东北路拓宽改造门式刚构拖拉施工研究

何长江

摘要：为解决既有桥梁改建过程中，施工对交通行车和桥下管网的影响问题，本文对传统的框构桥顶进法进行改进，提出门式刚构拖拉法。结合大连市东北路拓宽改造工程，对所提工法的工艺原理和流程进行了介绍，并对该工法在施工过程中的操作重点和难点进行了分析。

Abstract： In order to solve the problem of the influence of construction on traffic and bridge pipe network during the reconstruction process of existing bridges， this paper improves the traditional frame structure bridge jacking method and proposes the portal rigid frame drag method. Combined with the widening and reconstruction project of the northeast road in Dalian， the process principle and process of the proposed method are introduced， and the operation focus and difficulties of the construction method in the construction process are analyzed.

关键词：桥梁施工;穿越;门式刚构;拖拉法

Key words： bridge construction;crossing;portal rigid structure;drag method

中图分类号：U448.23                                    文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）18-0156-04

0  引言

随着国民经济的快速发展，城市进入了大开发、大发展的新的历史时期，随之而来的是城市交通压力的增加，特别是贯穿老城区内既有下穿框构桥，因建造年代久、孔径小、桥下城市管网密布动迁影响范围大、拆迁费用高已经成为束缚城市交通发展的瓶颈，为了解决这一难题，在保证城市主干道交通和铁路行车不中断、既有桥下基础设施不迁移的前提下进行施工，中铁九局集团开发的门式刚构拖拉施工工法，在大连市东北路拓宽改造工程中的运用，巧妙的将传统的框构桥顶进法创新为门式刚构拖拉法施工，是对下穿铁路立交桥工程结构的全新的构思、设计和施工实践[3-5]。在国内外权威刊物和重要学术论文集中均未发现有类似的报道，本工法在解决城市既有桥梁改建施工与城市交通和铁路运营相互影响方面效果明显，施工过程中城市道路和铁路运输均不中断，不仅桥梁本体施工安全，还妥善解决了工程对周边交通的影响，城市地下管网不用动迁，大大减少了投资额，技术先进，具有显著的社会经济效益。

1  工艺原理及流程

门式刚构拖拉法适用下穿构筑物改扩建施工，与传统的顶进方法相比，能在保证桥上铁路正常运营和桥下公路交通不中断情况下，利用铁路的“天窗”作業时间将门式刚构拖拉到指定位置。尤其是在城市交通主干道下穿铁路（公路）桥梁改扩建中，城市主干道影响范围广无法中断交通，桥位地下管网动动迁量大，影响范围广，投资额度大幅度增加的情况下，本法施工优势明显。相对于传统的框构桥顶进法，是对下穿工程结构的新构思、新技术，该工法具有以下优点。

①占用施工场地面积小，避免了施工对城市道路的全部占用，保证了城市道路交通顺畅，对周边交通影响范围小，无需对既有桥下的城市地下管网迁移，工程投资少，施工周期短。②施工进度快，封锁时间短，拖拉法施工工艺简单易于操作，对城市交通和铁路运输干扰少，施工过程安全可靠。③拖拉法使用的机具简单，主要机具为预应力穿心式千斤顶，材料为预应力钢绞线，可操作性强，易于推广，工程质量可控。

门式刚构拖拉法的原理是在传统的框构顶进方法的基础上，将构造物由一般千斤顶并联顶进施工改进为由穿心式千斤顶串联拖拉施工，其工艺流程如图1所示。

并联顶进施工由于千斤顶工作行程小，因此，当要求顶推构造物至相当大距离时，就必须分多次进行，千斤顶一次行程小于500毫米，需配备大量的传力柱，占地面积大，更换传力柱频繁，框构顶进速度慢，需吊车配合作业，从基坑开挖到施工结束中断既有道路时间一般至少在3个月以上时间，且整个作业范围内的地下管网需全部动迁，其缺点是占地面积大，需长时间中断道路施工，工艺相对复杂，施工进度慢，影响范围广，地下设施动还迁费用比重大。

串联拖拉施工是将两台穿心式千斤顶串联为一组，相对门式刚构立墙配置，用钢绞线将构造物与千斤顶连接起来连续拖拉，克服千斤顶工作行程小的缺陷，免除了更换传力柱作业，无需吊车配合，门式刚构拖拉速度快，每小时可达8米以上，由于门式刚构设计取消了构造物的底板，整个作业范围内的地下管网不需要动迁，其优点是占地面积小，不需长时间中断市政道路交通施工，工艺相对简单，施工进度快，影响范围小，地下设施不需要动迁，能大量节约不必要的投资。

串联拖拉施工虽然克服了并联顶进施工缺点，但是由于穿心式千斤顶相对于一般千斤顶动力小，串联拖拉施工中要相对门式刚构立墙配置，可配置千斤顶组少，施工中为了解决总拉力有限的问题，就必须尽量减少门式刚构在拖拉施工中的摩擦力阻力，提高滑道的刚度和精度，有效降低刚构与滑道间的摩擦系数，是减少门式刚构在拖拉施工中的摩擦力阻力的关键。

为了提高滑道的刚度和精度，如图2所示，施工设计采用人工挖孔桩基础，钢筋混凝土槽型连续基础梁滑道，滑道槽内镶嵌厚钢板，门式刚构立墙脚部外包钢板，预留间隙为1.5cm。为了降低刚构与滑道间的摩擦系数，在门式刚构立墙底部与滑道槽内镶嵌厚钢板间铺设四氟板和不锈钢板，四氟板上涂抹黄油，将摩擦系数极限值控制在0.1以内。为了控制门式刚构立墙的横向位移，在门式刚构立墙底部侧面与滑道缝隙间每隔两米放置一块1cm厚的四氟板限位块，将门式刚构立墙的横向位移控制在1cm以内。

2  工法应用实例

门式刚构拖拉法在大连市东北路拓宽改造工程中得到应用，在具体施工过程中，需对设备配置检算、系统构建、同步控制、以及施工监测等环节进行准确的设计计算。下文以大连市东北路拓宽改造工程（如图3所示）为例，对该工法的操作要点进行介绍。

2.1 拖拉设备配置检算

沈大线铁路桥自重及荷载：

结构自重=（33.51+47.58+42.68+47.58+33.51）t/m×8.3m=1700t

钢轨=0.06t/m×25m×4根×2组×2处=24t

枕木=0.35t/根×84根×2处=59t

道碴=1.65t/m3×2m3/m×60.5m×2处=399t

以上合计总重=1700t+24t+59t+399t=2182t

不锈钢板与四氟板的摩擦系数取μ=0.1（参考滑动支座摩擦系数为0.05-0.06及码头线行走实际平均摩擦系数为0.05、极限值为0.1）、荷载附加系数k=1.2，设计采用8？覫s 15.24钢绞线进行拉进，钢绞线横截面积Ap=140mm2×8根=1120mm2;拖拉端控制应力δ=N/Ap （N为拖拉端的拉力）。

沈大线铁路桥拖进牵引力N=μG=0.1×2182t×1.2=2618kN

1、5号立柱需牵引力：N=μG=33.51/204.86×2618kN=428kN

2、4号立柱需牵引力：N=μG=47.58/204.86×2618kN=608kN

3号立柱需牵引力：N=μG=42.68/204.86×2618kN=545kN

沈大线铁路桥牵引端控制应力：

1、5号立柱：δ=N/Ap=428000/1120=382MPa<[δ]=1395MPa

2、4号立柱：δ=N/Ap=608000/1120=542MPa<[δ]=1395MPa

3号立柱：δ=N/Ap=545000/1120=487MPa<[δ]=1395MPa

19？覫s 15.24钢绞线[δ]=1395MPa，因此能够满足拖进要求。

2.2 拖拉系统构建

设牵引平移点5个，每一个平移点中，配置1台额定平移力为200吨的连续平移千斤顶，每台顶配置8根Ф15.24、强度为1860MPa级钢绞线，钢绞线安装采用墩后预埋锚垫板安装承重锚，如图4所示。平移系统设备分布及牵引如图5所示。

各牵引点位置同步控制：在牵引体系中，按最小值相对误差计算平衡误差实施模糊控制。控制系统牵引点平衡的误差计算方法图解如图6。

各个误差值的计算：

H2值为最小则：

ΔH1=H1-H2  ΔH2=H2-H2=0  ΔH3=H3-H2  ΔH4=H4-H2

按误差控制调节各顶、各吊点调节阀组的通用计算机流程如下：

起动平衡控制→ΔH1≥δ（δ：牵引点同步误差为10 mm）→设置调节1#吊点调节阀组阀→ΔH1≤1mm→停止调节1#吊点调节阀组阀→ΔH2≥δ→设置调节2#吊点调节阀组阀→ΔH2≤1mm→停止调节2#吊点调节阀组阀→ΔH3≥δ→设置调节3#吊点调节阀组阀→ΔH3≤1mm→停止调节3#吊点调节阀组阀→ΔH4≥δ→设置调节4#吊点调节阀组阀→ΔH4≤1mm→停止调节4#吊点调节阀组阀→关闭平衡→ΔH5≥δ→设置调节5#吊点调节阀组阀→ΔH5≤1mm→停止调节5#吊点调节阀组阀→关闭平衡……。平衡调节以牵引总程同步误差为主，千斤顶伸缸行程为辅。

2.3 拖拉过程同步控制

平移刚构桥在牵引过程中牵引总程的平衡是由稳压调节器适时调控完成的;由于钢绞线是柔性的，它不能约束刚构桥在运行过程中的惯性动量，所以刚构各个状态必须由外设检测装置来检测，提供信息应时刻监测刚构的步进轨迹及工况，在平移施工过程中，根据专业测量人员对平移刚构运行偏差情况作相应的调整。牵引平移的过程必须在60分钟内完成（不括在平移中由于其他原因（如滑道、导向等原因）可能造成延误的处理时间），平移速度最小为7分鐘/每米，纠偏处理按20分钟考虑，过程对于设备的配置采用连续式牵引系统。

其在牵引的过程中有停顿的时间，可利用这个时段确定整个结构的运行状态，提前确认结构是否需要调整，这个系统平移速度平均为每小时8米以上，满足拖拉进度要求。

2.4 拖拉过程纵向位移的施工监测

拖拉时，采用刚构桥实际位移为准、千斤顶行程为副的方法进行监控，设专人通过粘贴在承台表面的标尺对各滑道刚构桥的5个立墙所处滑道上设置基准点，配备专人进行位移、速度、偏差等指标监控，5点同步牵引、各牵引点形成、位移偏差、纵向设定值为10-15mm，横向设定值为5-10mm，10mm内监控、10-15mm为纠偏、15mm以上停止。在行进过程中始终坚持如出现偏差超过+5mm情况，则必须调整油泵流量，马上进行调整，使刚构桥位移保持在可控范围之内。

3  结论

本文结合大连市东北路拓宽改造工程，对门式刚构拖拉施工工法在操作中所需注意的具体问题进行了分析，得出的主要结论如下：

①门式刚构相对框构基本上为不闭合结构，由于其下部是开放式的，刚构立墙的横向位移控制是保障门式刚构在拖拉过程中结构质量的关键，按设计要求门式刚构在拖拉过程中，横向位移控制在1.5cm以内，施工中采取横向限位挡块，确保门式刚构每个立墙横向位移控制在1cm以内。

②滑道的精度和刚度会引起门式刚构在滑动的过程中摩擦阻力的增加，有可能直接造成门式刚构拖拉中途停顿，无法保证在计划时间内完成施工任务，影响铁路和城市道路的交通。

③滑道纵向限位在牵引中占有很重要的地位，它起着控制刚构惯性动量释放的作用，无论牵引设备的测量、控制如何优越都不能控制物体惯性动量的偏移，必须设置限位装置，当其摩擦系数越小其惯性动量的影响就越大，限位的制作必须设置在滑道上并与滑道连为一体才能达到其使用效果。

④在牵引施工中，摩擦阻力是随时变化的，对于在封锁时点内的施工必须按最坏的异常情况考虑牵引力的要求;由于刚构的结构复杂，要使牵引力在牵引中波动不要太大，则要求滑道的摩擦系数越小越好，同时，摩擦系数较小，也能使结构受在平移的过程中受到的力偏小。

参考文献：

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