上跨铁路既有线连续箱梁顶推施工

2022-07-08王若海

大众标准化 2022年11期

王若海

（四川公路桥梁建设集团有限公司大桥工程分公司，四川成都 610071）

1 引言

随着我国高速公路、铁路的迅猛发展，上跨铁路、高速公路的跨线桥梁越来越多。跨线桥梁受施工时间、施工场地、桥下净高等因素的影响较大，采用转体、支架现浇或预制安装等施工工艺，从经济、技术和安全以及社会效益等方面来比较，均不如顶推法施工工艺。顶推法施工在一般的桥梁施工中虽然较为常见，但在上跨铁路、高速公路顶推施工时，受到外部干扰、作业时间、安全风险等诸多因素的制约，比一般的顶推施工更有其特殊的要求。为保证既有线的运营安全，编制技术合理、安全可靠的施工方案是上跨既有线顶推施工的关键。

文章根据巴南广高速公路达成铁路跨线桥工程实例，对连续箱梁跨越既有线顶推施工方案进行技术总结。该方案是在国内外成熟的顶推施工技术基础上，针对上跨国家Ⅰ级干线铁路——达成铁路的实际情况进行改进、创新、优化而形成的。方案通过在巴南广高速公路达成铁路跨线桥上成功应用，证明该方案技术可靠，经济效益、社会效益显著，对同类工程的施工具有一定的借鉴作用。

2 工程概况

达成铁路跨线桥位于巴南广高速公路南充段，于K118+380处跨越达成铁路。达成铁路连接达州至成都，全长334公里，为国家Ⅰ级干线，被誉为西南第一铁，1997年12月投入运营，2009年7月完成复线建设并投入使用，时速由以前的80公里提高到200公里，现有和谐号列车运营。

达成铁路跨线桥按左、右幅进行设计，其上部结构为18+32+18 m三孔预应力混凝土连续箱梁，桥轴线与铁路股道中心线交角为108°，交叉点位于达成铁路下行线K54+100、上行线K53+550处。跨线桥左右幅采用错孔布置，左右幅全长均为75 m。桥梁全宽28.5 m，每幅桥全宽14.1 m，两幅之间为0.3 m的分隔带。下部结构采用柱式墩、柱式台，桩基础。桥型总体布置见图1。

图1 桥型总体布置图（单位：cm）

连续箱梁高2.2 m，采用单箱双室结构，悬臂长2.25 m，悬臂板端部厚度0.18 m，根部厚度0.5 m，箱梁顶板厚度0.28 m，底板厚度0.35 m，腹板厚度0.45~0.85 m。半幅桥箱梁全长68 m，重23 751 kN，每延米重349.28 kN/m。连续箱梁横断面见图2。

图2 连续箱梁横断面图（单位：cm）

3 施工方案比选

顶推法施工按顶推动力装置的大小、数量以及布置形式分为单点或多点顶推。单点顶推是将吨位较大的顶推动力装置集中布置在一个墩（台）上，其余墩、台只设置滑动支承。多点顶推是将吨位较小的顶推动力装置分别布置在多个墩、台上，将顶推力分散到各墩、台上。

顶推法施工按顶推动力装置的类别又可以分为步距式和连续式顶推。步距式由水平千斤顶和竖直千斤顶组合而成，顶推时先由竖直千斤顶将梁体顶起，再由水平千斤顶顶推竖直千斤顶，使竖直千斤顶带动梁体向前移动。连续式一般采用串联穿心式千斤顶、牵引束、拉锚器等装置实现梁体的连续顶推（拖拉）。

本工程实例对多点、单点及步距式三种顶推方案进行了比选，结果如下所述：

3.1 多点顶推

在0号桥台、2号桥墩及3号桥台上各设置2台小吨位自动连续千斤顶。优点是千斤顶吨位较小，同时利用千斤顶传递给墩、台的向后水平反力来平衡梁体在墩、台上滑移时因摩阻力对墩、台产生的向前水平推力，这也是国内一般的顶推桥施工大多采用多点顶推的原因之一。但由于本工程上跨既有线，其缺点在于牵引束跨越既有线高压接触网非常困难，且在既有线高压接触网之上布设牵引束，不论是对梁体的顶推作业还是既有线的正常运行，都存在很大的安全风险。

3.2 单点顶推

本工程箱梁预制场布置在0号桥台后的路基上，故在靠近箱梁预制场的0号台上设置2台ZLD350型自动连续千斤顶。其优点是牵引束避免了跨越既有线高压接触网，对顶推施工和既有线行车安全有利。但缺点是顶推力集中于0号台，同时由于各墩、台没有水平千斤顶传递的向后水平反力来平衡梁体滑移时在墩、台上产生的摩阻力，因此各墩、台所受的水平推力较大，不利于桥梁结构的安全。

3.3 步距式顶推

步距式顶推其优点是所用顶推设备简单，省去了牵引束、拉锚器、反力架等顶推装置，对既有线的影响最小。但缺点是顶推速度较慢，无法满足铁路部门规定的Ⅱ级施工在115 min内将钢导梁从1号墩顶推至2号墩（顶推距离32 m）的要求。

3.4 比选结果

从以上顶推施工方案的对比中可以看出，要克服多点顶推和步距式顶推的缺点是非常困难的，因此在初步计算连续箱梁所需顶推力、单个墩、台所能承受的最大水平推力、梁体对单点与多点拉力的敏感程度，并结合本工程现场条件、设计要求和顶推设备现状的情况下，为避免牵引束布设时跨越既有线，同时为了在铁路部门规定的时间段内将钢导梁顶推至2号墩，本桥连续箱梁选用三孔整体预制、单点顶推法施工，即在0号桥台背后路基上布设预制梁场与预制台座，在制梁台座上设连续滑道，同时在制梁台座上拼装钢导梁。在0号台布置2台（半幅桥）ZLD350型自动连续顶推千斤顶及2台液压泵站，与锚固在箱梁尾部后锚梁（拉锚器）上的钢绞线组成顶推系统。方案比选结果见表1。

表1 顶推施工方案比选结果

ZLD350型自动连续千斤顶最大顶推速度为18 m/h，可在铁路部门规定的时间内完成顶推施工作业。

4 顶推施工方案的优化

4.1 顶推系统

连续顶推（俗称“拖拉式”）通常是将水平连续千斤顶设置在墩、台上，并与设置在箱梁底板或外腹板两侧的拉锚器通过牵引束的连接组成顶推系统。该方式随着梁体不断向前顶推（拖拉），牵引束也将逐渐从千斤顶的前端拉出。鉴于本桥0号台位于既有线边坡上，距铁路上行线约20 m，拉出的牵引束很有可能侵入铁路限界，因此对顶推系统的设置做了改进，将千斤顶与拉锚器的位置前后互换，即在0号台放置千斤顶的位置改为前锚固端，而将千斤顶设置在箱梁尾端的后反力架上，经改进后，千斤顶随箱梁的顶进向前移动，而牵引束从千斤顶的后端退出后留在预制梁场内原地不动，此方式作为顶推法施工更加名副其实（可俗称“顶进式”），这样既解决了牵引束的侵线问题，又为牵引束的回收和另外半幅箱梁的再次使用提供了便利。

4.2 对墩、台的加固措施

由于采用单点顶推，顶推力集中于0号台，其他墩、台无水平千斤顶反力来平衡梁体滑移摩阻力，故墩、台顶部水平推力较大。为保证永久结构的安全，墩、台需做加固处理，其处理的原则是分析出梁体在整个顶推施工过程中各墩、台所承受的最大支反力及最大水平推力，在此工况下计算出各墩、台的内力、墩顶水平位移及墩柱裂缝宽度，根据计算结果制定相应的墩、台加固措施。

5 顶推施工主要设备介绍

5.1 顶推动力装置

顶推动力装置主要由顶推千斤顶、油泵、主控台及锚固、反力架等组成，在箱梁尾端（半幅桥）共设2台ZLD350型自动连续千斤顶，可满足要求。

5.2 钢绞线牵引束

钢绞线牵引束是将顶推千斤顶提供的顶推动力传递给箱梁的装置，采用公称直径为φ15.2 mm，强度级别为1 860 MPa钢绞线进行牵引。每台千斤顶钢绞线数量为31根。

5.3 钢导梁

钢导梁是为了减小顶推过程中梁体悬臂状态的负弯矩，在梁体前端对应腹板位置设置的变截面工字形实腹钢板梁。作为梁体在顶推过程中的主要受力结构，钢导梁在顶推过程中起非常关键的作用，它必须有足够的刚度和连接强度。钢导梁采用工厂定制，现场拼装方式。钢导梁的设计长度为22 m，分三段拼装设计，采用Q345D钢材，材料质量应满足《碳素结构钢》（GB700-2006）和《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-2008）规范的相关要求。

5.4 滑道系统

滑道系统是实现箱梁顺利顶推的关键，由制梁台座滑道和各墩台滑道组成。制梁台座滑道包括滑道板、滑块和盖板，墩台滑道包括滑道垫块、滑道板和滑块。

（1）制梁台座滑道。制梁台座滑道采用连续滑道，在制梁台座连续滑道墙上满铺滑道板、滑块、盖板。滑道板由2 146 mm×796 mm×20 mm的Q235钢板，通过沉头螺栓外包2 mm厚的不锈钢板组成。滑块采用钢板夹层热压橡胶与聚四氟乙烯板在工厂以特殊工艺压制而成，结构尺寸为600 mm×200 mm×26 mm、600 mm×150 mm×26 mm，其抗压标准值不低于30 MPa，抗压设计值10 MPa。盖板由1 075 mm×820 mm×5 mm、1 075 mm×800 mm×10 mm两种规格的Q235钢板焊接而成，作为底模的一部分，为防止箱梁浇筑混凝土时漏浆，盖板上下板前后错位10 mm，与底模连接处错口10 mm，以子母口形式连接。

（2）墩台滑道。墩台滑道是箱梁沿顶推方向前进的重要支点滑道，采用型钢与钢板组合的结构形式，墩台滑道与预埋在盖梁、台帽顶面上的预埋钢板进行焊接固定于墩台上。

5.5 限位及纠偏系统

（1）限位装置。限位装置通过精轧螺纹钢固定在制梁台座的外侧，以限制箱梁尾端的横向位置，限位器与箱梁接触处采用轴承，可随箱梁移动而转动从而限制箱梁偏移，以满足顶推施工精度要求。限位装置可视箱梁的行进交替前移。

（2）纠偏装置。顶推纠偏分主动纠偏与被动纠偏。主动纠偏利用顶推千斤顶进行纠偏，顶推时，持续观测，及时纠偏，通过左右两台连续千斤顶施加顶推力不同进行纠偏（有红外线靶子及测量仪器两种方法观测）根据不同位置的偏移量采用不同方法进行纠偏，主要观测箱梁和永久墩的弹性横向位移。当桥轴线偏移量过大，左右两台连续千斤顶施加的顶推力相差太大时，应采用被动纠偏系统进行纠偏，被动纠偏系统由纠偏支架和纠偏楔块或手动螺旋千斤顶组成。纠偏支架由型钢和钢板焊接而成，通过设置在盖梁侧面的预埋钢板与型钢反力架焊接，纠偏楔块由两块钢楔块组成。