽车吊吊装节段4；吊装后精确测量并完成焊接。如图5.2.7-2。

图4.2.7-2 钢箱梁顶推施工第一步

第二步：待上一步焊接完成并检测合格后开始向大里程顶推，第二轮顶推13.05m；继续安排运梁车移动到指定位置，用300吨汽车吊吊装节段5、6；吊装后精确测量并完成焊接。如图4.2.7-3。

图4.2.7-3 钢箱梁顶推施工第二步

第三步：待上一步焊接完成并检测合格后开始向大里程顶推，第三轮顶推3.85m；继续安排运梁车移动到指定位置，用25吨汽车吊吊装节段后导梁；吊装后精确测量并完成焊接。如图4.2.7-4。

图4.2.7-4 钢箱梁顶推施工第三步

第四步：待上一步焊接完成并检测合格后开始向小里程顶推，直至顶推至成桥位置，第四轮顶推62.7m。如图4.2.7-5。

图4.2.7-5 钢箱梁顶推施工第四步

4.2.8 钢箱梁卸载及落梁

1. 直接使用顶推支撑格构柱上方的顶升千斤顶进行卸载直至钢箱梁降至支座标高处；卸载高度为顶推过程中保证钢箱梁通过支座的安全高度，以及现场垫板操作误差产生的高度。

2. 滑移到位后，步履顶推设备顶升千斤顶顶起结构，抽出顶推设备置换支墩上所有垫板，千斤顶回落降低钢箱梁标高至设计标高，钢箱梁结构自重转移至桥台。

3. 落梁方式采用整联落梁，落梁采用逐块抽取钢垫板方式进行应急保护；落梁过程中进行钢箱梁与各支座高差监控。

4.2.9 拆除拼装支架及顶推支架

支架拆除顺序为从跨中向两端依次进行拆除。

1. 拆除支架顶部调节管

先对调节管进行切割，待调节管与横向工字钢脱离后，将其吊到路面，放到路面两侧（不影响吊车行走为宜），待全部调节管均吊下来后，装车运走。

2. 拆除墩顶横向工字钢

将横向工字钢与钢管切割脱离，用吊车将横向工字钢吊到路面两侧，再装车运走。

3. 拆除支墩钢管

拆除支墩时，首先依次移除临时支架的连接件，但需保留每个支架中四根钢管的连接。接着，从上往下顺序切割支墩钢管，每段切割长度设定为6米。在切割开始前，应使用吊车稳妥地吊起待切割的支墩部分，并确保吊车轻微承载，以保持稳定。

5  质量控制

5.1 钢箱梁吊装质量控制措施

1. 吊装前复查支墩标高，安装墩顶支座，做好墩顶支座的安装测量工作。

2. 在钢梁吊装施工的初步阶段，首先需要通过临时连接件将新安装的梁段顶板与已安装梁段的顶板连接起来。接着，实施底板的临时强制连接。最后，进行两侧腹板的临时连接。在整个连接过程中，还必须进行初步的调整工作，以确保箱梁各接缝间隙保持适宜。

3. 吊车进场前要对吊装现场实地考察测量，了解路面实际情况是否满足吊车、构件车通行要求。考虑好吊车进出场、构件进出场路线，确定每次吊装时吊车的站位，并在实地标注好吊车站位点，指导吊车就位。

4. 吊装前先将吊机主杆撑到所需长度，以避免吊装时进行撑杆，吊装时吊车从构件车上将构件起吊至安装高度，再进行回转，回转时用麻绳作风绳并安排有经验工人控制，避免与临时支架及钢箱梁周边的构筑物相撞，回钩时钢箱梁就位要尽量靠近预先标注好的测量控制点，再利用倒链及千斤顶进行就位，松钩前将临时定位板用螺栓栓紧，控制好接口缝的宽度，尽可能的减少二次找正时形成较大的位移量。

5.2钢箱梁顶推质量控制措施

1. 在顶推操作开始前，必须对整个顶推系统进行综合调试和实际演练，以保证油缸、油路和控制系统在顶推过程中的稳定运作。

2. 钢箱梁的拼焊作业应在温度较稳定且日照强度较低的环境中完成，这样可以减少温度和日照对梁段形状和长度的潜在影响。

3. 设计顶推滑道梁时，需根据设计规范确定其长度，并确保施加在钢箱梁上的顶推力能有效传递至腹板。

4. 在顶推过程中，应指派专员对导梁和箱梁进行检查。若发现导梁变形、螺丝松动、连接处变形或箱梁局部变形，须立即中断顶推并进行问题分析与处理。

5. 在进行顶推前，应与设计和监控部门进行沟通，确认顶推过程中的竖向力和水平顶推力的理论数据，并在中央控制器的数据库中设置各测点的受力和位移的允许偏差范围，作为后续控制的依据。

6. 为防止顶推到位时，出现顶推过头现象，须采取如下措施：

①在顶推作业的末端安置限位支架，用以确保顶推正确到位并提供限位功能；

②当顶推接近终点前1米时，暂停连续顶推操作，改为采用点动方式，每次仅推进20厘米，并对位置进行检测；

③在顶推到位的过程中，控制操作时机，以避免因温度变化引起的梁段位移。

5.3 钢箱梁线型质量控制措施

1.在组装钢箱梁支架时，应以墩顶的梁段为基准点进行。首先安装位于墩顶的梁段，随后安装中间跨度部分，并留出一节调节块暂不安装。在其他梁段焊接完毕后，测量所需填补的剩余长度，并据此加工调节块，使其长度比设计尺寸多出30至50毫米。调节块的切割边缘应使用砂轮机进行打磨处理，避免使用气割方法。

2. 加强对焊接变形的控制

①实施各种焊接技术的变形试验，整理焊接相关数据，并建立数学模型，以便于未来对焊接过程中的变形进行预测和控制。

②在对比分析不同焊接技术的能量消耗时，结果显示CO2气体保护焊消耗的能量最少，手工焊的能耗最高，埋弧焊则处于这两者之间。因此，推荐优先采用CO2保护焊来减少材料变形，并尽量避免使用手工焊接方法。

③控制焊接过程的能量输入是关键，应避免使用割炬开坡口的方法，而应采用机械的冷加工方式。在自动埋弧焊应用中，推荐使用多层多道焊接策略，并尽可能降低焊接电流，以大幅减少焊接时的残余能量。确保埋弧焊接的线能量维持在28至33KJ/cm之间，有效控制材料的变形。

5.4 焊接质量控制措施

①根据焊接工艺的评估选择合适的焊接材料，焊条和焊剂在使用前需按照生产商的指导进行烘干处理。确保焊剂无任何杂质且焊丝表面不带油脂，同时，使用的CO2气体纯度应超过99.99%。

②推荐在室内完成焊接作业，以确保环境湿度保持在80%以下；焊接合金钢时，环境温度应保持在5℃以上，而焊接普通碳钢时，温度不应低于0℃。组装好的主要构件应在24小时之内进行焊接完成。

③在户外焊接时，应采取相应的防风和防雨措施；关键部件的组装完成后12小时内需完成焊接。如果焊接区域受到结露或雨水影响，应立即采取措施消除水分和清除杂质。

④焊接前的预热温度应根据焊接性试验和技术评估来设定。预热区域通常包括焊缝每侧至少100mm，并应在焊缝周围30至50mm范围内进行温度检测。焊工在焊接过程中需要记录详细信息，包括部件编号、焊缝位置、焊缝编号、焊接参数、操作员姓名和焊接日期等。

结束语：上跨地铁站大跨度钢箱梁纵向顶推滑移安装施工思路的探索与实践，是地铁建设领域技术进步的生动体现。通过这一技术的运用，成功克服了施工空间有限、精度要求高等难题，实现了钢箱梁的高效、安全安装。在施工过程中，注重细节把控，严格遵循施工规范，确保了施工质量和安全。展望未来，随着城市化进程的加速推进，地铁建设将面临更多挑战与机遇。我们将继续深化对钢箱梁纵向顶推滑移安装技术的研究，不断优化施工工艺，提高施工效率和质量。

参考文献：

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