跨铁路整体钢箱梁顶推竖向变形控制技术

跨铁路整体钢箱梁顶推竖向变形控制技术

【摘要】在现代的铁路建设中，如何将跨铁路整体钢箱完成顶推成为了一项技术难关。本文主要就跨铁路整体钢箱梁顶推竖向变形控制技术进行详细的介绍，较为系统地研究了钢箱在顶推过程中的受力状态和稳定性分析。

【关键词】跨铁路整体钢箱梁；顶推；竖向变形控制技术 一、前言

随着我国的建造业尤其是铁路建设的发展，如何完成跨铁路的整体钢箱梁顶推成为了一大技术难题，也成为了建筑业的一大重要发展方向。由于跨度长、技术难度高，所以解决方法多种多样。本文主要就其中的竖向变性控制技术进行详细分析，具有重要的实践意义。

二、顶推法发展历史及现状

六十年代中期，为了加快铁路建设，在西南的成昆铁路修建中，系统地研究发展了栓焊钢新技术，一举建成各种不同结构形式的栓焊钢桥44座，结束了在我国使用了近百年的铆接钢桥历史，为我国栓焊钢桥技术发展开创了新纪元。但是目前在国内的应用主要以混凝土连续梁桥的施工为主，在钢桥方面，顶推施工的应用还比较少。随着施工水平的提高和施工机械的发展，以及钢材料应用的广泛，顶推施工方法在各种类型钢箱梁桥的应用将会有广阔的空间。

三、跨铁路整体钢箱梁顶推竖向变形控制技术分析

对梁底不平顺的处理本桥位于上坡段和下坡段之间,半径R = 10000m的竖曲线上,最高点与最低点高差134mm,并且由于钢结构刚度较小,根据成桥计算结果本桥跨中设置了67 mm 的预拱度,合计最大高差达201 mm,见图4,准确控制变形必须考虑梁底不平顺因素。1、一般工程施工中消除梁底不平顺的方法。

为简化设计,一般均是在设计中按梁底平顺考虑,而在实际施工中通过工程措施来消除梁底不平顺。工程常见的有以下3种处理措施。

(1)采用竖向起顶装置调高方式,即每个临时墩采用2套千斤顶,竖向千斤顶将顶推主梁起顶,再用水平千斤顶顶着竖向千斤顶前进。通过竖向千斤顶不同顶程来消除梁底不平顺。这种方式需要2 套千斤顶不断循环往复，顶推速度慢。早期多点顶推即为这种方式。

(2)各临时墩墩顶设置可调高装置。

(3)用辅助结构将梁底垫平一起顶推,顶推结束后,拆除辅助结构

前2种方式由于涉及到调整高程,所以顶推速度都很慢,不适合跨越运输繁忙

的铁路干线,第3 种方式,由于顶推结束后要拆除辅助结构,势必要影响电气化铁路繁忙的运营,因此也不适用。

2、对梁底不平顺的计算模拟

要想精确控制钢箱梁的顶推变形,必须在计算中对由于梁底不平顺而产生的结构受力及变形影响进行准确分析。在顶推模型计算中采取了如下措施,简单方便在计算中准确模拟梁底的不平顺状态,准确真实地反映了各个临时墩的实际支承情况,以及各个阶段主梁的内力与变形。模型见图。

(1)将本桥竖向顶推轨迹,即每个临时墩顶高程设置于R =10000 m的竖曲线上,这样在计算时可仅考虑由于预拱引起的高差。

(2)梁水平直线建立梁单元,在主梁每个节点下方,新建固定约束的节点模拟支承,主梁节点和对应下方的固定约束的节点通过弹性连接相连,不同顶推阶段,激活和钝化相应的弹性连接来模拟实际支撑情况。

(3)将下方固定约束的节点,按照主梁梁底的线形,仅在顶推最初阶段施加反方向的强制位移。在后续的各个阶段,强制位移值保持不变。程序计算结果为变形值,综合考虑顶推轨迹的竖曲线修正后,可以得到主梁各点的绝对位移值。根据监控数据,顶推最大跨度时,测量的导梁前端挠度值平均值与理论计算值比较见表1。从表1 可以看出,理论计算值与实测值吻合很好,也验证这种处理方式的可行性。

四、顶推施工工艺设计

1、顶推主要技术参数

箱梁顶推技术参数表

2、钢梁架设作业场地布置和处理

（1）施工场地布置

根据运输和设计要求，钢箱梁采用工厂分段、分片制造，梁段基本尺寸为3.25m→5m（长）×16.25m（宽）×3.5m（高），纵向采用工地焊接；受现场条件限制，现场不考虑存梁场，钢梁分批运输至现场，并用吊车调至拼装台座上。新建远达大桥投影及外延30m的范围做为施工场地，总体平面布置图如图所示。

（2）场地处理

施工场地要满足临时设施杆件存放搭设、运输车辆和大型吊车作业等要求，要将整个施工场地及进场便道进行平整，遇有泥坑等挖除，用级配碎石换填并压实。

3、顶推部分临时墩和台座布置

拼装台座按直线布置，以6个间隔式钢管临时支墩组成。临时支墩用Φ609×16钢管搭设，1#、3#、4#、7#临时支墩立柱按2×2×2型布置，2#临时墩按2×2×3布置，5#、6#临时墩按2×1×2布置，基础采用C30混凝土，基础尺寸为5m×5m×1.5m（4m×5m×1.5m）。

钢管支承于工450c垫梁上，钢管两侧在现场焊接法兰板，并用型钢对一组钢管连接成整体。

4、原位拼装部分临时墩和台座布置

除顶推使用的6个临时墩外为其他临时墩，分别为1’#-5’# 5个临时支撑，采用Φ609×16钢管，其截面形式按2×2×2和2×1×2两种形式布置，基础尺寸为4m×4m×1.5m，采用C30混凝土。

拼装台座采用纵向贝雷梁和横向工450c垫梁布置，布置形式和要求同顶推部分拼装台座。

5、顶推设备和墩顶滑动系统

根据施工需要，在2#墩顶左右各安装1台ZDL200型顶推千斤顶，间距4.8m。

在滑动用2#、3#墩和1#-6#临时墩上，应设置顶推用的滑动支承装置。滑动系统由型钢平台、楔形垫块、下滑道、滑块等组成。各墩顶设左右两列滑道，设置于钢梁腹板和向内第一道加劲肋底部，顶推滑道中心间距为9.2m。

(1)下滑道支承平台，采为型钢平台。为适应竖曲线要求，在型钢平台上铺设楔形垫块，内灌C30混凝土，楔形垫块长度220cm和320cm两种，宽度60㎝，中心间距为9.1m。

(2)下滑道板是由2㎝厚钢板并加3mm厚不锈钢的贴面构成，滑道宽60cm（与楔形垫块和滑块尺寸匹配），为提高下滑道整体性，采用整块钢板制作，其每块滑道板长度为220cm和320cm两种（有效长度210和310cm）。2#临时墩最大支承反力1200吨，考虑1.2的偏载系数，上滑道四氟板按50㎝宽布置。滑道压应力（1200÷2）×1.2/（3×0.5）×10-2=4.8Mpa。3）上滑道为梁底面，由于箱梁隔板为等高，梁底因板厚不同而有错台，同时底板厚度16mm和24mm部分在

计算过程中局部应力超出容许范围，因此在滑道60cm宽度范围内均补齐为32mm厚度，临时补齐钢板与梁底焊接，顶推成桥后不拆除。钢梁加工厂需对补齐钢板纵向接头处打磨平整。

(3)滑块是由氯丁橡胶（其中夹粘3块厚2mm钢板）粘结厚为2mm聚四氯乙烯板构成。其平面尺寸为500mm×300mm，厚度20mm。滑块在顶推过程中前后倒用。滑块最大压应力同滑道压应力为4.8Mpa。

(4)拉锚器和牵引装置

拉锚器安装在横隔板处，左右两侧间距同千斤顶，为4.8m，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OVM15-9型锚具，钢绞线束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9-7φ5钢绞线。

6、限位和纠偏装置

为防止箱梁在顶推过程中出现过大的偏斜，在桥墩与各临时墩上均安装导向装置，限制箱梁的横向移动。本桥导向装置为L型，在钢梁拼装后，横向预留10mm间隙焊接在楔形垫块外伸底板上。导向和纠偏工作均在箱梁滑行过程中进行。

通过横向限位装置，使钢箱梁按照直线向前滑移，滑移轨迹为竖向圆曲线（平面为直线）。安装横向限位装置时，预留10㎜的间隙，使钢梁横向偏移量控制在10㎜内。

钢箱梁纠偏拟采用动态纠偏为主，静态纠偏为辅的方法。动态纠偏即在钢梁顶推过程中采用塞木楔使钢梁逐渐复位；静态纠偏即在钢梁静止状态下采用200吨横移千斤顶横向顶推纠偏。

7、导梁

为减小最大顶推跨度主梁应力，提高顶推安全性和上墩便利，需要在主梁前端设置前导梁。前导梁采用变高截面工字板梁，长度为35m。导梁立面考虑竖曲线的影响，按1m一段拟合。前导梁自重控制在2吨/m，前导梁与主梁同材质，采用焊接。

8、钢箱梁顶推过程中的竖向变形控制

顶推过程中，密切注意基础沉降观测。临时墩和桥墩之间用贝雷梁连接，既可以增加纵向刚度，平衡顶推过程中产生的水平力；又可以做为钢梁拼装台座。贝雷梁单幅每侧6片，间距为（90+3×45+90）cm，为提高受力能力和竖向刚度，在上下弦杆上安装加强弦杆。贝雷纵梁跟桥墩和临时墩固接，用以克服顶推时产生的水平力。

五、保证导梁顺利上墩措施 1、根据计算结果,导梁前端在最大悬臂状态时,竖向位移为414 mm,为保证导梁前端能顺利上墩,设计中对导梁做如下优化。

(1)将导梁前端设置200 mm 的预拱度。沿抛物线变化至导梁中部。当然,与前面的处理方法相同,在计算时也把这部分预拱按强制位移反向施加于下方的固定约束上。

(2)在导梁前端设置800 mmX300 mm 的倒角。见图。

2、通过以上两方面优化,使导梁前端高于临时墩顶500 mm。从理论上可以保证导梁顺利上墩。同时,为防止由于施工误差,连接变形过大或其他不确定原因造成的实际变形超出设计值,设计中还增设一些辅助措施,作为安全储备措施。

(1)将墩顶滑道接触面设计为半径200 mm 倒角,方便导梁上墩。见图。

(2)在两片导梁间增设辅助起顶装置,一旦出现导梁上不去墩的情况,可以利用辅助起顶装置将导梁顶上临时墩顶。见图。

六、结束语

就目前的技术水平而言，竖向变形控制技术在跨铁路整体钢箱梁顶推上的应用还不是很成熟，希望经过各位同行的不断努力，能够真正将这一套技术完善，并应用到生产实践之中。

参考文献

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[2]付永乐 通惠河桥钢箱梁顶推施工技术[J] 铁道建筑 2007年

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