横琴口岸莲花大桥小半径曲线桥钢箱梁顶推施工

魏小强，楚兴华，陈之，孙壮，李士聪

（1.中国建筑第二工程局有限公司华南分公司，广东 珠海 519000；2.大横琴股份有限公司，广东 珠海 519060）

1 工程概况

新建莲花大桥入境匝道采用（2×20 m）+（4×33.5 m）+（32 m+38 m+32 m）连续组合梁+（2×30 m）预应力混凝土连续梁+40 m 简支组合梁+（2×28 m+2×29 m）+（3×30 m）+（25 m+32 m+25 m）预应力混凝土连续梁+（4×23 m）钢筋混凝土连续梁，总长754 m；桥梁上部结构标准宽度为13.75 m，小半径加宽处宽度为16.7 m。采用独柱+盖梁式桥墩，标准桥宽处立柱采用2.2 m 圆柱；在小半径加宽处，横向加宽至2.8 m，盖梁采用预应力混凝土盖梁，桩基采用钻孔灌注桩。

2 施工难点

莲花大桥入境匝道R2～R9 桥跨钢箱梁与查验场板结构、琴海东路改造工程存在上下立体交叉作业，桥梁下部为通关车辆道路，该联采用跨径组合（2×20 m）+（4×33.5 m）+（32 m+38 m+32 m）+（1×40 m）的连续钢箱梁，钢箱梁底面横桥向坡度为2%，竖向成桥具有竖曲线，平曲线半径55 m。由于需要保证24 h 通关，无法中断交通，且场地条件受限，大型机械无法进入施工，无法采用传统的吊装施工[1]。经过讨论后，项目确定采用55 m 极限半径曲线差速顶推施工技术[2]。

3 临时结构设计

3.1 导梁设计

此次顶推单侧最大跨度达到44.6 m，为满足顶推需要并尽量减小导梁质量，导梁设计长度为最大跨度的0.7 倍左右，梁型采用变刚度变截面工字梁以减小导梁质量，根部为方便与钢箱梁连接，高度设计为2.5 m，采用腹板与钢箱梁两侧腹板对接焊接外贴焊接补强板的形式，下翼板与钢箱梁底板对齐连接，上翼板高于钢箱梁顶板并将腹板一同向纵桥向延伸一定长度焊接。

转角处采用焊接工艺孔过度。由于匝道中心半径R=55 m圆曲线影响，两侧导梁对称布置，导梁内外侧设置半径为49.3 m 和60.7 m 圆曲线，故内导梁中线弧长小于外导梁中线弧长。钢箱梁上下表面分别设有4%、2%的横坡，故导梁下翼缘设计为与钢箱梁下表面相应2%的横坡，以方便导梁与钢箱梁的焊接和顶推设备的安放和支撑。

本导梁所有节段和横梁为新加工，制作时要求与钢箱梁一同施工制造，保证相应的曲率和板件与杆件的正确连接。导梁截面为工字形，根部导梁局部宽度增加并设置横纵加劲肋保证与钢箱梁之间连接的刚度和强度，翼缘局部加宽与底板对接。导梁主梁节段之间采用现场焊接，导梁两侧分别分为3 个节段，导梁质量为51 t，最大分节质量5.6 t，最长节段长度为11.03 m。

3.2 拼装平台设计

主要用于钢箱梁分段后现场逐节焊接、安装的平台，拼装平台设计考虑施工工艺、钢箱梁分段和拼装需求。工厂化加工，验收合格后运至现场拼装，拼装平台设计主要考虑以下要点。

1）拼装平台布置主要根据钢箱梁顶推工艺确定，在R7 至R9 桥墩位置设置1#和2#拼装平台，1#拼装平台总长约25.4 m，横向宽度约18 m；2#拼装平台总长约26.7 m，横向宽度约18 m。

2）拼装平台顶面无坡度为平直，局部根据垫板调整适应钢箱梁坡度变化。拼装平台主要由扩大基础、钢管桩、钢管桩之间联系、桩顶横向分配梁和纵向分配梁等组成。钢管桩基础垂直荷载按钢箱梁拼装时最大支反力、结构自重及受力不均匀设计。

3）拼装平台的立柱采用φ609 mm×16 mm 钢管桩，顺桥向最大间距为7.65 m，横桥向间距为4 m。考虑钢梁的平曲线影响，拼装平台桩位的布置沿曲线布置。

4）1#拼装平台的平联、斜撑均采用C20a 槽钢；立柱顶面横桥向布置2 根工63c 型钢分配梁，其上纵桥向布置18 排贝雷梁作为拼装承重梁；在纵向分配梁上设置工25b 型钢分配梁，其上铺设20 mm 厚钢板，立柱采用17.8 m×3.8 m×0.5 m 扩大基础，地基承载力不小于100 kN。

5）2#拼装平台的平联、斜撑均采用C20a 槽钢。立柱上部结构有两种，一种是贝雷梁作为拼装承重梁，一种是工36c 型钢作为拼装承重梁。贝雷梁作为拼装承重梁的拼装平台，立柱顶面横桥向布置2 根工63c 型钢分配梁，其上纵桥向再布置18 排贝雷梁作为拼装承重梁；在纵向分配梁上设置工25b 型钢分配梁，其上铺设面板厚20 mm 钢板，立柱采用17.8 m×3.8 m×0.5 m 扩大基础，地基承载力不小于100 kN。采用工36c 型钢作为拼装承重梁的拼装平台，立柱顶面横桥向布置2 根工63c 型钢分配梁，其上纵桥向再布置工36c 型钢作为拼装承重梁，间距为500 mm，其上铺设20 mm 厚钢板，立柱采用17.8 m×1.8 m×0.5 m 扩大基础，地基承载力不小于100 kN，拼装平台布置如图1 所示。

图1 拼装平台立面布置图（单位：mm）

3.3 临时墩设计

临时墩作为顶推施工的承载结构，主要承受顶推施工的荷载，平面尺寸需满足顶推施工设备安装及操作需要。临时墩主要由桩承台基础、钢管桩、桩间连接系、桩顶横向分配梁和纵向分配梁等组成，临时墩基础垂直荷载按钢箱梁顶推时最大支反力、临时墩自重及受力不均匀情况设计。

临时墩主要分为整体式和分离式。整体式临时墩布置2台顶推设备，分离式临时墩布置1 台顶推设备。临时墩的桩承台基础与拼装平台相同，立柱为φ609 mm×16 mm 钢管，顺桥向最大间距为3.5 m，横桥向最大间距为11.4 m。立柱间采用C20a 槽钢连成整体以保证钢管稳定性，立柱顶面横向布置2根工63c 型钢，横梁上纵向布置5 根HM588 mm×300 mm 型钢作为顶推承重梁。临时墩平面布置图如图2 所示。

图2 临时墩平面布置图（单位：mm）

3.4 安全操作平台

设计临时结构时，为确保高空作业安全需设置操作平台。操作平台设计主要考虑以下几点：（1）人员通行方便；（2）钢箱梁拼装和焊接方便；（3）顶推设备、泵站和控制线路的安装、操作、检查、维护的方便。

3.5 步履式顶推设备

顶推施工时设备应满足最大竖向承载力355 t，钢箱梁顺桥向均匀扩散长度不小于600 mm，顶推施工过程中由钢箱梁中腹板受力，底板不受力，具有一定的竖向调节能力（不小于30 cm）及水平纠偏能力（不小于5 cm）。综合考虑设计、顶推同步性、顶推支撑竖向力及顶推不平衡水平力等要求，结合本桥结构形式，施工时采用步履式平移顶推设备进行施工，全桥共投入18 台顶推设备，其中包括8 台400 t 顶推设备和10 台600 t 顶推设备。

4 顶推施工流程

1）步骤一：（1）拼装平台和临时墩搭设完成后，安装导梁及顶推设备；（2）在临时墩上对400 t 顶推设备进行调试，检查传感器是否工作正常；（3）检查各顶推面是否全部脱开。

2）步骤二：将第一节段45.55 m 钢箱梁和钢导梁在拼装支架和临时墩位置焊接成整体。

3）步骤三：将钢箱梁向前曲线顶推60 m，采用差速顶推，顶推过程中保证箱梁和导梁腹板始终在顶推设备纵向中心线±50 mm 范围内，每顶推3 个行程修正一次横向位置。

4）步骤四：在拼装支架上拼装57.35 m 钢箱梁焊接成整体。

5）步骤五：将钢箱梁向前曲线顶推60 m，采用差速顶推，顶推过程中保证箱梁和导梁腹板始终在顶推设备纵向中心线±50 mm 范围内，每顶推3 个行程修正一次横向位置。

6）步骤六：在拼装支架上拼装60.6 m 钢箱梁焊接成整体。

7）步骤七：将钢箱梁向前曲线顶推35 m，采用差速顶推，在8#顶推支架上逐节拆除导梁，顶推过程中保证箱梁和导梁腹板始终在顶推设备纵向中心线±50 mm 范围内，每顶推3个行程修正一次横向位置。

8）步骤八：在拼装支架上拼装38 m 钢箱梁焊接成整体。

9）步骤九：将钢箱梁向前曲线顶推到设计里程，根据现场测量数据，对钢箱梁进行横向纠偏，精确顶推到位后落梁。

5 曲线顶推关键技术

为保证顶推施工过程中箱梁始终保证腹板受力，且箱梁按设计线型顶推到位，R2～R9 段箱梁需按曲线进行顶推，曲率半径为55 m。保证箱梁曲线顶推的关键技术[3]包括以下几点。

1）导梁中心线曲率半径设置为55 m。导梁与箱梁曲率半径相同，保证箱梁与导梁在顶推过程中按照相同的曲率进行完全顶推，防止导梁上墩时，导梁腹板超出顶推设备情况。

2）采用差速顶推法。差速顶推即保证箱梁内外侧运动角速度相同，线速度不同，外侧顶推设备速度与内侧顶推设备速度比为121∶100。

3）横向纠偏。顶推施工过程中，当箱梁腹板偏离设计腹板线型30 mm 时，即对箱梁进行横向纠偏，保证箱梁腹板始终处于正常的运动轨迹内，以保证曲线顶推技术的顺利实施。

6 施工监控控制原则

钢箱梁顶推过程是结构体系不断转换的过程，这个过程中箱梁的整体及局部受力复杂，在诸多外因与内因的共同作用下，不仅使顶推结果具有不确定性，更使得顶推过程的危险性提高，例如，顶推过程中箱梁的整体姿态直接影响到顶推施工的平稳性以及顶推精度，对施工过程进行监控就是为了消除不确定性，保证施工安全和施工质量[4]，主要有以下几点：（1）确保顶推过程中箱梁稳定，不会出现倾覆现象；（2）确保顶推过程中箱梁局部受力合理，不会出现局部变形的现象；（3）确保顶推过程中支墩受力不超出预警范围；（4）监控钢箱梁线型、空间及轴线位置；（5）监控顶推过程中各临时墩及支撑位置垫板高度及调整情况。

7 结语

横琴口岸莲花大桥改造钢箱梁平曲线半径55 m，为目前国际最小半径钢箱梁顶推施工，通过精准的设计、过程精确控制完成曲线段顶推施工，通过对小半径曲线桥极限半径钢箱梁顶推组成部分及“差速顶推”施工工艺介绍，明确施工中注意要点、施工精度控制及监控原则并总结形成了一套完整的小半径曲线桥极限半径顶推施工工艺，为今后类似桥梁施工提供借鉴。