钢箱梁步履式顶推法施工主要技术研究

摘要：文章分析了步履式顶推施工的流程和施工难点，研究了步履式顶推施工的主要技术，并通过Midas软件建模，从结构形变和组合应力两方面探讨了顶推平台的受力情况。

关键词：钢箱梁;顶推施工;技术;研究

0 引言

随着我国经济的飞速发展，交通基础设施在不断完善，为各行业的建设提供了有力保障。以桥梁工程为例，我国在相关的施工设备和施工技术领域中已取得较大突破，在超长跨距施工等一系列复杂桥梁工程中，对于施工技术提出了较高的要求，钢箱梁步履式顶推施工在此类高技术难度的桥梁施工中应用较为广泛，具有一定的工程应用意义。

1 步履式顶推法施工综述

1.1 施工流程

步履式顶推法施工中所需的大型临时结构有顶推平台、滑道和钢导梁等，而顶推设备通常以步履式顶推系统为主，在施工过程中主梁由于顶推作用力而向前移动，为提高施工效率，拼装和顶推工序同时进行。钢箱梁步履式顶推施工流程如图1所示。

1.2 钢箱梁预拱度设置

由于主缆纵向力的作用，钢箱梁将发生弹性形变，为使桥梁长度能够达到施工方案要求，在预拼接生产时应对此压缩量进行一定补偿核算。依据施工图纸要求，监测单位对钢箱梁成桥的线形进行计算，在此过程中反算钢箱梁的预拼装线形，并应在工厂拼装阶段，根据钢箱梁具体的控制点数值，对各梁段的线形进行调整，同时完成拼装施工，但各梁段之间的收缩缝以及拼装温度的修正值由设备制造厂商来确定。由于钢箱梁是按预拼线形在顶推平台上进行焊接，因此，在成桥线形基础上，所计算的预拼线形已考虑到由于边跨梁形变而产生的预拱度，且该预拱度的值<20 mm。

1.3 顶推法施工难点分析

由于钢箱梁的各节段较重，面积非常大，因此在装运或提升时具有一定难度，可能耗去很长的时间。超重的梁体对于顶推力功率的要求很大，对顶推设备的工程性能要求极高。除了巨大的顶推力功率外，保证在大功率顶推力情况下的顶推精度以及顶推的协同性也是施工的难点问题。钢箱梁宽度较大，采用步履式顶推法施工，控制轴线位置偏移的难度较大[1]。顶推法施工难点分析如表1所示。

2 步履式顶推法施工主要技术

2.1 钢箱梁施工技术

桥梁施工现场环境复杂，对钢箱梁的施工技术要求很高，为保证钢箱梁施工的质量，应深入研究钢箱梁的加工、运输、吊装和焊接等工序。

2.1.1 钢箱梁加工

为达到钢箱梁制造的质量标准，施工现场应设有拼装场地。场地应具备相应的施工条件，包括拼装胎架、涂装场地、平板运输车以及存梁场地等。拼装胎架区应设置钢箱梁总装生产线以及与之相匹配的20 t龙门吊2台，总装的长度和宽度应满足施工要求。为保证钢箱梁的涂装质量，在总装现场新建了双跨涂装厂房，该厂房具有除锈和喷涂等多种功能，可以满足施工实际使用需求[2]。

2.1.2 钢箱梁运输

应事先规划好钢箱梁的运输通道，准备好具有足够动力的平板运输车，钢箱梁运输通道的坡度应符合施工规范要求和平板车的爬坡能力。将钢箱梁节段运输到指定墩位后，将其转体以使平板运输车与桥梁的中轴线相重合，转体直径为两辆平板车中心线之间的距离。

2.1.3 钢箱梁吊装

使用龙门吊对钢箱梁进行吊装。吊装前应通过相关检测设备对龙门吊的运行情况进行详细检查，包括是否有威胁施工安全的隐患问题，龙门吊在使用前应年检合格，钢箱梁吊装过程中应由专人在现场负责指挥，避免出现吊装过程中的违规操作和违章作业。

2.1.4 钢箱梁焊接

钢箱梁为整体全焊钢结构，对于在桥体现场进行的焊缝施工，依据工地施工标准焊接。施工现场可能存在多种危险因素，如施工环境恶劣、冬季施工温度过低、风力过大等。因此应采取必要的防风、防寒、防潮等措施，必要时搭设风雨棚，控制好各层间的温差。熔透角接焊缝、贴角施工中采用全超声和磁粉探伤技术，即UT和MT探伤作业，增强射线的探伤能力，保证厚板探伤的效果，必要时增加探伤检测的项目[3]。

钢箱梁施工主要项目和内容如表2所示。

2.2 顶推设备选取和安装

在临时墩以及主塔的横梁上搭设步履式顶推设备，以实现钢箱梁的顶推施工。可依据施工现场的实际情况和桥梁的大小来选取顶推点的个数，在每个顶推点的横断面顶部各设置2组顶推设备，注意各顶推设备与钢箱梁之间的接触面积。顶推过程中应保证相关设备完好、可用，对于顶推过程中的各类阻力与载荷能良好应对。顶推过程应避免造成钢箱梁梁体结构的破坏，能满足各方向、各角度的顶推施工，便于随时监控、调整，顶推力须直接作用于主梁。步履式顶推设备结构模拟如图2所示。顶推平台线形是平台轨道梁的顶面初始施工完成后的基本线形，合理设置、优化顶推平台线形，能够在一定程度上减少拼装焊接时对于标高的调整次数，简化施工流程[4]。

2.3 顶推过程的同步控制

顶推过程中应同步顶升、同步前进、同步下降和全速后退，循环重复上述施工动作，将钢箱梁顶推到指定位置。在此过程中应注意顶推点的受力情况，在顶推过程中严格监测各部件具体情况，对顶推支点进行力学受力分析，防止顶推过程出现过载情况。施工中如发生意外情况应及时停止作业，并疏散施工人员撤离到安全区域。顶推前应进行精准的距离测算，施加的顶推力应合理、可控，并随时关注线形情况，检测桥体受力大小，顶推速度应均匀、缓慢，为监测技术人员留有充足的测量时间。顶推施工对于同步系统的精度要求较高，而且轴线偏差控制具有较大的难度，因此，条件允许时可进行多点位的协同顶推作业，以保证钢箱梁顶推施工的质量和效率[5]。

3 钢箱梁顶推施工受力分析

3.1 钢箱梁顶推平台结构形变计算

在钢箱梁顶推阶段，每顶推5 m为一个计算周期，对顶推平台结构形变情况进行分析，通过Midas专业设计软件进行建模。建模时依据顶推平台的结构选用与之相适应的施工材料和截面特性，既考虑到钢箱梁和钢导梁的连接情况，也考虑钢箱梁和钢导梁的重力大小。当钢管桩底部位置入土后可按固结处理。钢箱梁顶推平台结构形变计算模型如图3所示。由图3可知，钢箱梁顶推平台结构形变情况不十分突出，主要结构形变位置出现在平台顶部，这与钢箱梁和钢导梁的自重相关。

3.2 钢箱梁顶推平台结构组合应力计算

为进一步研究钢箱梁顶推平台的受力情况，采集施工现场的顶推平台数据，经过Midas软件系统进行分析，生成钢箱梁顶推平台结构组合应力计算云图（如图4所示）。图4更加直观地反映了钢箱梁顶推施工过程中结构受力的位置及大小，整个顶推平台结构受力较均匀，且中、下部位置无明显形变痕迹，顶推平台的受力主要支撑点仍然是上部结构。经过图3和图4顶推平台的受力情况对比与分析可知，顶推平台的结构形变与组合应力相关。通常情况下与钢箱梁和钢导梁的自重关系较大，且顶推最终位置情况对于平台的受力也会产生一定影响。另外，顶推平台的结构受力变化还与结构线形、施工工艺和施工环境等因素有关。因此，在钢箱梁顶推施工中应充分注意平台受力情况、基础结构的沉降情况以及结构线形的偏位情况等，通过有效的手段进行监测并及时发现问题。

4 结语

钢箱梁顶推施工技术在一些特大型、高难度的桥梁施工中较为常见，顶推设备的選取、安装以及顶推过程的同步控制是工程高质量实施的关键因素。本文针对钢箱梁顶推施工技术难点，研究了钢箱梁和顶推施工技术，通过系统建模分析了顶推平台的结构形变和组合应力情况，提出了钢箱梁顶推施工过程中应注意的一些问题。

参考文献：

[1]张培炎.桥梁顶推施工过程受力分析及关键问题研究[D].成都：西南交通大学，2014.

[2]杨灿宣.螺洲大桥钢箱梁顶推施工关键技术[J].城市道桥与防洪，2013（7）：188-194.

[3]李怀雷.影响弯桥顶推施工中的几个关键因素的分析及解决措施[J].公路交通科技，2013（7）：220-222.

[4]吴笑雷.预应力混凝土连续弯梁顶推技术研究[D].北京：中国铁道科学研究院，2018.

[5]王 娟.截面工字型钢导梁在曲线桥梁顶推施工中的应用研究[D].西安：长安大学，2018.

作者简介：邝元辉（1987—），工程师，从事路桥施工技术管理工作。