自动辊式钢支墩轮组结构顶推钢箱梁施工方法研究

　　摘要：随着我国经济的快速发展，基础建设越来越多，新建道路桥梁工程跨越既有铁路、公路等日益普遍。越来越被采用快捷钢箱梁桥梁上跨高速公路等重要交通干线施工工艺。由于此类施工工艺复杂,质量控制要求高,施工难度大,给上跨施工带来较大挑战。文章结合宜宾市过境高速公路西段柏溪互通上跨G85银昆高速公路钢箱梁顶推施工实例,仔细研究分析钢箱梁顶推工艺流程及工程难点,发明了一种自动辊式钢支墩轮组结构顶推设备，为此类施工工艺总结经验。

　　关键词：辊式;钢支墩;钢箱梁;顶推

　　1工程概况

　　柏溪互通C匝道2号桥第一联为钢箱梁，跨径为28m+46m+28m，中间46m跨上跨G85银昆高速。钢箱梁总重量约550t,位于半径160m的圆曲线上。钢箱梁全宽10.5m，横向由2个钢箱组成，2个钢箱之间用箱间横梁连接。单个钢箱腹板中心距为3m，中心处梁高1.95m。第二联为混凝土梁，施工完成后，安装第一联钢箱梁。

　　2自动辊式钢支墩结构

　　自动辊式钢支墩构造简单。主要依据辊式输送机原理，在钢箱梁下部安装辊式钢支墩。钢支墩顶部采用两个直径400mm的钢轮，通过电机给予动力，旋转带动钢箱梁向前推进。为保证钢轮与钢箱梁底部有效密贴，在辊式钢轮结构底部设置一千斤顶进行标高调节。整个辊式输送机采用钢结构支墩支撑，支墩高度可根据现场实际标高进行加工。

　　3自动辊式钢支墩轮组钢箱梁顶推施工方法

　　柏溪互通C匝道2号桥第一联钢箱梁中间跨(46m)和G85银昆高速斜交角度58°，跨越处G85银昆高速为一板式梁桥，不便采用直接吊装的常规方法进行。综合考虑桥梁结构和现场自然条件，在G85银昆高速南侧C匝道钢箱梁桥位侧设置施工便道，并在顶推拼装平台下部搭设拼装胎架。柏溪互通C匝道2号桥第一联钢箱梁现场安装分为三部分进行。首先在拼装胎架上依次拼装焊接12.188+12.056+11.020+11.456+12.539=59.259m，导梁36m。导梁与钢箱梁焊接为一级焊缝，焊缝全超声波探伤。在钢箱梁顶推施工之前，完成所有涂装施工。南侧和北侧剩余钢梁节段先在桥位处搭设钢管支架，再分别采用汽车吊将其直接吊装至支架上进行拼焊，最终完成第一联钢箱梁施工。

　　C匝道钢箱梁安装施工时，首先在0#台、1#墩上方布置钢支墩轮组、在0#台台背小桩号侧地面设置拼装胎架(该区域0#台背墙混凝土需施工完成，台背填土需填至设计标高)，在支架上拼装顶推1#墩～3#墩间59.259m的钢箱梁节段，待该区域的钢箱梁顶推到位后，再吊装边跨区域(0#台～1#墩)、(2#墩～3#墩)的剩余钢箱梁节段。需要顶推的钢箱梁总重量约为：400t(不含连接加强板等)。

　　3.1施工准备

　　3.1.1钢箱梁节段划分

　　C匝道钢箱梁沿纵向划分为9个节段，每个节段根据左右箱室沿横向再划分为2个吊装块，合计18个制作块。在钢结构厂房内生产时将分段划分为板单元制作。

　　3.1.2准备工作

　　①测量准备工作，完成测量控制网交接，并复测各墩台帽梁支座高程、平面轴线坐标参数是否与设计图纸一致，分析下部结构的误差对钢箱梁安装将会造成的影响。②根据桥梁平面和竖曲线数值，以及有关设置的预拱度等结构要求，结合实际工况，进行复核、模拟认证，确保下部结构各项数据满足施工要求。

　　③协调打通所有的运梁通道及吊装设备站位、转位场地。④完成临时支墩地基处理及基础施工。⑤完成各墩支座安装后高程、平面坐标交接，要求与设计一致。⑥根据吊装现场环境和节段吊装定位要求，确定钢箱梁拼装现场汽车吊定位位置，并做好标记。汽车吊进场时，根据预先画定的标记站位。⑦钢箱梁各节段分批次进场。根据钢箱梁各节段定位的要求和汽车吊站位，确定各节段进场的位置要求，并做好标记，运输车根据标记定位。

　　⑧施工现场设置全封闭围挡(只预留进出口大门)，并在进场道路和场内道路布置交通警示牌。⑨现场管理人员、技术人员、安全员、施工人员等均先进行安全培训，考核合格后到位。⑩熟悉图纸、资料和有关文件及规范;确定施工流程;编制施工计划;编制施工组织设计及应急预案;编制相关专项方案编制作业指导书;逐级做好技术和安全交底等工作。C匝道2#桥1#、2#墩轮组轨道按照设计半径160m曲线铺设，钢梁外弧为主动轮，内弧为从动轮。

　　3.1.3C匝道钢梁通过高速准备工作

　　①前导梁设计长36m，钢箱梁一次组拼焊接长59.259m。钢箱梁在拼装胎架上按照设计图预拱度及线型依次进行组拼焊接，并安装焊接前导梁。顶推施工前，所有工作均在1#墩小里程方向完成，不与高速公路发生侵线关系。②顶推前，在1#墩和2#墩墩顶预设各1排(4个)钢支墩轮组，并做好钢梁左右限位导轮的安装布设。③所有钢支墩轮组的布置必须严格按照桥梁设计曲线半径及位置要求摆设，并反复使用测量仪器定位复核，保证曲线半径、高程等满足顶推要求。

　　④在0#台～1#墩之间每隔14m设置1排钢支墩轮组，0#台至路基位置每间隔15m设置1排钢支墩轮组，全桥共计9排钢支墩轮组。高度保证前导梁能够顺利上至2#墩顶的钢支墩轮组上。3.2顶推施工流程3.2.1C匝道钢箱梁顶推施工流程①步骤1：在路基和墩顶布置钢支墩轮组(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、0#、1#、2#九组轮组。②步骤2：拼装36m导梁和60m钢梁(1#墩～2#墩)，共计约96m。

　　③步骤3：利用钢支墩轮组将导梁顶推前移36m。④步骤4：利用钢支墩轮组将导梁顶推前移10m，并使前导梁上2#墩。⑤步骤5：利用钢支墩轮组将钢箱梁顶推前移13m，切掉9m前导梁。钢箱梁移出1#墩23m。⑥步骤6：利用钢支墩轮组将钢箱梁顶推前移24m，钢箱梁刚好搭上2#墩，切掉剩余导梁。⑦步骤7：继续顶推将钢箱梁顶推前移5m，使46m跨钢箱梁停在指定位置，完成此跨的落梁，移除所有钢支墩轮 组。

　　3.2.2C匝道钢梁通过高速工作内容

　　①钢支墩轮组共有两种：一种是无轮缘的凸轮结构，另一种是带单侧轮缘的凸轮结构，轮箱组配备2718-187-3.0电机减速机，前进或后退速度3m/min，曲线外侧两排带有电机减速机系统，为主动轮组，曲线内侧无动力系统，为从动组，这样设计便于钢梁按照曲线行走。正常情况下通过高速46m跨时间可控制在3h内。

　　②安全起见在顶推过程中，下跨高速应采取临时交通管制，保证施工区域下方无车辆通行。根据下跨G85银昆高速车流量统计情况，施工封道时间宜安排在凌晨1时至4时，此时间段车流量少，封道对其他路段交通影响较小。③钢箱梁组拼焊接完成后，焊缝经探伤合格后，进行油漆补涂等相关工作，待所有工序结束后，清理桥上所有设备及临时构件，安装防护设备措施，保证钢梁顶推过程中无坠落物。

　　④顶推前每个轮组都设置1名专职观察员，观察员配备对讲机，随时与指挥员和操作手进行沟通。所有人员在顶推过程中，应密切观察各轮箱组的运行情况，防止咬轮、爬轮现象发生，观测运行中钢箱梁是否按照预设的运行轨迹行走(轴线偏移量小于50mm)。⑤顶推运行中，1#桥墩左右两侧各安排1名补漆人员，随时补漆(主要是轮箱与钢梁接触点)。

　　3.2.3C匝道钢梁通过高速整体稳定性分析

　　①顶推防倾覆措施a.为防止钢箱梁在顶推过程中悬挑长度过大，在钢梁顶推方向前端设置钢导梁;导梁的长度通常以主梁顶推自由长度的0.6～0.7倍。本工程为36m，满足要求。b.严格控制钢箱梁的顶推速度，钢箱梁沿纵桥向每分钟前行不超过1m。c.顶推行进过程中，钢箱梁的底板脱离下部支垫不超过50mm，以降低顶推过程中的脱空高度;为了降低顶推风险，减少顶推线型调节量，0#台混凝土台帽暂不施工。

　　d.钢箱梁在顶推过程中，纵向最大悬挑长度发生在C匝道导梁长度和钢箱梁10m的长度，此时前支点前方悬挑重量为钢导梁重量及10m长的钢箱梁重量，支点后方长度为49.259m，经计算，支点前端重量为30t×2+4.5t/m×10m=105t;支点后方重量为4.5t/m×49.259m=221.666t;抗倾覆系数为：221.666/105=2.11，大于规范要求(抗倾覆系数1.5)，纵桥向稳定。②侧向稳定钢箱梁侧向在四道腹板位置下方全部设置有钢支墩轮组，所以不会发生侧向失稳。

　　3.2.4顶推行程控制

　　①根据实际情况制定现场滑移速度，为了保证安全，设置顶推速度为1m/min。C匝道顶推过G85银昆高速时间控制在3h内。②为保证施工过程中的安全性，在滑移施工过程中，利用全站仪对节点过程进行施工测量，主要检查实际下挠值与理论值的差距，做好安全防护。精度可达毫米级，根据该工程实际情况，最大误差控制在10mm内。

　　3.2.5快速上墩措施由于顶推过程中钢支墩轮组顶部高程设置在同一高程，导梁顶推至即将上墩时的工况下，由于梁体下挠，导梁梁体将无法顺利上墩，现场采用以下两项措施用以保证其顺利上墩。①通过控制钢支墩轮组下方千斤顶顶升高度，升高靠前位置钢支墩轮组高度，降低靠后位置钢支墩轮组高度，形成一个沿顶推方向向上的坡度，抬升导梁前端高度。②上墩位置布置130t汽车吊，当通过改变钢支墩轮组高度仍无法顺利上墩时，采用吊车辅助提升的方式保证导梁顺利上墩。

　　3.2.6顶推控制措施

　　①顶推施工控制重点a.位移观测：位移观测主要是梁体的中线偏移和墩顶的水平、竖向位移，在顶推过程需用钢支墩轮组及时调整。墩顶位移观测非常重要，根据设计允许偏位作为最大偏位值，换算坐标，从施力开始到梁体开始移动连续观测，一旦位移超过最大值则立即停止施力，重新调整各钢支墩轮组运动。

　　b.顶推到最后梁段时要特别注意梁段是否到达设计位置，须按照监控指令，在温度稳定的夜间顶推到最终位置，并根据温度仔细计算测定梁长。c.每轮次最后一段梁及最后一轮顶推时,应注意减缓顶推速度，以便纠偏及纵移到位。②钢箱梁顶推线型控制钢箱梁顶推施工过程中，钢箱梁的线形控制非常重要，应密切进行观测。钢箱梁的横向线形控制主要通过曲线轨道和限位装置的横向纠偏进行控制，竖向线形控制主要通过顶推设备中的钢支墩轮组运动完成，应注意垫放抄垫板块的高度。

　　a.钢箱梁安装精度控制：高程±10mm,轴线±10mmb.防中线偏差措施确保同步顶推：每次顶推前，应仔细检查中央控制系统和各钢支墩轮组处顶推设备的性能。每个钢支墩轮组的顶推力均由中央控制系统控制，顶推过程中通过顶推位移和顶推力进行双控，以顶推位移为主，确保钢箱梁左右侧前行位移量协调统一。监测措施：在钢箱梁前端和尾端顶面设中线偏移监测点，顶推过程中连续观测。钢箱梁吊至拼装平台后，在钢箱梁底面各钢支墩轮组处用红油漆笔做里程标线，精确到厘米。

　　考虑到该钢箱梁桥位于半径为160m的圆曲线上，需以桥梁中心线每米来计算钢箱梁内侧和外侧的圆弧长度(内侧短、外侧长)，这样顶推过程中，各钢支墩轮组的操作人员能直观地观察两侧进尺是否同步。限位措施：钢箱梁顶推时通过各种导向装置限位，这是防止钢梁横向偏移最直接、最有效的手段，顶推设备中左右两侧设置了主动轮箱组和从动轮箱组，可以对梁段位置进行横向调节，随时纠正顶推过程中出现的偏差。

　　4实施效果和施工注意事项

　　4.1实施效果

　　柏溪互通C匝道钢箱梁桥采用自动辊式钢支墩轮组进行钢箱梁顶推，钢箱梁两侧设置多组导轮，使钢箱梁按照设计曲线行走，走到位时刚好位于设计位置，几乎不需要纠偏。钢箱梁桥于2020年12月10日1点开始顶推施工，3点50分顶推就位，共用时170min，顶程60m，平均每分钟0.35m。由于采用的方法恰当、措施有力，钢箱梁顶推过程顺利，就位准确。后在柏溪互通A匝道上跨G85银昆高速钢箱梁(1m～34m)顶推中继续采用该方案，同样取得了成功。

　　4.2顶推施工注意事项

　　①顶推系统使用前，应进行整体调试和演练，确保顶推过程中每一个钢支墩轮组和中央控制系统的正常运行。②为避免温度、日照等因素对钢箱梁梁段变形、梁长等造成影响，钢箱梁拼焊选择在温度稳定、日照强度不大的情况下进行，最好选择在阴天和晚上进行拼焊。③为了确保顶推设备对钢箱梁所施加的顶推力传递到腹板上,必要时可在腹板和底板连结区域内设置20mm的竖向加劲板，高度400mm左右，同腹板、底板焊接成整体结构，其间距为300mm～500mm设置一道。

　　④顶推时，应派专人检查导梁及箱梁，如果导梁构件有变形、螺丝松动、导梁与钢箱梁联结处或箱梁局部有变形等情况发生时，应立即停止顶推，进行分析处理。⑤顶推前，应和设计、监控等相关单位沟通，确定好顶推过程中各点的竖向力、水平顶推力等理论数据，设定好每个点的受力、位移允许偏差范围，输入到中央控制器数据库中，作为控制参数。

　　5结语

　　目前全国基础建设越来越多，而各高速公路车流量越来越大。空间曲线顶推技术逐渐成为现代城市建设中不可或缺的一项重要技术。相比传统的拼装技术和顶推技术，本例中自动辊式钢支墩轮组结构的成功应用，最大程度地提升了工作效率，提高了安全性,且设备构造简单，具有通用性，应用前景广阔。

　　参考文献

　　[1]JTG/T3650—2020,公路桥梁施工技术规范[S].

　　[2]GB50205-2020,钢结构工程施工质量验收规范[S].

　　[3]JTGD64-2015,公路桥涵钢结构设计规范[S].

　　[4]JTGD60-2015,公路桥涵设计通用规范[S].

　　作者：潘彪