新黄河特大桥156 m简支钢桁梁顶推施工技术.pdf

・桥涵工程・新黄河特大桥１５６ｍ简支钢桁梁顶推施工技术黄峻梅（中铁二十局集团第二工程有限公司北京１００１４２）摘要顶推是基于跨河或跨繁忙路段而发展起来的新型桥梁架设技术，黄韩侯铁路新黄河特大桥钢桁架设就采用了顶推法。结合本桥的特点，介绍了顶推过程中各个结构的施工控制，另外还将阶梯式大悬臂导梁、水中顶推过渡墩和超高位落梁等关键技术作了详细的分析和阐述。关键词钢桁粱顶推阶梯式过渡墩超高位落梁中图分类号Ｕ４４５．４６２文献标识码Ｂ——文章编号１００９４５３９（２０１４）０５００６４一０４ＰＩ璐ｌＩｉｎｇＣｏ璐ｔｒ眦ｔｉ仰Ｔｅｄｈｎｏｌｏ野ｆｏｒｔｈｅ１５６ｍＳｉｍｐｌｙＳ叩ｐｏｒｔｅｄＳｔｅｄＴ删鹂Ｇｉｒｄ盯ｏｆ卜沁ｗ—Ｙ枷ｏｗ砌Ｖ盱ＢｄｇｅＨｕａｎｇＪｕｎｍｅｉ（ｃｌＩｉ眦Ｒａｉｌｗａｙ２０山Ｂｕｒｅ跏Ｇｍｕｐｃｏ．ｕｄ．，Ｂｅ硒ｉｎｇ１００１４２，ｃｈｉ眦）Ａｂｓ咖ｃｔＴｈｎｌｓｔｉｎｇｉｓａ“ｎｅｗｄｇｅ∞ｅｒｅｃｔｉｔｅｃｌｌｒＩｏｌｏｇｙｂ聃ｅｄｏｎｃｏ璐ｍｌｃｔｉｏｎｏｖｅｒｂｕｓｙｒｉＶｅｒｓｅｃｔｉｏｎ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔＩＤ－ｄｕｃｅｓｔ｝ｌｅｔｈｎｌｓｔｉｎｇ“ｃｏｎｓｔｍｃｏｎ∞ｃｔｍｌｏｆｍａｉｎⅡｓｕｃｔｕｒｅｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｍｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＨｕ粕ｇｈ粕ｈｏｕｍｉｌｗａｙｓｔｅｅｌｔｍｓｓ晡ｄｇｅｅｒｅｃｔｉｏｎｏｖｅｒｔｌＩｅＮｅｗＹｅｌｌｏｗｍｖｅｒ，粕ｄ蛐ａｌｙｚ船蛐ｄｅｘｐｌａｉｎｓｔｌＩｅｓｔｅｐｐｅｄｃ锄ｔｉｌｅＶｅｒｂｅ哪，ｔｌｌｅｐｉｅｒｔ｝Ｉｍｓｔｉｎｇｉｎｗａｔｅｒ锄ｄｓｕｐｅｒｈｉｇｈｂｅ锄ｐｌａｃｅＩｎｅｎｔ砌ｏｎｇｏｔｈｅｒｋｅｙｔｅｃｌｕｌｏｌｏｇｉｅｓｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｓｔｅｅｌｔｍｓｓｇｉｒｄｅｒ；ｔＩｌ】ｍｓｔｉＩｌｇ；ｌａｄｄ髓８ｔｙｌｅ；ｔｒａｍｉｔｉｏｎａｌｐｉｅｒ；ｓｕｐｅｒ｝ｌｉ曲ｂｅ锄ｐｌａｃｅｍｅｎｔ１工程概况２施工方案新黄河特大桥是黄韩侯铁路的重难点和控制性工程，该桥位于陕西和山西交界处，正处黄河谷口，其中横跨黄河主河道为１跨１５６ｍ简支钢桁梁，钢桁采用无竖杆三角桁形式，桁高１８ｍ，梁端节点距１４．１ｍ，中间１４．２ｍ，梁中心宽８．６ｍ，结构如图ｌ。图１钢桁梁结构—收稿日期：２０１４一０２１８经过方案比选并结合本桥特点，钢桁梁拼装架设选择拖拉顶推方案，由５号主墩向４号主墩方向顶推，在５～８号主墩之间搭设拼装支架，利用１台７５ｔ履带吊和１台２６０ｔ履带吊分别前导梁和钢桁梁形成整体节间，之后顶推钢梁和导梁前移，后部支架继续下一工序钢桁梁节问拼装作业，如此循环直至钢桁梁纵向顶推就位。钢桁梁纵移就位后开始横移，最后安装支座、落梁，进行体系转换，完成整个钢桁梁的安装架设。钢桁梁顶推示意见图２。３顶推系统主要结构施工控制顶推系统主要由前导梁、钢桁梁拼装支架、上滑道及下滑道、拼装设备、纵移横移牵引装置和落铁道建筑技术ＲＡｆＬｗＡｙｃ０￣Ｓ丁尺ＵＣ丁『ｏＮ丁Ｅ＿ｃＨＮＯＬＯＧｙ’２Ｄ４ｒ５Ｊ万方数据・桥涵工程・梁装置等构成图２钢桁梁顶推示意钢桁梁顶推上滑道为Ｉ司断式节点支撑结构，为了图４上滑道结构满足节点过墩要求，下滑道设计成半连续性结构，分３．５纵移牵引装置３段构造：１～２号临时墩下滑道（长２０．６ｍ）、５～１７在配置纵移千斤顶时，先要计算出钢桁梁顶推号临时墩下滑道（长１２５ｍ），其中５～１７号临时墩下需要的牵引力（摩擦力），该桥为平坡，牵引力按以滑道为八三墩下滑道与混凝土下滑道混合结构，在７下公式计算：铁道建镝技术只Ａ儿ＷＡｙｃ０ＮＳ丁开ＵＣ了Ｔｏ～丁ｆ＿ｃＭ恸０Ｇｙ２口，４ｆ５Ｊ６５万方数据・桥涵工程・’ｆ＝Ｋ咖Ｇ＝２４４６×０．０８×３＝５８７．０４（ｔ）式中，Ｋ为阻力扩大系数，取３；咖滑道摩擦系数，取０．０８；Ｇ为钢桁梁加导梁自重，取２４４６ｔ。施工中使用４台２００ｔ连续千斤顶，分２组分别布置在５号临时墩和３号临时墩进行多点顶推。为了保证千斤顶顶推过程中同步前进，所有千斤顶均采用计算机系统精确控制。在顶推施工中，采集了各项数据，见表１。表１顶推摩擦系数启动摩稳定摩顶推分段顶推重量／ｔ启动力／ｔ稳定力／ｔ擦系数擦系数第一次８４６１１１．７１３．２６８．５８．１第二次１６４６２０４．１１２．４１２８．４７．８第三次２４４６３２５．３１３．３１９８．１８．１由表１中数据可以看出，千斤顶的顶推力富余量还是比较大的，完全能满足现场施工。千斤顶传力介质选择书１５．２ｍｍ钢绞线，且每台千斤顶配置９根，钢绞线与拉锚点之间通过专门加工的拉锚器连接，拉锚器与钢梁之间采用栓接固定，与钢绞线之间采用锚具和夹片固定，纵移千斤顶见图５图５纵移顶推设备３．６横移装置钢桁梁纵移到位后便开始往上游横移１３ｍ就位，横移时利用预埋在横移梁上的千斤顶反力架作为横移千斤顶支撑，顶推千斤顶选择５００ｔ回油千斤顶，有效行程１０ｃｍ，横移前在横移梁上满铺Ｈ２５０型钢形成横移下滑道。顶推过程中，当千斤顶达到最大行程后，暂停顶进，先回油，往千斤顶和钢梁之间填塞型钢，继续顶进，如此往返，直至钢桁梁横移就位。３．７落梁新黄河特大桥钢桁梁落梁高度达到１．９ｍ，落梁具有风险大、工序繁杂、施工周期长等特点，因此钢桁梁的落梁是本次钢桁梁顶推的重点和难点控制环节之一。基本操作方法是分阶段落梁，直至落梁到位，最终拆除千斤顶完成落梁过程。４顶推施工中的重难点及关键技术新黄河特大桥钢桁梁顶推在克服了一系列恶劣自然条件及不利的外部影响后，最终顺利地完成了顶推任务。在施工过程中，主要的关键性技术如下。４．１大悬臂阶梯式导梁在钢桁梁顶推过程中，为了保护钢桁梁在顶推过程中产生过大的挠度和过大的内应力，通常在钢梁上配置前导梁，而且前导梁在一定的范围内，悬臂越大，对钢梁的保护效果就越好，在此将这种现象定义为反线形关系，可用以下公式定性表示：Ｋ．∞≤Ｆ（矿，）＝孚，￡厶）Ｌ∞式中，Ｆ（盯，）为钢桁梁内应力及挠度的指标函数，Ｋ为常量系数，￡为导梁长度，厶为过孔跨度。但是在另一方面导梁长度的增加也会增加导梁自重，从而对钢桁梁的保护作用起到负面效应，在此将这种现象定义为正线形关系，可用以下公式定性表示：∞≤‰，（盯，）＝岛￡，Ｌ∞式中，Ｆ（盯，）为钢桁梁内应力及挠度的指标函数，‰恐为常量系数，三为导梁长度，为过孔跨度。钢桁梁内应力及挠度的指标函数与导梁长度的关系曲线见图６。∞只以）∞嘶，）∞蹦毋）图６导梁长度与钢梁保护效果关系曲线由图６可以看出，总能存在一个三。，对钢梁产生最有利的顶推效果，前提是￡是质量均匀体，且小于过孔跨度厶。同样针对导梁在保持其长度厶不变（即总质量∞不变）的情况下，质量对导梁自身的Ｆ（盯，）也存在酾铁道建笳技术ＲＡｆＬ懈ｙＣ０￣Ｓ丁开ＵＣ刀０～丁．ＥｃＨ～０ＬｏＧｙ’２０４ｒ５Ｊ万方数据・桥涵工程・相应的影响。由一般悬臂梁弯矩公式Ｍ＝÷牡２可二以看出，越远离导梁悬臂端头，产生的弯矩越大，导∞梁自身稳定性可由此公式表示，（盯，）＝玛等，其∞中Ｆ（旷，）为导梁内应力及挠度的指标函数，在此一ｒ２为常数，恐为常量系数。可得形２砑《｝万，因此在导梁结构设计中，尽可能地逼近形曲线的结构形式才是最合理，也是最优的。导梁理论抗弯截面曲线与实际抗弯截面曲线见图７。矿职％孵∞讫只仉）图７导梁长度与抗弯截面关系曲线由图７可以看出，阶梯式导梁正好可以逼近形理论曲线，所以在新黄河桥钢桁梁顶推过程中使用大悬臂阶梯式导梁是最合理的、最优化的。４．２水中过渡墩施工在临时墩施工中，水中过渡墩的施工是本次钢桁梁顶推施工的重点和难点工序之一。首先外部环境方面，上半年黄河枯水期为４～６月，有效施工周期短，其次在技术方面上，要满足８台钻机同时作业且保证不能相互影响的要求。其中关键技术是水上钻机平台的设计与施工（如图８），此平台不仅为钻机施工，也为后期的上部结构施工提供了作业面，降低了水中施工难度及安全风险。耋：４一害口三描‘ｒ一酉固辅助吐酉固８弋一一∞呈量｝Ｉ星ｈ寸！Ｉ星擅塾＿些一ｎｇ一一鲨＠受堕一星∞量卅ｎ一堕圭ｆ专曼型寸口广：铡—’旷一一８Ｉ…“０１４《５’；０Ｊ４帅啪【ＬＳＳ７０’’’８１４０Ｓ７４ｉ平台桩基础使用拍３０ｍｍ，６＝１０ｍｍ的钢管桩，每根长度２４ｍ，入土深度１２一１６ｍ，为了抵抗水流冲击，在水面以上的管桩增加槽钢剪刀撑；横梁采用双拼１４５ａ工字钢，分配梁采用１３０工字钢，面板为１０ｍｍ钢板；另外在５号墩码头与平台之间搭设便桥将之连接，方便施工机械进出，从而大大降低了施工的难度，有利于在黄河汛期到来之前完成水上墩的过渡施工作业，现场施工平台及便桥见图９。图９水上施工平台及便桥４．３超高位落梁施工黄韩侯铁路新黄河特大桥落梁高度达到１．９ｍ，属于超高位落梁，这不仅意味着落梁操作工序繁杂、施工周期长，更会带来很大的施工安全风险。落梁过程中存在千斤顶吨位、行程、钢桁梁落梁支垫材料及每层高度等因素，其中千斤顶行程直接影响落梁循环次数，从而影响施工周期；每层落梁支垫高度又影响整个支垛的稳定性，直接决定落梁安全（见图１０）。ａ．多层稳定性示意ｂ．少层稳定性示意图１０支垫分层高度与稳定性关系按照图１０，落梁支垫的分层厚度越大越安全，但实际操作中还受到千斤顶行程的限制，分层过大，超出千斤顶行程过大，无法实现落梁，因此增加若干组辅助支垫可以同时解决上述２个矛盾和难题。假设支垫分层高度为＾，辅助支垫设为未知数图８水上施工平台铁道建筑技术ＲＡ，ＬｗＡｙＣＯ～Ｓ丁ＲＵＣ丁『Ｏ～丁ＥＣＨ～ＯＬＯＧｙ约Ｔ４例（下转第７７页）６７万方数据・桥涵工程・图５浯梁作业３．３．３施工要点（１）千斤顶的安装位置应准确，各个方向的偏差不能超过５舢，并保证千斤顶中心在同一直线上。（２）梁体两端高度差应控制在５０ｍｍ以内，确保梁体在下落过程中不会开裂和纵向移动。（３）严格控制梁体标高和中线，确保槽形梁梁体同端支点在同一平面且高差不能大于２ｍｍ。（４）油泵操作人员应做到给油、回油均匀、一致。用调平楔块楔人支座四角，调平支座，并将支座底面标高调整到设计标高，注意应在支座底面与支撑垫石之间留有２～５ｃｍ空隙。桥梁支座灌浆采用无收缩高强度灌筑材料、重力灌浆方式进行。灌浆过程应从支座中心部位向四周注浆，直至从钢模与支座底板周边间隙观察到灌浆材料全部灌满为止。浆液终凝后，拆除模板及楔块，需要检查是否有漏浆处，如无漏浆拧紧下座板锚栓并拆除各支座的上、下座板连接螺栓。４结束语随着我国铁路复线的大规模建设，采用大吨位槽型梁上跨具有明显优势，将会越来越多地应用于工程实践中。槽型梁上跨既有道路施工过程中，由于道路限高及结构物本身的特殊要求，原位现浇不能满足施工要求的前提下，采用起顶现浇并落梁是最佳选择。（上接第６７页）……个，即Ａ１、Ａ２Ａｎ，千斤顶行程为曰，接下来操作千斤顶落梁，拆除一层支垫Ｉｌｌ，垫上辅助支垫，此时满足：……Ａｌ＋Ａ２＋＋Ａ，ｌ＜Ｉｌｌ……Ａ１、Ａ２Ａｎ＜Ｂ可得，ｌ＞＾／Ｂ，此时应该对，ｌ取最小值，这样既有利∥于支垫稳定，又有利于施工周期，因此ｎ＝日＋１，……同时为了加工方便，Ａ１＝Ａ２＝＝Ａ（＾／曰＋１）＝燕，将Ａ与Ｊｌ绘制成关系曲线，见图１ｌ。‘４口户｜Ｉ一曰√再／Ｉ｜，ｆＪ”图支垫分层高度与辅助支垫分层高度关系由图１ｌ可以看出，支垫分层高度越大，拆除次数就越少，工序就越简化，实际上支垫分层越大，辅助支垫分层就越大，反而增加了施工拆除次数，为此就要找出最佳支垫分层高度，当总高度固定日，支Ⅳ∥垫拆除次数１＝＾，辅助支垫的层数ｎ＝ＪＩｌ佃＋１，则辅助支垫拆除次数为舵＝（彤１１１）×（ＪＩｌ／Ｂ＋１），建立关于次数的函数：ⅣＦ（）：譬＋掣，（＾＜日）Ｈ｜ＵＤ根据此公式，支垫厚度越大，越能减少操作次数，但是综合现场施工，选用的支垫高度既不能太薄，也不宜太厚，因此现场采用八三墩，高度２６２ｍｍ（拆除次数可用上述公式计算）。５结束语顶推法施工能有效地缩短工期，确保工程安装质量。本次钢桁梁顶推主要是在各种复杂条件下，顺利完成钢桁梁顶推任务并总结一系列有效措施及经验。通过配备阶梯式导梁的方法可以有效地降低顶推风险，并且确保顶推的连续性，以及水中墩过渡和超高位落梁的成功施工，给今后类似的顶推作业能起到很好地借鉴作用。铁道建键技术Ｒ＾『ＬｗＡｙＣｏ￣ｓ丁开ＵＣ了Ｔ０～丁￡．Ｃ删０Ｇｙ２ＤＴ４俐万方数据