公路高架桥跨电气化铁路顶推架设连续钢箱梁施工技术

金龙

摘要：本文结合公路高架桥上跨电气化铁路工程实例，详尽地论述了顶推法架设连续钢箱梁施工技术的特点、适用范围、工艺原理、施工工艺流程及操作要点等内容，同时将钢箱梁的单元制做、顶推设备的安装，拆除临时体系关键内容作了交待。

Abstract： Based on the example of the highway viaduct over crossing electrified railway project， this paper discusses in detail the characteristics， application scope， process principle， construction process and operation points of the construction technology of the continuous steel box girder by jacking method， and the steel box girder unit system， the installation of the jacking equipment， and temporary system demolition are introduced.

关键词：公路桥;跨电气化铁路;连续钢箱梁;施工技术

Key words： highway bridge;crossing electrical railway;continuous steel box girder;construction technology

中图分类号：U445.462                                   文獻标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）07-0087-05

0  引言

葫芦岛市海翔路高架桥工程，沿线依次上跨沈山线铁路及电厂走行线、化工走行线及炼油五场停车线，其中钢箱梁部分上跨沈山线铁路及电厂走行线，与沈山线铁路交叉角度51度，交叉处沈山线铁路里程K295+141.8，跨径布置为40m+55m+40m，其中顶推段长度72m，沈山线轨面标高17.01m，箱梁就位后距离轨面高度9.11m;由于受到地形条件及铁路环境的影响，故采用顶推法施工。通过采用顶推施工工艺，钢箱梁施工不受地形条件的影响，实现了预定工期安排;与其它工艺相比，顶推施工不阻断下方铁路正常运行，现场施工用时更短，更为安全。

1  工艺特点

①组装成型快，钢箱梁分节预制，直接运至现场拼装。②顶推原理安全可靠，防止倾覆危险。③机具设备简便，所需材料均为工程常用。④施工过程不阻断铁路运行，保障铁路行车安全。⑤结构整体性好，施工过程中梁体质量不受影响。⑥施工过程平稳无噪声，梁体与轨道接触面使用润滑油，有效减小摩擦阻力，进而保证施工过程平稳无噪声。⑦施工速度快，采用先进的顶推技术，顶推速度约为6m/h，有效的利用铁路封锁时间完成施工。

2  适用范围

本工法适用于修建在跨铁路等既有线路或对桥梁净高有严格要求等情况下的连续钢箱梁施工。

3  工艺原理

本工程中采用液压顶推的施工工艺，所选用步进式液压顶推器，是一种通过后部顶紧，主液压缸产生顶推反力，从而实现与之连接的被推移结构向前平移的专用设备。此设备的反力结构利用滑道设置，省去了反力点的加固问题。

液压顶推器与被推移结构通过销轴连接，传力途径非常直接，启动过程中无延时，动作精确度好。由于其反力点为步进顶紧式接触，不会在顶推过程中产生相对滑动，所以同步控制效果更好。步进式的工作过程，使得同步误差在每个行程完成后自然消除，无累积误差，同步精度很高。液压顶推器采用组合式设计，后部以顶紧装置与滑道连接，前部通过销轴及连接耳板与被推移结构连接，中间利用主液压缸产生驱动顶推力。当主液压缸伸出时，顶紧装置工作，自动顶紧滑道侧面;主液压缸缩回时，顶紧装置不工作，与主液压缸同方向移动。

4  施工工艺

4.1 施工工艺流程

如图1。

4.2 施工要点

4.2.1 钢箱梁桥单元制作

为便于公路运输、现场吊装，根据钢箱梁结构形式，工厂制作时对钢箱梁进行纵、横分段。

全桥钢箱梁划分为横向5个单元×纵向9段单元=45个运输构件单元通过陆地运输运至现场，桥段划分形式见表1。

各桥单元均在工厂车间内完成加工，加工的工艺流程为：钢材预处理→放样→划线→下料、调直→坡口加工→顶、底、腹板接料→板单元焊接→焊缝探伤检测→（如果有超标缺陷）焊缝返修→顶、底、腹板单元与加劲肋组装（板单元组装）、焊接→装对平台上梁单元组装→梁单元焊接→焊缝检测→（如果有超标缺陷）焊缝返修→预拼装胎架上就位→调整几何尺寸和焊缝间隙→焊接临时定位连接组件→除锈处理→内、外防腐涂装→成品报验→存放。

4.2.2 支架基础

部分支架基础利用永久墩承台，其余采用砼桩基础和钢筋混凝土扩大基础。根据计算钻孔桩基础设计桩长为10m，钢筋混凝土扩大基础厚度设计为1.5m，底层和顶层布设钢筋网。并在基础上，支架钢管位置预埋钢板，扩大基础尺1.5*3.5*15.4m。

基础采用刚性设计，埋设与钢管立柱相连的预埋件，基础刚度、强度需满足顶推施工的技术要求，表面平整、标高准确、不发生沉降。

4.2.3 临时结构设计

根据模拟钢箱梁及导梁顶进过程，通过midas建模分析出钢箱梁顶进过程中的最不利工况，钢箱梁自重采用1.1配安全系数，计算出各工况下支点反力，以验证支架的稳定性。

经计算设计支架形式如下：

①A组支架。

支架共设置5组钢管结构，每组5根610mm钢管，壁厚16mm，跨度（1.5+16.5+1.5+16）m，柱间采用20工字钢支撑，每组钢管下设置1.5*3.5*15.4m扩大基础，钢管柱高度9-13m。

在支墩钢管顶部铺设3根I56工字钢作横向分配梁，宽度14.8m，横向分配梁顶铺设贝雷梁，横向分布五组，共25列，贝雷片之间通过顶部槽钢横向连接系联成整体。贝雷片顶设置16b槽钢，间距300mm，顶部设置1cm厚钢板条形铺设，与槽鋼焊接。

②B组支架。

支架共设置3组钢管结构，每组5根610mm钢管，壁厚16mm，跨度（6+1.5）m，柱间采用20工字钢支撑，每组钢管下设置1.5*3.5*15.4m扩大基础，基础下设置4根1.5m直径桩基，桩长10m，钢管柱高度9-13m。

在支墩钢管顶部铺设3根I56工字钢作横向分配梁，宽度14.8m，横向分配梁顶铺设双H=588*300型钢，横向分布五组，共15列，型钢之间通过20工字钢，横向连接系联成整体。顶部设置1cm厚钢板条形铺设，用作施工平台。

③C组支架。

支架共设置10组钢管结构，每组5根610mm钢管，壁厚16mm，跨度（1.5+16.5+1.5+16.5+1.5+16.5+1.5）m，柱间采用20工字钢支撑，每组钢管下设置1.5*3.5*15.4m扩大基础，钢管柱高度9-13m。

在支墩钢管顶部铺设3根I56工字钢作横向分配梁，宽度14.8m，横向分配梁顶铺设贝雷梁，横向分布五组，共25列，贝雷片之间通过顶部槽钢横向连接系联成整体。贝雷片顶设置16b槽钢，间距500mm，顶部设置1cm厚钢板条形铺设，与槽钢焊接。

拼装顶推支架各节点构造、焊接要求及验收办法：

拼装顶推支架节点处为16b槽钢和钢管柱斜交30°、水平连接两种方式，上下共设置两层;

当钢管之间斜交时，贝雷片检查弦杆是否变形，是否脱销，槽钢与贝雷片采用U型卡连接，并在贝雷片与槽钢接触外边缘焊接钢筋卡牢;

钢板铺设时，中间预留3cm缝隙，保证钢板与槽钢间能够焊接，滑道下放钢板中心需沿滑道中心方向铺设，保证滑道稳定性，滑道需与钢板焊接牢固;

在盖梁处对应钢管柱及滑道位置预留2道钢板预埋件，将钢管柱及滑道与盖梁连接，保证顺桥向水平传力。

4.2.4 滑动及顶推装置

①顶推轨道。

在沈山线南侧和北侧，在支撑架平台钢板上设置顶推轨道。

顶推轨道由顶推梁，挡板，侧挡块，不锈钢板等组成。顶推梁为规格为双拼HM588×300×12×20（材质为Q345B）的型钢，在平台钢板上通长布置。顶推梁顶标高为25.963m。顶推梁上设挡板、侧挡块，2mm厚不锈钢板。挡板通长焊接在顶推梁上，侧挡块规格为-25×40×150mm（材质Q235B），与顶推梁和挡板焊接连接。挡板之间通长设置2mm厚不锈钢板，不锈钢板与挡板采用焊接连接。顶推梁在钢箱梁和导梁顶推过程中起到传递支座荷载的作用，不锈钢板起到减少摩擦阻力的作用，挡板和侧挡板起到抵抗支座和顶推设备水平荷载侧的作用。

挡板与顶推梁采用坡口焊焊接，侧挡快与挡板和顶推梁采用角焊缝连接，焊脚尺寸为10mm，不锈钢板与顶推梁采用氩弧焊每隔500mm焊50mm长的焊缝。

挡板，侧挡块和顶推轨道详图如图2-图5所示。

②顶推支座。

顶推支座设置在钢箱梁底面，顶推节点设置在顶推支座上。顶推节点由两块耳板组成，用于连接钢箱梁和顶推器，顶推器反推顶紧块，从而实现钢箱梁向前移动。顶推支座布置图，顶推支座详图和耳板详图如图6-图10。

4.2.5 箱梁及导梁安装

钢箱梁采用大型车辆从预制梁厂运输至施工现场，使用300t汽车吊进行吊装。吊装前在分段上系设好两根缆风绳，以控制分段在空中时的状态。当钢丝绳与梁段捆绑结束后，安全员对其进行检查验收，合格后，再由吊装指挥员指挥吊车司机将分段缓慢起升。在达到预定起升高度时，吊装指挥指挥吊车缓慢转动吊臂到预定安装位置上方后，吊车缓慢落钩将分段吊运至分段处顶面10cm左右停下，然后施工人员参照事先放出分段线边线、中心线将钢箱梁初步定位后吊车在继续缓慢落钩至安装位置;钢箱梁临时就位后，在钢箱梁分段接口位置利用码板和匹配对就位进行临时固定，待吊装完毕焊接完成后对临时固定措施进行拆除。

梁段拼装按照从大桩号往小桩号的顺序依次进行。桥址处梁段拼装焊接主要是环缝焊接、隔板焊接、纵缝焊接，主要包括梁段间环缝及纵腹板的焊接、U肋的焊接、隔板焊接、嵌补段的焊接等。

钢箱梁和滑块焊接固定。导梁采用变高截面工字板梁，长度为28m。导梁使用300t汽车吊吊装，架设在临时支撑系统上，钢导梁与箱梁腹板同高，采用熔透对接焊接形式连接，适当增加钢梁腹板加劲长度，使其与导梁构成整体，导梁与钢梁对接缝处采用大型马板连接，以增加连接强度。见图11。

4.2.6 安装顶推设备

顶推设备包含顶推千斤顶、千斤顶尾部卡托、高压油管（出油管和回油管）、泵站、计算机。

在顶推过程中，顶推器所施加的推力和钢箱梁和支座间的摩擦力F达到平衡。

摩擦力F=钢箱梁结构自重作用下竖向反力×1.2×0.07（不锈钢板与聚四氟乙烯板之间的动摩擦系数为0.05，静摩擦系数为0.07～0.1，偏安全考虑取摩擦系数为0.1，1.2为摩擦力的不均匀系数）。

根据以上计算，钢箱梁顶推所需的总顶推力大小为120t。本工程中钢箱梁顶推施工共设置6个顶推点，每个顶推点布置1台YS-PJ-50型液压顶推器，在每条轨道上平均布置。单台YS-PJ-50型液压顶推器的额定顶推驱动力为50t，则顶推点的总顶推力设计值300t>120t，能够满足顶推施工的要求。

高压油管通过出回油，使千斤顶进行出缸和收缸工作，泵站提供油管压力，计算机精确控制顶推千斤顶及尾部锁夹并检查其是否处于正常工作状态。

4.2.7 顶推施工

本工程梁体顶推长度为84m，顶推区钢箱梁总重1100t，钢箱梁采用拼装整体顶推的施工形式，每次顶推距离根据天窗封锁时间及滑靴位置确定，每次顶推结束后，切割滑靴，循环施工至顶推区钢箱梁施工就位。

顶推施工前需进行各项检查：①安排专人进行轨道、滑道清理，保证滑块与轨道、下滑道板与四氟乙烯板之间的清洁;对箱梁上面一切不必要的物体进行清理，保证无杂物。②对箱梁的梁体、下滑道面的線型和标高情况进行全面的测量摸底，并形成检查记录;对于个别情况进行处理，必须达到规范要求的平整度等情况，方可顶进施工。③对滑块、轨道等滑移接触面进行黄油均匀涂抹，保证梁体、滑靴在顶推过程中的通畅平稳。④安排专人检查千斤顶与锁夹、滑靴之间的连接是否牢靠。⑤顶推设备安装完后需进行试顶，并查看检测装置的检测元件，保证检测装置的接触及检测正常，调整各泵站的调速阀，保证各个千斤顶的运动速度达到一致;试顶过程中，应检查桥体结构是否平衡稳定，有无故障，关键受力部位是否产生裂纹。如有异常情况，则应停止试顶，查明原因并采取相应措施整改后方可继续试顶。随着施工进度的推进，有时泵站需要重新安装，故每次泵站重新安装后，都必须查看检测元件的工作性能，以保证顶推施工安全。

顶推施工具体操作：

一切准备就绪后，开启泵站，由计算机对顶推千斤顶及尾部卡托进行精确控制，保证左右两侧顶推千斤顶出缸速度一致，以达到钢箱梁准确平稳的轨道上行进的目的。

第一步：液压顶推器顶紧装置安装在滑道上，靠紧侧向挡板;主液压缸缸筒耳板通过销轴与被推移结构连接;液压顶推器主液压缸伸缸，推动被推移结构向前顶推。第二步：液压顶推器主液压缸连续伸缸一个行程，顶推被推移结构向前顶推一端距离。第三步：一个行程伸缸完毕，被推移结构不动;液压顶推器主液压缸缩缸，使顶紧装置与滑道挡板松开，并跟随主液压缸向前移动。第四步：主液压缸一个行程缩缸完毕，拖动顶紧装置向前移动一个步距，一个行程的顶推顶推完成，从步序1开始执行下一行程的步序。

4.2.8 拆除导梁

钢箱梁顶进至设计位置时，进行拆除导梁，导梁由吊车悬挂，采用气枪首先切割导梁腹杆，再切割分段导梁。切割导梁跟主梁的连接时，注意在割除过程中不得损伤钢梁，不平之处用手砂轮磨平并补漆。

4.2.9 落梁

顶升点布置：

钢箱梁顶推到设计位置后，准备落梁。落梁时顶升点的位置如图12所示。

注：每个支座处设置2台液压顶升器，共设置8个液压顶升器。单个顶升器顶升能力350t，总顶升能力8×350=2800t>钢箱梁总重量1100t，满足顶升落梁要求。见图13。

注：所有临时措施材质均为Q345B。顶升器顶板与钢箱梁底面采用角焊缝四面围焊连接，焊脚尺寸为10mm。顶升器顶板与顶升器，顶升器与顶升器底板，垫板与垫块之间通过销钉连接。

第一步：钢箱梁顶推到位后，在钢箱梁下方设置支撑一、支撑二。安装液压同步顶升系统设备，包括液压泵源系统、顶升器等。此时顶升器行程为0mm，支撑一、支撑二下方不能再放置垫板。第二步：调试液压顶升系统，确认无异常情况后，开始落位作业。支撑一顶升器伸缸，顶升器底部落到垫板上，继续伸缸将钢箱梁顶起（此时，顶升器行程为100），拆除顶推临时措施。第三步：在支撑二上放置一块垫板。支撑一顶升器缩缸（此时顶升器行程为0mm），钢箱梁重量转移到支撑二上，两台顶升器底部各拆除一块垫块（高80mm）。第四步：支撑一顶升器伸缸，顶升器底部落到垫板上，继续伸缸将钢钢箱梁顶起（此时，顶升器行程为100），拆除支撑架二处的一个垫块（高80mm）。第五步：支撑一顶升器缩缸（此时顶升器行程为0mm），钢箱梁重量转移到支撑二上，两台顶升器底部各拆除一块垫块（高80mm）。（第四步、第五步为一个循环，一个循环落梁80mm，支撑一和支撑二各拆除一个垫块（高80mm））。第六步：重复第四步、第五步6次，支撑一，支撑二各拆除6个垫块。第七步：顶升器伸缸，顶升器底部落到垫板上，继续伸缸将钢钢箱梁顶起（此时，顶升器行程为100），拆除支撑架二处的一个垫块（高80mm）。第八步：顶升器缩缸（此时顶升器行程为0mm），钢箱梁重量转移到支撑二上，两台顶升器底部拆除所有垫板。

4.2.10 拆除临时支撑墩

钢箱梁梁体平稳座落于墩柱支座上后，对临时支撑墩进行拆除。拆除过程中，注意与梁体、墩柱不要发生碰撞。

5  结束语

葫芦岛市海翔路高架桥工程跨沈山铁路段为40m+55m+40m连续钢箱梁，因主跨梁体跨越既有沈山铁路上下行及电厂专用线，斜交51°，故采用顶推法进行施工。

本段连续钢箱梁顶推施工的施工速度较快，顶进速度约为6m/h，合理利用铁路封锁时间，有效的保障了工期的顺利进展。同时连续钢箱梁顶推施工工艺在国内也已较为成熟，安全性高，施工质量也有很大保障，且施工较为简便，噪音、有害气体等污染小，适宜在地形条件有限制，正常吊装施工难以进行的场地进行使用。

随着近年来城市建设及改造的进程逐步加快，施工现场的情况也越发复杂，连续梁顶推施工具有良好的推广价值和发展前景。

参考文献：

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[2]TB 10752—2010，高速铁路桥涵工程施工质量验收标准[S].

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