北横通道新建二期工程FB 辅道桥顶推施工技术及计算研究

2020-06-20徐慧文

工程建设与设计 2020年10期

关键词：导梁钢箱梁桥墩

徐慧文

（中铁二十四局集团上海铁建工程有限公司，上海200000）

1 引言

顶推施工法因其很强的适用性，在桥梁施工中得到了广泛的应用。1974 年，我国的狄家河铁路桥首先采用了顶推施工法。湖南沩水桥和丘墩大桥相继采用了顶推施工法，标志我国的顶推施工法达到了国际先进水平。

2 工程概述

北横通道新建二期工程Ⅱ标段为南北走向，包括新建FB辅道和ZB 匝道，其中FB 辅道由南北高架接出后接永兴路下匝道进入地面道路，依次跨越天目中路、南北高架转盘、铁路，桥梁总宽6.25m，总长385.483m；ZB 匝道由地面道路上桥后与FB 辅道一起跨越铁路，桥梁总宽8.5m，总长135m。其中FB辅道FB07 和FB08 跨为跨铁路钢拱梁，梁长76m，梁宽16.75m，梁高2.2m，拱高16.761m，全桥总重1 100t。

该铁路跨钢拱桥跨度76m，但是在桥中心处有单片拱，拱高16.761m，是目前国内最大跨度单跨该桥型顶推桥梁施工；而且该桥跨越铁路机务段咽喉区的11 股铁路线、轨交3、4 号线；桥下4 处接触网、9 根通信光电缆、16 根信号电缆、2 处高压线、2 处投光灯需要迁改或防护；周边电力隧道井、信息井等敏感设施复杂；且因为与老桥挑臂干涉，需要先安装一侧挑臂，待顶推完成后切除老桥挑臂再安装新桥挑臂，所以存在横向非对称顶推施工。经过反复对比研究，本工程以桥梁方式上跨铁路线、轨道交通3/4 号线和交通路，铁路跨钢拱桥采用步履式多点顶推法施工。在整个顶推过程中，共设24 组顶推设备，最多时有18 组顶推设备同时工作，顶推在铁路封锁点内进行，接触网不断电。

在该施工方案中，钢箱梁梁段拟采用分段拼装整体步履式多点连续顶推法施工，即在铁路南侧布置拼装平台，在桥墩上设置步履式顶推设备和临时钢垫梁。钢箱梁从拼装区顶推到位并整体卸载。

3 顶推施工流程

首先，在铁路南侧搭设拼装支架和顶推支架，顶推支架上安装BL400t 步履式顶推设备。拼装全桥和35m 导梁，准备顶推施工，如图1 所示。

图1 顶推施工准备图

完成施工准备后，在拼装区拼装全桥和35m 导梁。准备顶推施工。在正式进行施工前，需要进行顶推施工前试验，即拆除2 组拼装支架，将4 顶推支架和7#桥墩位置支架上顶推设备脱空，在顶推施工前模拟前端悬挑50m 危险工况。

在完成顶推设备调试后，可先试着向前顶推3m。完成试推后，可向前连续顶推到达7#桥墩；第2 次连续顶推到达5#顶推临时墩；第3 次连续顶推到达8#桥墩；第4 次连续顶推，准备拆除导梁前端第一节；第5 次连续向前顶推，顶推到位准备拆除导梁；拆除导梁结构，在7#、8#2 桥墩上安装落梁设备和临时垫块，将钢箱梁受力转换到支座上部临时垫块，拆除顶推设备和支架结构，利用落梁设备进行整体落梁施工。

4 施工过程计算分析

在施工前，对施工过程进行计算分析，可以对施工过程进行有效把关，使得工程顺利展开，所以我们对施工过程中典型的工况进行了计算分析。

4.1 计算模型说明

在计算载荷时，选择x正向为顶推前进方向、z正向为竖直向上方向、y正向为右手坐标系决定；自重恒载荷为钢箱梁1100t，导梁65t，根据GB 50068—2018《建筑结构可靠度设计统一标准》中规定，计算时取上述自重乘以1.3 的系数。导梁和钢梁的材料为钢材Q345，质量密度78.5×10-6N/mm3，弹性模量2.06×105MPa，线膨胀系数12×10-6/℃，泊松比0.3。根据GB 50017—2017《钢结构设计标准》中4.4.1 规定，Q345 钢材材料强度如表1 所示。

表1 Q345 钢材材料强度

在计算模型时，采用Sap2000 程序的空间杆系有限元方法计算。导梁及钢梁结构采用Frame 单元，销接结构简化为铰接，其余简化为刚接。荷载作用点（铰接或刚接节点）到截面形心的偏心采用刚臂（刚体约束）模拟，结构重量采用分段计算[1,2]。

4.2 对顶推过程进行计算分析

对钢箱梁顶推分8 个工况进行分析，单侧支点反力统计表如表2 所示。钢箱梁在顶推过程中单侧最大竖向力为4 193kN（工况7）。

表2 各顶推工况下单侧支点反力统计表kN

4.3 导梁最不利工况下的受力分析

钢箱梁顶推过程中，工况4 为导梁最不利工况，导梁最大竖向变形-357mm，导梁与钢箱梁连接位置竖向变形-72mm（见图2）。导梁最大应力106MPa，应力最大在导梁与钢箱梁连接位置（见图3）。

图2 结构变形图

图3 结构应力图

4.4 对顶推支墩进行计算分析

在计算载荷时，选择x正向为纵桥向；z正向为竖直向上方向；y正向为横桥向。自重恒载荷为dead，顶推支点反力为live（顶推支点竖向反力最大2 606kN，水平力取竖向反力的5%）。根据GB 50068—2018《建筑结构可靠度设计统一标准》中规定，本项目应考虑以下组合作为设计组合：1.3dead+1.5live。计算程序选择为Sap2000（v9.16），支座条件为铰接，按照图纸建模[3]。

对顶推支墩进行计算，最大压力为1 300kN，结构的最大应力为182MPa（见图4），满足施工要求。