余杭特大桥钢桁拱顶推施工安全管理研究

莫崇迁

(广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530200)

0 引言

钢桁拱具有强度高、自重小、造型美观和工业化程度高等优点，在公路、铁路以及公铁两用桥中应用十分普遍。支架法、缆索吊装法、悬臂拼装法和顶推法为钢桁拱桥施工的常用方法，这些方法各有其适用性。支架法受地质环境影响较大，主要适用于地质环境好的小跨径桥型；缆索吊装与转体法可用于大跨径钢桁拱桥的建设，但存在施工工艺复杂，对场地要求高、线型控制难度大等技术难题。与上述工艺相比，顶推法具有受环境影响小、管理方便、机械化程度高、施工成本低等优点，在工程中的应用越来越广泛[1]。然而，随着桥梁跨径的增大、结构形式的多样化和复杂化，顶推法施工面临着较大的施工风险。2019-09-01，安徽滁来全快速通道跨襄河在建大桥由于在顶推施工过程中钢箱梁发生滑移，造成4人死亡、15人受伤以及上千万元的直接经济损失。相关学者对顶推施工开展了安全性研究，岳昊等[2]研究表明，临时墩不均匀沉降将严重影响梁体的受力，并提出抽垫钢板精调墩顶标高等措施避免不均匀沉降。王金良等[3]研究轴向偏位对钢桁梁顶推施工的受力影响，提出首次顶推对杆件应力极值影响最为明显等规律。曹樟海[4]对钢箱梁顶推施工过程中常见风险源进行识别，并以长沙市机场大道主线桥钢箱梁顶推施工项目为工程依托，采用层次分析法对各风险因素进行风险评估。目前，顶推法施工工艺多用于中小跨径梁桥施工，对于结构复杂的钢桁拱桥，可参考的工程案例少、施工难度大、施工风险高。基于此，本文对顶推施工工艺以及顶推施工过程中各工序风险情况进行大量调研，再根据本工程的施工特点，总结归纳施工过程中常见的施工风险来源以及相应的处理措施，为余杭特大桥钢桁拱顶推过程安全施工保驾护航[5-8]。

1 工程概况

1.1 项目概况

余杭特大桥位于临平区和余杭区，是规划“杭州中环”的重要组成部分。该桥全长657 m，采用双层桥面桁式钢拱桥，上层桥共5联：(3×29) m+(69+162+69) m+3×(3×30) m，桥面宽38 m。下层桥共4联：(3×29) m+(69+162+69) m+2×(3×30) m，桥面宽48 m。横桥向设两片主拱，每片主拱为由上下两根拱肋组成的桁拱体系，采用三角桁式，杆件均采用焊接连接。拱下弦轴线为二次抛物线，跨度为162 m，拱肋矢高38 m，矢跨比为1/4.26；拱上弦轴线为样条曲线，跨度为300 m；在拱顶最高点处，上弦轴线较下弦轴线高4 m。全桥共设15对吊索，桥面系由正交异性桥面板(车行道)、横梁、人非车道挑臂和检修道挑臂组成。如图1所示。

图1 桥型布置图

1.2 顶推施工流程及施工工序

钢桁拱顶推施工主要包含的施工工序如图2所示。

(1)用龙门吊在支架上拼装长56 m的钢导梁及143 m主桥节段。安装顶推系统，第一阶段共设置24个滑块(左右滑道各12套)，两组水平液压顶推装置(每组两个液压千斤顶)。如图3所示。

图2 顶推施工流程图

图3 步骤一示意图(m)

(2)试运行钢梁顶推设备，并进行第一轮顶推，钢梁整体向前顶进63 m。此时导梁顶推至第一个临时墩，在临时墩安装两个滑块。悬臂共计36 m，导梁悬挑36 m，钢梁悬挑0 m。如图4所示。

图4 步骤二示意图(m)

(3)第二阶段钢梁拼装，用龙门吊拼装74 m主桥节段。安装第二个临时墩及5#墩顶推系统。如图5所示。

图5 步骤三示意图(m)

(4)进行第二轮顶推，钢梁整体向前顶推45 m，导梁落于第二个临时墩上，主要悬挑部分为临时墩跨中部分，悬挑长度为70 m，平台上钢梁长度为147 m。如图6所示。

图6 步骤四示意图(m)

(5)第三轮顶推，钢梁整体向前顶推45 m，导梁落于5#主墩上，主要悬挑部分为临时墩跨中部分，悬挑长度为70 m，平台上钢梁长度为147 m，如图7所示。

图7 步骤五示意图(m)

(6)拼装剩余83 m钢梁及拱肋，完成拱肋合龙。如图8所示。

图8 步骤六示意图(m)

(7)第四轮顶推，向前顶进54 m，主桥前端支点落于5#墩，拆除导梁。如图9所示。

图9 第四轮顶推示意图(m)

2 顶推施工安全风险识别(表1)

表1 施工风险识别表

3 顶推施工安全风险管控

3.1 顶推过程中关键设施控制措施

(1)作业平台。作业平台安装位置和高程应精准，且应有足够的强度与刚度。余杭特大桥拼装平台经计算最大应力为187.45 MPa，较Q354钢材具有较大安全富余，最大变形为16.45 mm，小于规范限值17.5 mm，满足规范对刚度的要求。如图10所示。

(2)临时墩。临时墩强度和刚度应满足要求。经计算，临时墩强度最大值为208.02 MPa，较Q345钢材有较大安全富余，墩高近80 m，最大位移为26.5 mm，小于规范限值200 mm，刚度较大。如图11所示。

(a)平台的强度

(b)平台的刚度图10 作业平台的强度与刚度计算云图

(a)临时墩的强度

(b)临时墩的刚度图11 临时墩的强度和刚度计算云图

(3)导梁。导梁刚度应使得导梁离开墩柱时的负弯矩值与主梁使用时最大负弯矩的比值满足要求，通常控制在0.15～0.3。本项目计算值为0.25，满足要求。

(4)横向限位系统。施工过程中，应及时对钢桁拱的横向偏位进行纠偏，可在轨道上适当设置横向限位装置。

(5)滑道。既要严控滑道的标高，尤其是对支反力大的滑道标高进行控制，也要对滑道顶部纵向适当设置预坡。此外，在滑道顶部可适当设置滑板或垫块，以提高施工安全性。

3.2 顶推启动和运行施工控制措施

应合理地在桥墩上设置千斤顶，并在设计范围内进行顶升施工，避免钢桁拱出现“爬行”状况，确保施工安全。各墩柱纵向偏位应满足规范和设计要求，应在桥墩上设置观察点，定期对施工过程中的位移变化进行观测，确保施工安全。详见图12。

图12 顶推系统设计示意图

3.3 误差监控防范措施

应对整个顶推施工过程进行有限元仿真计算分析，为确保结构计算的准确性，计算过程应由不同人员分别进行单独计算并对比计算结果，或采用不同的有限元软件分别进行计算对比。在确保结构安全的前提下，在河两侧布设观测点，随时观测钢桁拱和桥墩轴线偏差。在顶推施工过程中，如果轴向偏差过大，需及时调整，以确保施工安全。

3.4 防钢桁拱“爬行”控制措施

(1)采取“分级调压、集中控制、高差限位”的顶推措施，根据摩阻力的大小，取顶推力等于或略大于摩阻力，然后计算出分配至每个墩柱上的顶推力大小，应将各墩柱顶推力与摩阻力限值控制在一定差值范围内。

(2)应预先考虑顶推施工过程中，桥墩结构发生的各种破坏，并做好安全储备，减少顶推施工钢桁拱“爬行”带来的不利影响。

4 结语

本文以余杭特大桥为依托工程，对顶推施工过程中关键设施、顶推启动和运行、误差监控以及防止钢桁拱爬行等施工风险进行安全识别，并提出了相应的安全管控措施，可为钢桁拱顶推施工顺利进行打好基础。