跨既有道路钢箱梁步履式多点顶推法技术研究

摘 要：山湖大道跨沪渝高速桥第二联为钢箱梁，跨径布置为（43+63+45）=151m。本工程钢箱梁跨越既有高速公路，跨度和宽度较大，又临近高压线铁塔，施工环境复杂，经过研究论证，最终采用了原位吊装结合多点同步顶推施工工艺。顶推设备采用的是SLBLJ-500A型液压式步履机。本文通过对本工程钢箱梁多点同步顶推施工技术控制研究，为后期跨线大跨度钢结构顶推施工提供了借鉴意义。

关键词：钢箱梁；跨越既有高速公路；原位吊装；多点同步顶推；液压步履机文章编号：2095-4085（2024）03-0043-03

0 引言

随着近年来国家建设大力发展，跨越既有道路和通航航道的大跨径连续桥建设日益增多。这类跨线施工多采用支架现浇、悬臂施工或预制吊装的方式进行。大多需要在既有通行道路上占道施工，必要时还要封闭部分交通，且悬空作业下方车辆通行安全风险较高。近年来钢结构桥梁以其独特的设计和优良的性能越来越普遍，特别是在跨高速公路、河流、铁路等部位的桥梁建设中，钢箱梁顶推更是展现出良好的优越性，在国内外桥梁施工建设中得到了普及和应用。

1 工程简介

该项目为武汉江夏区光谷南大健康产业园配套道路，桥梁总长469m。本桥梁跨越既有线路沪渝高速公路，设计为跨线立交，与现有沪渝高速公路角度为85°。全桥由三联组成，第一、三联为现浇预应力混凝土箱梁，第二联钢箱梁梁采用三跨连续钢箱梁顶推施工工艺，跨径布置为（43+63+45）=151m。主线桥全宽43m，由净距2m相互独立的左、右幅组成，每幅梁全宽20.5m，结构形式为单箱三室截面，中心线梁高2.72m。该桥左右两幅桥关于道路中心线对称布置，设有1.5%的横坡。桥面横坡通过主梁结构顶板倾斜设置，底板与顶板互相平行，中腹板则与底板顶板垂直。

2 顶推施工方案

山湖大道大桥上部结构第二联钢箱梁安装采用原位吊装结合顶推施工的施工方法。钢箱梁分为13个节段，分段吊装作业工作幅度为12～18m，吊装作业重量为6～76t。钢箱梁吊装设备选用2台400t汽车吊，吊装过程利用千斤顶微调，微调到位后进行现场焊接，外观检测和焊缝无损检测合格后喷漆。通过试顶推获取相关数据，采用500t液压步履机进行顶推施工，顶推到位后进行线性监控测量，最终卸载落梁，根据测量数据进行微调。剩余节段D10-D13采用汽车吊原地吊装安装，完成钢箱梁施工。

1）钢箱梁在工厂制造成节段，涂装编号准备进场；2）运输车运至既定临近暂放场地，利用汽车吊提升钢梁节段至顶推拼装平台或原位吊装支架上进行现场拼装；3）D1～D3节段钢梁及导梁焊接完成后通过步履式顶推设备进行首次顶推；D4～D9节段随后分节段进行吊装顶推。待D1～D9全部顶推至设计里程后顶推施工完成，完成后续D10～D13节段原位吊装。最后拆除支架，完成体系转换。

3 钢箱梁步履式液压顶推施工工艺

3.1 临时支架

临时支架分为拼装支架和顶推支架，每半幅共搭设9组支架，其中7#、8#、9#为顶推支架，2#、4#、6#为拼装支架，1#、3#、5#为顶推拼装支架。顶推支架是由立柱钢管φ630×10和柱间钢管连接系采用M24高强螺栓栓接而成。顶推支架顶部采用两道双拼2×H470 H型钢作为横梁，底部基础采用扩大基础加钢管桩形式。拼装支架由立柱钢管φ630×10与柱间支撑c16a槽钢采用M24高强螺栓栓接而成，顶部采用单道H390 H型钢作为横梁，底部采用扩大基础加钢管桩。

采用D45柴油锤施工钢管桩，根据支架点位搭设拼装支架，先在拼装区将其组装完成，然后通过吊车起吊安装。待现场支架施工完毕后，在钢梁吊装施工前需对支架进行复检测量，核对支架高程、平面位置是否满足顶推施工标高要求。待支架复检测量完成后，才可进行下一步的钢梁分段吊装施工。沪渝高速南侧段落有高压线悬空，吊装条件受限，综合考虑施工条件及安全风险，在高速北侧设置拼装支架，从北侧向南侧顶进。

3.2 液压步履机工作原理

本工程钢箱梁顶推采用多点顶推和连续顶推，滑动装置和顶推装置均成套放置在顶推支架上，顶推力分散到各顶推支架。每组顶推支架上安装2台步履机，每幅共计12台。本工程采用 Midas Civil 2021进行顶推模拟，对各种工况下最大支点反力进行模拟计算，最终得出步履机最大支点反力为337.71t，本次施工选用500t液压步履机。工作原理示意图见图1。

图1 步履机工作原理图

SLBLJ-500A型步履机构造由机械、液压、电气三部分组成。顶推施工每个行程时长约10min，先利用竖向千斤顶将钢箱梁顶升至既定高程，再利用水平千斤顶向前推移，最终通过收回竖向千斤顶将钢箱梁搁置于垫块上，千斤顶最终回油收回完成一个顶推行程［1］。通过钢箱梁在竖向、横桥向、顺桥向的移动，将钢梁顶推至设计位置。

3.3 顶推流程

3.3.1 顶推设备调试

步履机安装完毕后，连接油电线路，分别在手动、自动两种模式下进行调试。手动运行模式下，在主控台操作面板上操作，检查执行元件伸缸或缩缸动作动作是否正常运行。然后在自动模式系统下，对系统各千斤顶的动作同步性、协调性等方面的进行检查。待系统的动作完全正常运行后方可宣布系统调试完成［1］。通过试顶推测试步履式千斤顶多点顶推的同步性、竖向顶起时各千斤顶顶升力偏差，获得顶推工效、摩阻系数等数据。

3.3.2 钢箱梁顶推步骤

1）在拼装区域首先安装24m导梁，导梁安装完成后，通过汽车吊吊装D1～D3钢梁节段，随后进行焊接；2）1#、3#、5#临时墩顶安装步履机进行第一次顶推，导梁进入沪渝高速上空，开始起吊拼装D4节段；3）继续向前顶推13.3m后，拼装D5节段；4）向前顶推18.2m后，导梁跨越沪渝高速，到达8#临时墩位置，起吊拼装D6节段；5）向前顶推16.5m后，导梁到达SH08墩柱，开始拼装D7节段；6）向前顶推16.5m后，拼装D8节段；7）向前顶推13m后，拼装D9节段；8）继续顶推，待钢箱梁前端到达9#支架时将导梁拆除；9）继续顶推至钢梁到达设计位置，顶推调整到位后落梁，最后完成D10-D13原位吊装工作，拆除临时设施结构。具体如图2所示。

4 顶推施工过程关键技术及重难点

4.1 临时支架变形监测

增设临时支架可减小梁截面的弯矩，缩短一次顶推的长度。支架设计时已考虑了安全系数，但多点同步顶推过程产生支架变形风险仍较大。若变形超出设计范围，钢箱梁的线形将受到明显的影响，整体的稳固性也会受到一定的影响。因此在顶推过程中，应实时对钢箱梁支架变形情况进行监测。顶推临时支架搭设一定要严格按照设计施工，支架的垂直度在搭设过程中应严格控制。临时支架搭设完成后，在临时支架、步履机操作平台上设置沉降变形观测点，在顶推过程中实时监控支架的变形情况。

4.2 钢箱梁顶推过程监控

在钢梁顶推过程中，梁体梁受力复杂，在诸多因素影响下，使得顶推效果具有不确定性，施工风险较大。箱梁顶推时的整体姿态直接影响顶推施工的平稳性和顶推的精确性，需要对顶推过程进行实时监控和控制，从而确保施工安全和施工质量。

（1）试顶推前对各千斤顶支架进行检查，支架结构必须稳定牢固，确保不出现顶推时支墩受力超预警的现象。

（2）顶推千斤顶布置应与钢梁纵轴平行，防止顶推过程中出现横向偏移和梁底变形，以防顶推过程发生倾覆等情况。

（3）各千顶顶部的支垫用橡胶板必须完好，若发现破坏严重的应及时进行更换。

（4）各顶推油缸位移通过行程传感器检测，然后将位移信号发送到主控制柜进行计算处理，再将控制信号输出到比例阀组或变频电机上，调节顶推油缸的伸缩速度，严格控制每个油缸的位移误差。

（5）每次顶推完成后必须对钢箱梁中线的偏移进行测量，偏位误差应控制在允许的范围内。在顶推过程中要实时监控顶升、平移及下降过程中力的变化。顶推过程中安排专人实时监控导梁及钢箱梁，若导梁有变形、螺丝松动、联结处有变形或钢箱梁发生局部变形等，应立即停止顶推施工，分析原因并妥善处理［2］。

（6）顶推过程中应对钢箱梁线型、姿态、空间位置及应力进行量测监控，及时调整顶推过程中各临时支架及支撑位置垫块高度，确保钢梁线型及应力满足要求。在顶推时要保证箱梁的正常受力，以免出现局部变形的梁体。

4.3 钢箱梁拼装焊接及线形控制

4.3.1 钢箱梁焊接拼装控制

为保证梁体在架设过程中的整体竖向线形及平曲线形，钢梁出厂前首先在专设的胎架上进行预拼装。在装配时必须考虑预留焊接收缩量，以减少焊缝收缩的影响。为了控制焊缝的收缩，在焊接立位对接焊缝时，使用较长的马板进行强制约束。钢梁整体组装为冬春露天作业，每跨合拢段的梁段定位组装预留伸缩空间，根据环境温度变化进行计算，补偿温差对钢梁外形的影响和控制，以减少钢板热胀冷缩对钢梁定位的影响。

4.3.2 钢箱梁整体姿态监测

每完成一次顶推行程后，都要对箱梁四角部的标高进行监测，并对所得测量数据进行分析，对每个临时支墩支垫的高度进行必要的微调，以保证钢箱梁的整体姿态和每个支撑点的位置受力均匀。

在各临时墩位置的钢梁底面设4个坐标观测点，每完成一次顶推后，利用经纬仪进行测量并收集数据，分析判断是否超过调整垫板的最大允许高度差，如超出容许范围，立即调整。

4.3.3 顶推位移及箱梁中线位移监测

顶推过程中需对每次顶推过程中箱梁的顶升位移、水平顶推位移、纠偏位移及钢箱梁前进方向中线偏移等进行监测。通过设备位移传感器可以直接测量得到顶升、顶推、纠偏位移，据此可知钢箱梁的空间位移、多点顶推同步的偏差。操作人员根据设备界面反馈的数据实时采取处理措施，若各点位移不同步或误差较大，则应停止作业，待问题解决后再继续施工。

4.4 支架拆除与落梁

卸载工作直接关系到支撑系统和结构稳定，也直接关系到作业人员的安全，在施工前必须对支撑和卸载支撑的形式进行综合考虑。一定要先进行试卸载后再正式卸载，卸载时也要掌握所需的卸载同步性要领及操作手法。在进行调节端切割时，对应支架处布置一对50t卸载千斤顶施力，调节管割除后，同步缓慢卸载。在卸载点及非卸载位置均应布置水平和竖向位移观测点，在卸载过程中、卸载完成后应与验算结果进行对比，必要时设置应力检测设备，以检测卸载过程中应力与变形。

5 结语

钢箱梁步履式顶推施工对既有道路通车干扰大大减小，降低了上跨高速公路施工作业的危险性，施工工期可以得到更大程度的缩短，推广应用前景十分广阔。本文通过山湖大道跨越沪渝高速钢箱梁顶推施工，在临时支架搭设、顶推工艺、监控监测及线形控制等方面做了相关经验总结，为其他类似工程提供一定的参考价值。

参考文献：

［1］陈运波.平竖曲线钢箱梁桥多点自平衡顶推施工技术分析［J］.工程技术研究，2021（8）：34-35.

［2］陈海珊，黄胜明，关永强，等. 跨既有高速公路的钢箱梁顶推施工技术研究［J］.工程技术研究，2021（22）：62-64.