济南西客站联络线跨104国道特大桥钢桁梁顶推技术

周雍波张锐光

中图分类号：U445

摘要：济南至上海新建高速铁路济南枢纽跨104国道特大桥84m钢桁梁架设施工，为确保84m钢桁梁架设施工质量和安全，达到经济技术最优化施工，钢桁梁架设施工采用长导梁顶推架设方案。

关键词：84米钢桁梁、长导梁、顶推架设

1.工程概况

京沪高速铁路济南枢纽跨104国道特大桥84m双线简支钢桁梁为下承式钢桁架桥，跨径为84ｍ(39#墩～40#墩)，桁高为12.3ｍ。主桁采用无竖杆三角桁架布置，钢桁梁总重10858ｋＮ。构件连接采用栓焊结合，高强螺栓采用10.9级。设计标准为双线，线间距4.2m，客车最高运行速度160km/h。本桥位于直线上及15000m半径竖曲线上，桥上纵坡为20‰，钢桁梁斜置。

2.钢桁梁顶推概况

钢桁梁顶推包括：拼装系统、导梁系统、滑道系统、顶推系统和落梁系统。拼装系统主要包括预拼场地、拼装平台等；滑道系统由上滑道和下滑道组成，下滑道包括梁部和下部等。

3.钢桁梁顶推施工技术

(1).总体架设技术

根据工程实际，经经济技术比较后，本钢桁梁架设采用长导梁顶推技术，104国道主路不设临时支墩，在两主墩靠路侧设置排桩临时支墩减少导梁悬臂长度，通过长导梁整体顶推完成钢桁梁架设。

(2).钢梁杆件现场吊装和拼装

由于施工现场操作空间狭小，距离既有京沪下行线接触网较近，无法采用既定龙门吊方案进行钢桁梁拼装。决定采用一台260吨履带吊进行钢桁梁拼装作业，两台50吨履带吊进行前导梁拼装作业。

(3).顶推总平面布置

钢梁拼装场地设置在40#墩后，长约140m，宽28m。平台直线布置。钢梁整体拼装完成后由上海端向济南端顶推到位。

(4).顶推最大跨度的确定

由于104国道车流量大，封闭道路施工相对困难，故在104国道两侧设置临时支墩。钢桁架梁所跨104国道主路沿桥轴线方向宽度为40.7m，根据钢梁与104国道斜交且上滑道的布置特点确定钢梁顶推悬臂计算长度为60m。

(5).导梁选定

导梁长度为48m，采用直线桁架结构，为减小导梁自重，采用变高度形式；由于在大悬臂上墩过程中前端下挠较大，导梁最前端设置顶梁上墩结构。

(6).滑道设置

根据钢桁架梁结构受力要求，上滑道采用间断滑道，下滑道采用连续滑道形式：上滑道设置于主桁和导梁下弦杆大节点下，考虑下弦螺栓拼接和预拱度设置，将钢梁整体垫高，且使上滑道底面处于同一水平面。受力较小节点上滑道长度为2m，受力较大上滑道长度3.5m。下滑道用P50钢轨。

(7).顶推装置

根据计算设置2台150吨水平顶推千斤顶，千斤顶设置于40号墩上。另外在39号墩设置2台100吨水平顶推千斤顶作为辅助千斤顶。拉锚器设置于前、后端横梁上，一次顶推到位。拉锚器在钢梁横梁下左右布置，中心距离为7.27m，拉杆采用钢铰线，拉锚器设置于横梁接缝处。

(8).总体施工顺序

根据现场条件，首先进行临时支墩和拼装平台施工，再进行导梁和主梁拼装，一次顶推到位。

4.钢桁梁顶推重点结构分析及设计

(1).下滑道梁部

1). 计算

钢梁顶推计算模型如下，各上滑道垫墩按单向受力支座模拟。

各节段上滑道垫墩计算成果表如下：

2). 梁部设计

顶推施工下滑道纵梁根据钢桁梁顶推各工况下的滑道反力值，分别采用贝雷梁及钢构件。在跨104国道两侧主桥墩之间采用钢构件，其余均采用贝雷梁。

a.贝雷梁下滑道

贝雷梁采用的片数根据滑道反力值进行设计，下滑道纵梁横向共16片贝雷梁（单侧8片，采用横连槽钢14a联接）。

贝雷梁上每个节点处均铺I20a横梁，两主墩间临时墩钢构件上采用八三墩3#杆件作为横梁，横梁两端与贝雷梁上弦杆之间采用U型螺栓联接。在横梁上铺设下滑道钢轨，轨道与横梁之间采用钢轨扣件联接。架设贝雷梁时须使横梁及横垫梁位于节点上，保证贝雷梁的受力点与设计吻合。

贝雷梁下采用八三墩做横垫梁，贝雷梁下弦杆与八三墩横垫梁两端之间采用U型螺栓Ⅱ联接。

b.钢构件下滑道

从计算结果可知，在跨104国道两侧主桥墩之间滑道受力相当集中，故采用钢构件作为下滑道，高度为1000mm，宽度1500mm，纵梁长度16000mm。

(2).下滑道支墩和基础

1). 计算

根据顶推过程18工况的计算结果，可以确定各临时支墩的设计载荷，计算结果如下表所示：单位：KN

2). 临时墩设计

顶推施工下滑道下部根据钢桁梁顶推各工况下的滑道反力值，分别采用制式钢管柱及排桩结构形式。在跨104国道两侧主桥墩之间采用排桩；其余均采用钢管柱，桥墩之间采用2X2截面形式，柱顶直接采用八三墩垫梁。

a.钢管柱临时支墩

根据计算结果，采用钢管柱的临时支墩荷载最大为1150kN，故设计采用2X2截面形式可以满足工程要求。

2X2截面形式临时支墩布置形式为横桥向2m，纵桥向2m，由于临时支墩较高，故高度方向上每6m左右设置一道水平连接系，为保证施工中临时支墩的抗纵向水平力，临时墩顶部的贝雷架纵梁与桥墩连接成一整体。由于在顶推钢桁梁过程中，必然存在的钢桁梁蛇行运动，该运动对于较高的临时支墩的横向稳定存在不利作用，故设置上下游临时支墩之间采用槽钢作为横向连接系，确保顶推过程中上下游两临时支墩横向稳定。

根据工程地质资料显示确定基础形式采用明挖扩大基础，设计对基础配置了钢筋，为保证滑道的平顺性，在施工时应根据地质情况适当预留沉降量。

b.排桩支墩

根据计算结果，在跨104国道两侧主桥墩之间支墩荷载最大为3830kN，故设计采用钢管柱形式临时支墩以满足顶推钢梁对下滑道支墩的要求。

排桩支墩基本截面形式为4X2，横向布置为2根，间距10.6m，纵向布置为4根，间距3.6mm，钢管截面采用φ630X14X2。水平和上下均采用I20b作为连接件。

由于支墩所受荷载较大且集中，排桩基础采用钻孔桩基础形式，承台板截面形式为9.2mX4.5mX1.2m，承台采用C30混凝土；在施工时应根据地质情况适当预留沉降量，以保证轨道平顺。

c.墩顶垫梁

各墩顶垫梁直接采用八三墩杆件做垫梁，墩顶应注意预埋件的安装和定位控制。

(3).导梁

顶推施工中，为有效地降低钢桁梁大悬臂负弯矩，在钢桁梁前端设置了钢导梁。导梁长48.00m，米字桁架，高4340×2=8680mm，节间长8.00mm；主桁中心距5182×2=10364mm，总重约170吨。

1).导梁主体

导梁采用制式器材-八七军用梁杆件拼装，根据对18工况的分析，导梁各构件受力及允许承载力见下表：

从表中计算结果可以看到，导梁在顶推整个过程中，受力满足要求。

2).主梁导梁过渡段

由于主梁导梁桁间距不同，其导梁需与主梁进行有效连接，故导梁对主梁前端栓孔位置提出特别要求，同时对主梁下弦端节点板提出局部加强和工厂钻孔等措施要求。

(4).顶推系统计算及相关设备

1).计算

按主梁和导梁全部拼装完进行顶推，顶推重量1240.8吨，顶推力计算公式如下：

据公式H=K×G×f+G×I

K为安全系数，一般取K＝1.2～1.5；G为顶推钢梁总重，f为滑道摩擦系数，一般取f＝0.2；I为顶推桁梁的设计坡度；安全系数K取1.2；得H＝1.2×1240.8×0.2=298吨。

2).顶推系统及相关设备

a.顶推千斤顶

根据计算结果，顶推力为298t,故设计采用ZLD150型连续顶推千斤顶2台。

在40#墩墩顶安装2台ZDL150型顶推千斤顶，另外在39号墩设置2台100吨水平顶推千斤顶作为备用千斤顶。顶推千斤顶安装在钢托架上，钢托架锚固在桥墩预埋件上。顶推托架为组焊件。

b.配套滑道

在桥墩、临时支墩以及贝雷梁上设置顶推用的滑动支承装置即下滑道。下滑道结构形式采用钢轨铺设。顶推滑道中心间距为10.6m。

每侧下滑道是由两根钢轨构成，钢轨中心距75cm（与下弦杆翼缘尺寸相配合），连续；上滑道为在下弦杆节点处并排安装2根3.5m八三墩反扣槽钢。

c.拉锚器和牵引装置

拉锚器设置在梁底端横梁拼接板处，拉锚器为组焊件，采用高强螺栓安装在前、后端横梁上，螺栓孔利用拼接头处现有螺栓孔。拉锚器和拉杆要确保其强度满足要求，拉锚器采用夹片式锚具，锚具是钢绞线束的固定装置，采用OVM15-7型锚具；钢绞线束根数依顶推力确定——使其弹性伸长值小于5cm为准，一端同顶推千斤顶连接，另一端固定在拉锚器上，采用抗拉强度1860Mpa的7-7φ5钢绞线；拉锚器和钢绞线安装好后，要进行预紧，以保证顶推过程中钢绞线受力均匀。

5.钢桁梁顶推工况主梁验算结果

根据对各工况的分析，主梁构件受力计算结果如下表：

从以上计算结果可以看出主梁所有构件最小都能承受4896kN（截面最小，长度最长E6-A7杆件容许承载力）的轴向压力。表中计算结果可以看到，顶推过程中，主梁结构的受力都比4896kN要小，说明主梁结构安全。

6.结束语

顶推施工法在国外应用较早，早期主要是应用于钢桥施工上，早期的钢桥顶推机具采用卷扬机和滑车、滚筒，也称拖拉法。后期的顶推法用水平千斤顶取代了卷扬机和滑车，用滑道、滑块取代了滚筒。我国从70年代以后，随着交通事业的发展，顶推法技术在国内得到越来越多的重视和推广。顶推法施工技术使用的机具设备简单、施工进度比较快，其主要应用对象是中等跨径的钢梁桥和钢拱桥。

顶推施工是在主桥相邻的引桥、支架上拼装钢桁梁和导梁，安装上、下滑道，利用顶推钢索配合卷扬机和滑轮机组，顺线路方向进行顶推，使其在滑道上发生移动并顶推到指定位置，落梁就位。顶推法是桥梁施工中常用的一种方法，具有经济、快速的优点，尤其在大跨度钢桥施工中，更能显示其优越性。钢梁的拼装工作可以在支架上进行，工作条件好，施工质量容易保证，而且施工速度快，尤其是对主桥通车基本无影响。但是，此方法工艺上相对复杂，对施工队伍要求比较高，施工过程中结构体系不断变化，对结构的内力和变形要求高。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。