CN105696469A - 一种特大桥大跨度双向纵坡钢箱梁顶推安装施工方法 - Google Patents

Abstract

一种特大桥大跨度双向纵坡钢箱梁顶推安装施工方法，包括步骤，钢箱梁节段采用“5+2”短线法制造拼装完成后，前5个节段转移进存梁台座，后2段梁为下轮次拼装母梁；钢箱梁安装，包括在主跨搭设6个临时墩，临时墩上设有顶推平台，顶推平台上布置顶推设备，钢箱梁在拼装、涂装后，通过运梁台车将其运至桥位处，再用提升吊机运至顶推平台，将平面位置和高程调整到施工线形后焊接，采用多点多台步履式顶推***使钢箱梁滑移至设计位置；待钢梁到位后，采用千斤顶将钢梁整体调整至设计标高至设计要求，挂索并安装支座。解决了跨江桥梁钢箱梁在安装施工时的施工安全和线型质量控制的问题，具有制造精度高、施工安全的特点，且满足设计要求。

Description

一种特大桥大跨度双向纵坡钢箱梁顶推安装施工方法

技术领域

本发明涉及一种特大桥大跨度双向纵坡钢箱梁顶推安装施工方法，特别是一种用于钢箱梁竖曲线形式为两端直线、中间夹曲线的特大桥大跨度双向纵坡钢箱梁顶推安装施工方法。

背景技术

近年来国内对城市设施的外观美感要求越来越高，桥梁设计出现多样性和不重复性。而在一些特大桥受美学、限高等因素影响，竖曲线形式复杂，以往多采用满堂支架法安装，在一些跨道路或者跨江桥梁上，采用连续千斤顶张拉法进行顶推施工。但采用多点连续张拉法进行拖拉时，具有安全风险高，竖曲线调整困难等影响。

发明内容

本发明其目的就在于提供一种特大桥大跨度双向纵坡钢箱梁顶推安装施工方法，解决了跨江桥梁钢箱梁在竖曲线为两端直线、中间夹圆曲线上安装施工时的施工安全和线型质量控制的问题，具有钢箱梁制造精度高、施工过程安全可靠的特点，且竖曲线满足设计要求。

实现上述目的而采取的技术方案，包括步骤，

1）钢箱梁制造及总拼，钢箱梁节段制造拼装时，采用“5+2”短线法进行拼装制造，即一次搭设7个节段拼装台架，首轮次拼装完成后，前5个节段转移进存梁台座，后2段梁为下一个轮次拼装母梁；

2）钢箱梁安装，采用步履式顶推工艺施工，包括在主跨搭设6个临时墩，临时墩上设有顶推平台，顶推平台上布置顶推设备，钢箱梁在拼装场地拼装、涂装完成以后，通过运梁台车将成品钢箱梁运至桥位处，采用提升吊机对钢箱梁进行提升、吊运至顶推平台，并将平面位置和高程调整到施工线形后焊接，采用多点多台步履式顶推***同步使钢箱梁逐段向前滑移，循环作业使钢箱梁到达设计位置；

3）待钢梁全部顶推到位后，采用千斤顶落梁的方法将钢梁整体调整至设计标高，达到设计要求后挂索并安装支座。

有益效果

与现有技术相比本发明具有以下优点。

（1）钢箱梁总体拼装制造时，采用“5+2”短线法进行拼装制造，即一次搭设7个节段拼装台架，首轮次拼装完成后，前5个节段转移进存梁台座，后2段梁为下一个轮次拼装母梁，极大提高了钢箱梁制造精度；

（2）每套顶推设备上自带竖向千斤顶，其顶升高度自由设置，能够灵活的适应钢箱梁坡度变化，较好的解决了钢箱梁纵坡变化的特点；

（3）钢箱梁在顶推过程中，其顶推前移、横向纠偏等均在顶推设备内完成，形成一个内力体系，是水中钢管支墩在理论上不受水平推力的影响，提高了水中钢管桩的安全性；

（4）钢箱梁顶推时，钢箱梁在被顶推设备顶升后，整体前移，因此，其在顶推设备上不受惯性力作用，顶推安全性高；

（5）设备自带横向纠偏千斤顶，较拖拉法横向焊接纠偏装置，钢箱梁发生横向偏移后，对临时支墩不受横向水平推力，其横向纠偏灵活方便。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1为钢箱梁匹配件安装图；

图2为顶推设备结构示意图；

图3为顶推平台立面布置图；

图4为顶推平台平面布置图；

图5为提梁机顺桥向布置图；

图6为提梁机横桥向布置图；

图7为临时支墩墩顶布置示意图；

图8为钢导梁平面图；

图9为钢导梁立面图；

图10为钢箱梁顶推步骤一示意图；

图11为钢箱梁顶推步骤二示意图；

图12为钢箱梁顶推步骤三示意图；

图13为钢箱梁顶推步骤四示意图；

图14为钢箱梁顶推步骤五示意图；

图15为钢箱梁顶推步骤六示意图；

图16为第N个梁段安装的精匹配示意图。

具体实施方式

包括步骤，

1）钢箱梁制造及总拼，钢箱梁节段制造拼装时，采用“5+2”短线法进行拼装制造，即一次搭设7个节段拼装台架，首轮次拼装完成后，前5个节段转移进存梁台座，后2段梁为下一个轮次拼装母梁；

2）钢箱梁安装，采用步履式顶推工艺施工，包括在主跨搭设6个临时墩，临时墩上设有顶推平台，顶推平台上布置顶推设备，钢箱梁在拼装场地拼装、涂装完成以后，通过运梁台车将成品钢箱梁运至桥位处，采用提升吊机对钢箱梁进行提升、吊运至顶推平台，并将平面位置和高程调整到施工线形后焊接，采用多点多台步履式顶推***同步使钢箱梁逐段向前滑移，循环作业使钢箱梁到达设计位置；

3）待钢梁全部顶推到位后，采用千斤顶落梁的方法将钢梁整体调整至设计标高，达到设计要求后挂索并安装支座。

实施例

桥梁钢箱梁竖曲线形式为两端直线、中间夹曲线，为保证钢箱梁安装线型，钢箱梁节段制造拼装时，采用“5+2”短线法进行拼装制造，即一次搭设7个节段拼装台架，首轮次拼装完成后，前5个节段转移进存梁台座，后2段梁为下一个轮次拼装母梁。钢箱梁安装采用步履式顶推工艺进行施工。在大桥边跨侧搭设顶推平台，在主跨搭设6个临时墩，并在其上布置顶推设备。钢箱梁在拼装场地拼装、涂装完成以后，通过运梁台车将成品钢箱梁运至桥位处，采用提升吊机对钢箱梁进行提升、吊运至顶推平台，并将平面位置和高程调整到施工线形后焊接，采用多点多台步履式顶推***同步使钢箱梁逐段向前滑移，循环作业使钢箱梁到达设计位置。待钢梁全部顶推到位后，采用千斤顶落梁的方法将钢梁整体调整至设计标高。达到设计要求后挂索并安装支座。

1、钢箱梁制造及总拼

钢箱梁制作在工厂车间完成下料、单元件组装、焊接；通过陆运至桥位后，在总拼胎架上完成钢箱梁节段的整体组装、焊接、修整、划线和精切。

钢箱梁节段制造拼装时，采用“5+2”短线法进行拼装制造，即一次搭设7个节段拼装台架，首轮次拼装完成后，前5个节段转移进存梁台座，后2段梁为下一个轮次拼装母梁。采用该方案拼装，有效的控制钢箱梁环缝对接错台和钢箱梁整体线型。单个节段制造时，单元件拼装焊接采用“两拼”工艺，即每两个单元件为一个焊接单元，这样有效的降低了顶底板焊接时应力的残留和减小了焊接变形的发生。

每个轮次钢箱梁总拼完成后，对相邻节段箱口位置焊接匹配件。每个节段箱口位置焊接1块匹配件D3，如图1所示，同时在自由状态下安装钢插销。匹配件安装完成后，去下钢插销，进行钢塔节段解体。喷砂涂装完成后运至桥位安装。桥位安装时，钢箱梁初步吊装至设计位置时，通过倒链牵引，实现匹配件初步对接，打入钢销后，即可快速的实现该箱口的精确对接，错台与总拼精度一致。

2、步履式顶推

步履式顶推机构包括顶升支撑油缸、顶推纵移油缸、横向调整油缸、纵移滑块、横移滑块、横移底座，如图2所示，可以实现竖向的顶升下降，顺桥向的前进后退，以及横向的纠偏。利用顶推机构和临时搁置垫梁的交替作用，通过步履式顶推机构的起、推、降、缩四个步骤，从而实现钢箱梁的间隙式前移。

①在纵移滑块上布置了2台顶升油缸，顶升油缸上端部用铰接结构与垫梁连接，这种连接方式可以适应钢梁线形变化。通过控制顶升油缸可以实现钢箱梁的竖向运动，可以通过单独调整单台顶升油缸的高度，适应不同的顺桥或横向坡度。

纵移滑块的底部固定一块聚四氟乙烯板，与横移滑块上固定的3毫米厚的不锈钢板构成滑移面。聚四氟乙烯板上开口储油槽，在移动摩擦面可藏硅油，以降低滑移面的摩擦阻力。

②在纵移滑块的两侧各设有一台顶推纵移油缸，纵移油缸与纵、横移滑块通过支座铰接固定，这样可以通过控制纵移油缸的伸缩实现纵移滑块在横移滑块上顺桥向的移动。

③横移滑块的底部固定两块聚四氟乙烯板（20mm×500mm×2000mm），与横移底座滑道上固定的3毫米厚的不锈钢板构成滑移面。

④在横移滑块的滑道两侧各布置了两台横向调整油缸。通过4台横向油缸，可以解决钢箱梁横桥向的调整问题。

钢箱梁安装采用整体多点顶推方式，沿桥方向布置顶推设备。14#交界墩及两个主塔各设一个点，L1#～L6#临时墩，每个墩上均设置一点，共11个点同时顶推，共需22套顶推装置。在22组设备同时顶进情况下，如何全部钢箱梁同步施工为本工程的重中之重。具体通过计算机控制和液压驱动来实现。

钢箱梁顶推控制***包括液压泵，液压泵站为油缸提供动力，根据主控计算机的指令，执行计算机指定动作。该***主要分为三个部分：支撑顶升***、顶推移动***和横向调整***。

①支撑顶升***

支撑顶升***包括电机，定量柱塞泵，换向阀，溢流阀，比例阀，平衡阀，截止阀，液控单向阀，安全阀。

其工作原理是：柱塞泵提供高压油给油缸；溢流阀可以调节***压力；换向阀实现上升或者下降动作切换；再通过比例阀放大以调节油缸速度；平衡阀自动调节下降的速度；截止阀能够单独控制某个油缸的动作或者停止；液压锁能够保住油缸大腔的压力；安全阀能够防止油缸过载。

油缸的位移通过位移传感器检测，油缸大腔的压力通过压力传感器反馈，所有的传感器信号通过总线传送给主控计算机进行分析和处理，然后根据控制软件输出泵站驱动信号，调节油缸的动作和速度，从而实现各个桥墩上面的顶推***同步上升或者同步下降，也可对单个油缸调整高差。

②顶推移动***和横向调节***

顶推移动***和横向调节***包括电机，定量柱塞泵，比例换向阀和溢流阀。

其工作原理是：柱塞泵提供高压油给油缸；溢流阀可以调节***压力；换向阀实现纵向顶推或者横向纠偏；通过比例阀调节油缸速度。通过油缸位移传感器和压力传感器实时检测当前油缸的速度和载荷，实现同步动作。

为确保施工过程中顶推同步性，本工程采用集中控制***。主要包括控制***硬件，控制***软件，泵站电子控制单元，传感器控制单元。

本套控制***在每个桥墩上设有一个分控制器，分控制器主要的作用是采集传感器的反馈数据，接收主控制器的指令驱动液压电磁阀；主控制器实现对整个***的集中控制，包括：顶升、顶推、纠偏装置的控制，压力数据、位移数据的计算处理以及各种故障的报警。

通过各种传感器的组合使用，实时检测顶推油缸、支撑顶升油缸、横向调整油缸的状态，保证支撑墩承受的水平载荷在允许范围内，保证钢箱梁平稳平移。

这些传感器主要包括：行程传感器、压力传感器。

Ⅰ、压力传感器：测量顶升油缸的工作压力，反映油缸的提升或下降负载。

Ⅱ、油缸行程传感器：用于实时测量提升油缸在0～600mm内的行程。

3、临时设施施工

3.1顶推平台及提梁机施工

顶推平台是钢箱梁开始顶推前的拼装焊接平台，包括钢箱梁节段焊接、线形调整、涂装等均在顶推平台上完成，如图3、图4所示。顶推平台布置在北岸边跨14#~16#墩之间，顶推平台上设置两条滑道梁，其中心间距20.5m，即为钢箱梁边腹板宽度，在该部位布置顶推设备。

在顶推平台两侧施工钢管支架，其上安装三角桁架组成的提梁机横梁，提梁机由4台50吨卷扬机串联组成，既能满足提梁能力，也可保证钢箱梁4个吊点的同时起吊，如图5、图6所示。

3.2顶推临时支墩

本桥主跨为410m，为方便钢箱梁顶推在中跨12#~13#主塔之间搭设钢管桩临时墩，全桥共设6个临时墩（L1~L6），临时墩跨距为55m+5×60m+55m。

临时墩支承结构采用24根630×10mm钢管桩，每12根桩组成一个立柱，立柱沿主桥中心线对称布置，中心距为20.5m，立柱之间利用φ245×8mm钢管连接系构成框架结构，提高支墩整体稳定性。

3.3临时支墩顶布置

临时支墩上安装三层分配梁、垫座及连接系、顶推装置等，各层之间的连接均为螺栓连接，如图7所示。三层分配梁将墩顶所受压力均匀分配到下部管桩承重结构，垫座及连接系用于顶推过程中的墩顶标高调整及落梁作业。垫座及连接系、顶推装置作为钢梁的支承点，其上分别设置有垫梁（2000mm×2330mm×400mm）和垫块（4000mm×1500mm×400mm），以增大支承点与钢梁之间的接触面积。在垫梁和垫块顶面设置有50mm夹芯橡胶垫，使钢梁底板能均匀受力。

垫座及连接系分为主支墩、副支墩、连接系三部分。主支墩与副支墩均由40cm、20cm、10cm的高度调整垫座搭配组成，以调整临时支墩墩顶标高；垫座主体为630×10mm钢管，通过法兰板连接，支架采用型钢连接成一个整体。

3.4导梁

本工程临时支墩最大跨度为60m，导梁长度取40m，其结构采用工型梁桁架形式，纵向布置两片桁，桁间间距为20.5m，与主桥钢箱梁边纵隔板一致。导梁后端上下面板、腹板分别与钢箱梁的面板、底板及边纵隔板焊接连接，如图8、图9所示。

4、钢箱梁顶推

钢箱梁在拼装场地拼装、涂装完成以后，通过运梁台车将成品钢箱梁运至桥位处，采用提升吊机对钢箱梁进行提升、吊运至顶推平台，并将平面位置和高程调整到施工线形后焊接，采用多点多台步履式顶推***同步使钢箱梁逐段向前滑移，循环作业使钢箱梁到达设计位置。通过本方法的实施，实现了跨江桥梁钢箱梁在竖曲线为两端直线、中间夹圆曲线上安装施工时的施工安全和线型质量控制。

具体步骤如下：

（1）在顶推平台上拼装导梁，如图10所示；

（2）导梁向前顶推10m，在导梁尾部拼装第一顶推节段钢箱梁，并与导梁连接，如图11所示；

（3）继续向前顶推10m，在首段钢梁尾部，安装第二节段钢梁，并与首段钢梁焊接，如图12所示；

（4）重复操作，直至导梁前端到达主塔横梁支承点，如图13所示；

（5）钢梁每向前顶推30m，在钢梁尾部拼装三个节段钢梁并焊接，循环施工直至导梁前端接近对岸11#交界墩，如图14所示；

（6）将顶推平台末端的顶推设备转移到11#墩上安装，钢梁继续向前顶推，待导梁第一节滑出11#墩时,拆除导梁前端第一节；继续顶推连续钢箱梁，直至拆除全部导梁，如图15所示；

（7）钢梁顶推到位后，利用顶推设备上的顶升千斤顶配合高度调整支座将钢梁整体标高降至设计标高；

（8）钢梁挂索并安装支座后，拆除墩顶起顶装置、纠偏装置及各临时支墩，完成连续钢箱梁架设，进入桥面系工序。

由于本工程竖曲线为双向纵坡，且为两侧直线，中间夹圆曲线形式，顶推时，不能够在同一个坡度下，完成全桥钢箱梁顶推。因此，需要在顶推过程中，特别是坡度变化时，对临时支墩顶部标高进行调整，调整方式为支墩顶部40cm、20cm、10cm的高度调整垫座搭配构成，以调整临时支墩墩顶标高。而在一定标高下，钢箱梁自身受坡度影响，梁底顶推设备上两个竖向千斤顶标高不同，由控制两个油顶竖向行程不同来得以实现。

顶推设备操作步骤如下:

(1)起升：在主控台计算机上开启各组分控器泵站***，开启竖向顶升油缸驱动，各个顶推设备上顶升油缸伸缸，通过竖向顶升油缸传感器将数据反馈给主控台。主控台计算机上直观显示各个千斤顶的行程及压力。

(2)顶推：在每个顶推设备位置观测人员观察顶升油缸将钢箱梁脱离两侧垫墩后，通过对讲机反馈给主控台控制人员。主控人员发出指令开始纵向顶推，开启纵向顶推指令，顶推设备开始前移。为确保钢箱梁顶推安全，将每个油缸行程设置为45cm，当任何一个油缸行程达到45cm时，传感器赶回数据，主控台软件接收数据后，自动发出停止顶推指令，顶推设备制动。

（3）降落：钢箱梁一个行程顶推到位后，主控人员发出指令开始竖向落顶，竖向油缸回油，使钢箱梁缓慢下落至搁置与两侧垫梁上。

（4）回缩：在每个顶推设备位置观测人员观察顶升油缸回油到位后，将钢箱梁脱离顶推设备，落于两侧垫墩后，通过对讲机反馈给主控台控制人员。主控人员发出指令开始顶升油缸回油。

通过以上几个步骤，完成钢箱梁的起、推、降、缩四个步骤，完成钢箱梁一个行程的行走。重复以上动作，实现钢箱梁从东岸向西岸向前顶推。

（5）纠偏：钢箱梁顶推过程中，发现钢箱梁顶推偏位达到10cm时，停止顶推作业，开始进行横向纠偏，根据每组顶推设备位置的偏移数据，主控台发出指令，启动横向顶推油缸，进行横向顶推。

顶推时，派专人检查导梁及箱梁，如果导梁构件有变形、螺丝松动、导梁与钢箱梁联结处有变形或箱梁局部变形等情况发生时，立即停止顶推，进行分析处理。顶推过程中若发现顶推力骤升，应及时停止并检查原因，特别是检查滑板。

5、钢箱梁线形控制

钢箱梁成桥线形有竖曲线，因此在顶推过程中对于钢箱梁的平面位置和高程控制是确保钢箱梁施工质量和最终成桥线形的关键影响因素。为保证钢箱梁轴线顺直，拱度符合设计要求，应及时进行钢箱梁安装及顶推作业过程中的测量工作，发现问题及时矫正。

具体测量计算如图16所示。

（1）梁段编号FN中，N表示从小里程方向起第N片梁。

（2）图9中假定坐标和拼装方向，拼装角度β为待拼箱梁节段与已拼箱梁节段延长线的夹角。

（3）图9中H1、H2、H3为同一测站下水准仪视线读数，温度稳定时，H1、H2不变，通过不断调整H3来达到满足拼装角度β的要求。H3为控制视线读数，按以下公式计算；其中L1、L3为一个梁段上前后控制点之间的距离，L2、L4为梁段交接点到该梁段远端控制点间的距离。

节段前端H3按（公式1）计算：

（公式-1）

（4）、H3的“放样实测值”与“按目标折角β换算得到理论值”之间的误差应控制在10mm以内，同时兼顾顶底焊缝的匹配间距。

（5）、精匹配及全部测量工作均须在日出前，或日落2小时后且钢箱梁顶、底板温差小于2℃时进行，一般应于夜间20:00至次日凌晨06:00间进行。

Claims (1)

1.一种特大桥大跨度双向纵坡钢箱梁顶推安装施工方法，其特征在于，包括步骤：

1）钢箱梁制造及总拼，钢箱梁节段制造拼装时，采用“5+2”短线法进行拼装制造，即一次搭设7个节段拼装台架，首轮次拼装完成后，前5个节段转移进存梁台座，后2段梁为下一个轮次拼装母梁；

2）钢箱梁安装，采用步履式顶推工艺施工，包括在主跨搭设6个临时墩，临时墩上设有顶推平台，顶推平台上布置顶推设备，钢箱梁在拼装场地拼装、涂装完成以后，通过运梁台车将成品钢箱梁运至桥位处，采用提升吊机对钢箱梁进行提升、吊运至顶推平台，并将平面位置和高程调整到施工线形后焊接，采用多点多台步履式顶推***同步使钢箱梁逐段向前滑移，循环作业使钢箱梁到达设计位置；

3）待钢梁全部顶推到位后，采用千斤顶落梁的方法将钢梁整体调整至设计标高，达到设计要求后挂索并安装支座。