既有桥下桁架式钢桥穿鱼法长距离顶推架设施工技术

陈双庆，田仲初

(1.湖南路桥建设集团公司，湖南长沙 410004;2.长沙理工大学，湖南长沙 410014)

0 引言

目前，国内桁架式钢桥的架设方法可分为:悬拼法、浮运架设法、整孔吊装法和顶推法四类，但长沙市110KV学士、学候大新电缆线过江改造工程采用66m+3×88m+66m+11×46m桁架式钢桥跨越湘江，位于现有猴子石大桥桥墩及上部构造主梁两幅翼板下的位置上，构成“桥下桥”的结构形式。由于钢桥架设施工不能影响桥上、下交通和通航，传统的吊机悬拼、浮运架设、整孔吊装、顶推等大型起重设备没有操作空间，湘江航道也不能设置临时墩等因素制约导致无法架设。

因此，长沙市110KV学士、学候大新电缆线过江钢桥施工工艺设计中，必须针对该桥上述复杂条件，采用既有桥下无临时支撑墩穿鱼法长距离顶推架设方法，成功完成了长沙市110KV学士、学候大新电缆线过江钢桥顶推施工任务。为我国电力系统跨越深谷，急流或与既有铁路、公路立交等环境以及场地受限制施工开辟了一条新途径，供同类桥梁设计、施工参考。

1 工程概况

长沙市110KV学士、学候大新电缆线过江改造工程，跨越湘江采用桁架式钢桥，桥跨布置为66m+3×88m+66m+11×46m，位于现有长沙市猴子石大桥桥墩及上部构造主梁两幅翼板下的位置上，构成“桥下桥”的结构形式。桁架式电缆钢桥西起猴子石大桥西16号桥墩(潇湘大道)，止于猴子石大桥东1号桥墩(湘江大道)，全长约902m，设计纵坡同已建猴子石大桥，最大纵坡为:1.395%。钢桁梁宽度为 2.0m，高为 2.2m，主桁上下弦杆采用φ400×16mm钢管，立杆和斜杆分别采用φ219×12mm和φ120×10mm钢管，钢管材质为Q345D，结构设计考虑了先顶推架设后分跨落梁到位施工方法。

2 工程特点

1)位于既有运营大桥桥墩及上部构造主梁两幅翼板下的位置上，顶推支撑拼装平台、钢梁吊装施工受到空间限制。

2)施工不能影响桥上、下交通和通航要求，湘江航道主跨位置不能设置临时支撑墩，顶推跨径大(88m)，顶推距离长(902m)，顶推施工技术要求高。

3)采用桁架式，主跨88m，长902m，在既有桥下顶推架设电缆钢桥在国内尚属首列。

4)顶推施工控制要求高，猴子石大桥已建成运营14a，梁体结构受力、混凝土徐变以及碳化和腐蚀与最初设计发生变化，穿鱼法顶推上支撑点落在主梁两幅翼板上，顶推过程中主梁两幅翼板的应力控制复杂，对猴子石大桥箱梁翼板结构影响大。

5)穿鱼法顶推工艺过程中，上、下顶推系统顶推点与顶推力大小及协调难度大。

3 穿鱼法长距离顶推架设方案简述

顶推法施工在国内外的桥梁建设中得到广泛采用，多点连续顶推技术也取得长足发展，针对上述桥梁工程特点，根据设计、交通及通航要求经反复研究形成的总体施工方案如下:

1)采用穿鱼法顶推施工工艺，桥面移动悬吊支撑牵引系统与墩顶顶推系统联合方式纵向多点连续顶推，即在猴子石主桥桥面上、猴子石墩上均设置顶推系统进行同步顶推。

2)主桥66m+3×88m+66m跨度采用原桥面移动悬吊支撑(穿鱼法)代替水中临时支撑墩。

3)考虑现场在既有桥下，传统的吊机悬拼、大型起重设备均没有施工操作空间而无法架设，顶推施工由西岸向东岸侧实施顶推，在西岸搭设顶推拼装平台和横移滑道，两幅桥中线位置布设专用临时垂直起吊装置系统。整个顶推过程分成若干个阶段，每拼装、焊接顶推完成一个阶段的钢桁架梁，即整体顶推一次，循环作业至完成全桥的顶推施工。

4)移动悬吊支撑位于原猴子石桥主梁两幅翼板上，支撑点反力应以满足主梁两幅翼板现有的应力控制为原则。

5)桁架式钢梁顶推完成后，在原猴子石主桥“V”型墩处安装永久桁架支撑墩，引桥桥墩位置浇筑支座垫石，分跨落梁到位。

4 穿鱼法长距离顶推架设施工关键技术要点

4.1 桁架式钢梁顶推平台

桁架式钢梁顶推平台包括现场拼装平台、拼装平台前的过渡墩及钢桁架梁横移滑道、吊装系统。

4.1.1 钢桁架梁现场拼装平台及过渡墩

钢桁架梁现场拼装平台设置在湘江西岸河堤侧原猴子石大桥主梁位置下，拼装平台设计长度和宽度按钢梁分节及拼装操作空间来确定，在顶推平台前设置一个临时墩作为顶推过渡段。确保整个顶推过程钢桁架梁及钢导梁抗倾覆的稳定性，并使钢桁架梁段由小跨径逐步过渡到标准的顶推跨径，控制梁尾端不因自重而产生较大的竖直转角，使梁段接头部位平顺。顶推平台布置如图1。

图1 顶推平台布置图(单位:cm)

4.1.2 钢桁架梁横移滑道、吊装系统

由于“桥下桥”的结构形式，钢桁架梁无法采用大型起重设备直接吊装到拼装平台上，根据现场条件及顶推施工工艺要求，钢桁架梁拼装采用在原猴子石大桥桥幅外侧设置一个横移滑道，钢桁架梁用平板汽车运抵现场后，采用50t履带吊机进行起吊安装至横移滑道上，通过卷扬机牵引至顶推拼装平台侧边，再通过猴子石大桥主梁两幅间的起吊系统吊装到顶推拼装平台上。

吊装系统采用20t电动倒链安装在猴子石大桥主梁两幅桥之间，起重量20～80t。用于安装钢桁架梁垂直起吊、调整。横移滑道布置如图2。

4.2 穿鱼法移动悬吊支撑系统设计

图2 横移滑道布置图(单位:cm)

钢桁架梁在顶推跨越猴子石大桥主桥跨(66m+3×88m+66m)工况时，根据力学计算及顶推工艺要求，需在每跨中间位置设置临时墩，而湘江通航要求不允许，经过与设计沟通和反复论证决定采用移动式悬吊支撑代替水中临时支撑墩解决大跨径顶推问题，在主桥跨西岸侧边墩位置设置一个固定支撑和横向限位系统，其他主墩位置只设置横向限位装置，在原猴子石大桥桥面设置移动悬吊支撑系统，随着顶推进程逐步安装移动悬吊支撑点，类似穿鱼晾晒。

4.2.1 移动悬吊支撑系统设计

移动悬吊支撑系统(穿鱼法支撑)利用原猴子石大桥纵向伸缩缝(3～5cm宽)作为行走槽，根据引桥跨径(46m顶推计算结果类比)在原猴子石大桥桥面按照40m间距设置1套移动悬吊支撑系统，全桥共计9套装置。每套移动悬吊支撑系统纵向按4m等间距布置支撑梁，每个支撑梁由4个20t滚轮支撑，滚轮轮距1.8m，最外侧2个滚轮均支撑在原猴子石大桥主梁腹板位置。9套移动悬吊支撑系统前后连成一个整体，采用桥面自动连续千斤顶作移动牵引动力，桥面自动连续千斤顶与墩顶自动连续千斤顶串联由一个总控站控制，在顶推过程控制好与钢桁架梁同步性。移动悬吊支撑系统布置如图3。

1)移动悬吊支撑系统的作用是减小顶推的跨径，在顶推过程中要承受很大的垂直力与水平推力，还要考虑在此跨中施工过程中移动悬吊支撑系统对原猴子石大桥桥面的影响，移动悬吊支撑系统滚轮设计、吊带、锚固点等都要有足够的强度与刚度，要有一定的安全储备。

2)单套移动悬吊支撑系统组成:移动吊点(承载力20t滚轮4个);吊带(2m长20mm厚钢板4块)，锚固点两端采用插销固定);300mm×400mm×20mm承压板2块;分配梁(长8mI36工字钢4根)。

3)为了减少对原猴子石桥面影响，在猴子石桥面每组滚轮下铺设2cm钢板做滑道，扩散滚轮集中力。

4.2.2 原猴子石大桥主梁翼板受力类比分析

1)根据顶推施工计算结果可知:在竖向最不利的情况下，不考虑水平推力的作用，最不利竖向荷载大小为37.1t作用下，每套移动悬吊系统按设置共有4组移动式吊点，每组移动式吊点最大反力9.27t。

2)移动悬吊系统滚轮按汽－20级荷载分布布置在猴子石大桥中间两个翼板上，每侧翼板位置荷载为 9.27t/2=4.64t。

3)猴子石大桥设计按汽车－20级，且目前通车安全，根据汽车荷载技术指标汽车－20级后轴重力为 13t＞4.64t。

所以猴子石大桥主梁翼板在临时移动吊点作用下是安全的。

4.3 穿鱼法顶推系统设计

穿鱼法顶推系统的组成主要由桥面移动悬吊支撑牵引系统、墩顶顶推力系统、顶推滑道装置、横向限位装置组成。

图3 移动悬吊支撑系统布置图

4.3.1 桥面移动悬吊支撑牵引系统及顶推动力系统

均选用ZLD－100水平千斤顶作为牵引及顶推动力系统，桥面设置1台，桥墩设置2台，按照多点连续顶推模式串联。

其他设备:1台ZLDB－100液压泵站，1台总控站及连接系统的高压油管、控制电缆、设备及电源电缆。

4.3.2 顶推滑道装置

滑道是顶推的关键部分，一般由滑道板和平滚两种方式，本项目采用平滚作为顶推滑道装置，截面形式采用三滚轴及16mm和20mm厚普通钢板焊接而成。要求钢度大，能均匀传递反力，结构简单，拆装方便。

4.3.3 横向限位装置

为了限制钢桁架梁在顶推过程中轴线发生偏位超限，在钢桁架梁底板两侧设置限位、导向和纠偏滚轴装置，该装置布置在顶推拼装平台、主墩的滑道两侧。当钢桁架梁在顶推过程中轴线偏位超过警戒值(10mm)时，两侧的滚轴纠偏装置会进行纠偏导向。

4.4 顶推施工过程及施工控制

4.4.1 顶推施工过程

钢桁架梁标准梁段采用墩顶多点千斤顶连续顶推及桥面千斤顶牵引移动式前吊系统联合法施工，钢桁架梁的顶推，是将钢桁架梁梁体搁置在平滚上，当水平千斤顶工作时，通过设置在钢桁架梁尾部的拉锚器和拉索施力于梁体，带动梁体向前滑动。

当顶推猴子石主桥跨径时桥面牵引系统必须与桥墩顶推系统同步。

4.4.2 顶推施工控制

1)线形控制。

钢桁架梁顶推施工过程中钢桁架梁的横向线形控制主要通过横向限位器控制，竖向线形控制主要通过滑道顶标高控制。

2)应力控制。

钢桁架梁在顶推过程中最大悬臂状态下桁架最不利截面应力，最大跨度状态下桁架最不利截面应力，猴子石主桥桥面在移动悬吊支撑最不利状态下翼板截面应力，移动悬吊支撑系统吊带应力，顶推施力墩纵向最大位移状态下墩身应力。

顶推进行了34次，每次顶推需要3h，共进行了40个不同工况条件下应力测试，测试结果显示整个顶推过程中钢桁架梁、原猴子石大桥主桥翼板均处于安全可控状态。

4.5 导梁拆除、落梁及永久限位装置的安装

顶推在滑道(及滑座)上进行，顶推到位后，需要拆除前端导梁，当顶推到位，即可利用汽车吊拆除导梁。

当导梁拆除后即可进行落梁工作。根据设计，采取逐跨落梁法，落梁至设计标高(永久支座上)。

落梁时先将竖向千斤顶起顶，待钢垫梁脱空后拆除钢垫梁;再根据设计要求的条件下落梁。

在原有每个猴子石大桥桥墩上，利用盖梁上的原有预埋件，采用型钢设置永久限位装置，确保桁架梁成桥使用后水平方向的稳定性。

5 结束语

1)结合大跨径桁架式钢桥在既有桥下的不利施工条件，研究采用的简易拼装平台及吊装系统、穿鱼法多点顶推到位的施工技术新颖，安全可靠，经济合理。

2)通过对原有桥梁翼板应力及变形类比分析，合理确定穿鱼法悬吊支撑点平面位置、数量、结构形式以及顶推连接布置方式，解决了大跨径无临时支撑墩、不影响桥上、下交通和通航要求的施工难题，丰富了桥梁多点顶推施工技术。

3)为我国电力系统跨越深谷，急流或与既有铁路、公路立交等环境以及场地受限制施工开辟了一条新途径。

［1］JTJ 041－2000，公路桥涵施工技术规范［S］.

［2］GB 50017－2003，钢结构设计规范［S］.

［3］JTJ 025－86，公路桥梁钢结构及木结构设计规范［S］.

［4］JTG D63－2007，公路桥涵地基与基础设计规范［S］.