大跨度桥梁竖曲线顶推施工控制技术研究

袁 全

（中铁十八局集团第五工程有限公司 天津 300450）

1 工程简介

北环铁路分离式立交桥位于天津市现状外环线与卫国道交叉口以北约3.5 km处，桥梁全长746 m，为左、右两幅，单幅全宽20.75 m。桥梁11＃～12＃墩跨越铁路5股道及既有道路华粮道，从北到南依次跨越全程物流专用线、棉麻库专用线、热电厂专用线、北环下行线及北环上行线，除北环铁路为电气化铁路外，其余均为非电气化铁路。北环铁路为国铁I级正线，每天通行117对列车，铁路运营非常繁忙。华粮道与主干道跃进路相连，道宽7 m，是物流区、国储东丽粮库及当地部分居民进出的唯一道路，车流量较大。北环上行线南侧区域为基础农田，华粮道北侧区域为池塘（见图1）。

图1 桥位平面

2 桥梁跨越既有线施工方案比选

桥梁跨越时需尽量减少对桥下交通的影响，跨越时可选方案为转体法或顶推法施工，两种方案优缺点对比如下：

（1）转体法施工对桥下交通运营影响小，跨越施工安全性高。由于转体法工艺需求，施工时需在铁路南、北两侧分别设置大尺寸深基坑，对铁路边坡及华粮道影响大，基坑防护工作量大；转体梁体预制需沿铁路东西向施作，占桥梁红线区域外面积极大，需临时征用大量农田及鱼塘用地，同时预制区地基承载力较差，需采用大量水泥搅拌桩对地基进行处理，会对基础农田造成不可恢复的破坏。

（2）顶推法施工同样对桥下交通运营影响小，跨越施工安全性也较高。顶推法基础设置简单，顶推梁体可在桥位沿线范围内预制，无需大量征用基础农田及鱼塘用地，占地面积较小且均在桥梁红线范围之内，对周边铁路、公路环境及土地影响较小。

以上两种施工方案均可满足施工要求，但顶推法占地面积较小，对周边环境破坏小，经济优势明显，故选用顶推法施工。

3 顶推施工方案概述

3.1 顶推施工原理

顶推法施工原理为顶推段箱梁通过滑块作用于支撑墩上进行预制，待箱梁主体施工完毕，通过千斤顶借助滑道、滑块等滑动装置，克服滑块与滑道之间的摩擦以达到使梁体向前运动的目的。顶推过程中对梁体位置进行跟踪观测，利用导向纠偏装置进行纠偏，准确就位后落梁，更换正式支座［1］。

3.2 顶推工程概况

跨铁路连续梁总长110 m，梁高2.9 m，顶推段长度为62 m，顶推就位后两侧24m为后浇段（见图2）。桥梁顶推采用双幅同步顶推，顶推距离为52 m，顶推运行轨迹位于半径为4 500 m竖曲线上坡段，坡度为＋1.42%，单幅顶推重量为3 618 t，采用点式滑道，单点顶推。

图2 立交桥跨越铁路立面（单位：cm）

3.3 工程顶推重难点

（1）跨越铁路桥梁跨径为30 m＋50 m＋30 m，为减少顶推过程中梁体最大悬臂长度，需设置多组临时墩来实施顶推［2］。顶推主跨跨度为50 m，由于跨度限制，需在铁路中间设置一组L1＃临时墩，该临时墩无法与相邻墩柱固结，该临时墩加固形式直接影响顶推是否能顺利进行。

（2）常规顶推施工均为直线顶推，顶推梁底板线形为直线，各个支撑墩高程均一致。而本工程顶推梁位于竖曲线上坡段，顶推梁底板线形及滑道安装高程需与设计竖曲线一致，避免标高误差导致顶推过程中梁体临时墩受力不一致造成临时墩损坏，施工精度要求极高［3］。

（3）临时墩间最大跨度为23.2 m，前导梁长度为21.72m，导梁根部埋入混凝土梁体内。在最大悬臂状态时，钢混结合部位的混凝土将承受全部导梁重量，如何保证前导梁的可靠性也是本工程的难点之一。

（4）箱梁顶推就位精度要求允许误差为10 mm以内。本桥重量大、跨度长，且顶推轨迹为竖曲线，箱梁顶推就位精度难以保证。

4 工程实施过程

4.1 临时墩施工

4.1.1 临时墩布置

桥梁顶推共设置9组支撑墩，其中3组为混凝土永久主墩，6组为临时墩。各支撑墩之间间距分别为4.8 m、23.2 m、22 m、10 m、10 m、10 m、10 m、10 m。

单组临时墩采用4根钢管连接而成，钢管埋入承台1.5 m，墩顶铺设一层4 cm钢板，作为滑道及限位装置基础平台（见图3）。各支撑墩 （11＃～L2＃、12＃～L3＃～L4＃、13＃～L5＃～L6＃）纵向及横向之间采用方钢及钢管柱焊接成为整体，保证支撑墩在顶推中组合受力。

图3 临时墩结构

4.1.2 L1＃墩加固方案

箱梁顶推时由12＃墩位向L1＃墩位方向运行，12＃墩与L1＃临时墩之间跨度为22 m并位于铁路中间，L1＃临时墩无法与相邻墩柱采用方钢固结加固。现场采用4道直径32 mm精轧螺纹钢将L1＃临时墩与12＃永久墩相连以对L1＃临时墩进行加固，12＃永久墩已与L3＃、L4＃墩固结为1个整体。在L1＃墩及12＃永久墩后分别安装1道双拼 40b型钢作为精轧螺纹钢后背横梁，每个滑道位置外侧穿设2根精轧螺纹钢将L1＃与12＃永久墩相连，精轧螺纹钢张拉端设置在12＃永久墩处（见图4）。

图4 L1＃临时墩加固

经计算，顶推过程中L1＃临时墩所受最不利水平推力为1 318 kN，每个滑道位置所受水平推力为659 kN。在顶推前给予每根精轧螺纹钢165 kN初张拉力（顶推过程中L1＃临时墩所受水平推力的25%），以此来减少L1＃临时墩顶推过程中墩顶水平位移。顶推时对L1＃临时墩墩顶位移进行实时监测，根据墩顶位移随时调整精轧螺纹钢张拉力，保证L1＃墩的稳定。

4.2 滑道安装

4.2.1 滑道整体布置

该工程顶推滑道采用点式滑道，单幅顶推梁9组支撑墩对称设置18块滑道梁，每个墩位2块，滑道中心间距7.3 m。滑道梁长1.8 m，顶宽1.2 m，高度为75 cm，采用Q345D钢板焊接成箱室结构。

4.2.2 安装工艺

滑道安装标高与箱梁顶推竖曲线轨迹需保持一致，单个滑道安装标高控制在1 mm以内，同墩号两滑道相对高差控制在2 mm以内。滑道长度为1.8 m，根据坡度计算，滑道前后端高差为26 mm，标高调整好后先将滑道与基础平台满焊固定，固定完成后底部使用强度80 MPa高强灌浆料填封，保证滑道底部无空隙。顶推过程中滑道上满铺聚四氟乙烯板滑块［4］，滑块尺寸为 120 cm×60 cm×3 cm，抗压强度不小于15 MPa，同时现场备用部分20 mm、25 mm、35 mm、40 mm滑块及部分1 mm厚钢板，防止施工误差导致梁底滑块脱空，保证顶推过程中各个临时墩受力均匀。

4.3 顶推梁预制

顶推梁体预制区位于华粮道北侧池塘区域，地基处理使用水泥搅拌桩，保证地基承载力不低于200 kPa。顶推梁满堂支架搭设完成后使用沙袋按1.2倍梁重超载预压，消除支架及地基非弹性形变［5］。

预制底模采用18 mm厚优质木胶板，底板线形按顶推竖曲线线形2 m一道控制标高，同时结合地基、支架的弹性变形量及箱梁预拱度按二次抛物线进行底模预拱度分配，从而确定底模标高。底模铺设时采用仪器实时测量，确保两条滑道处底模标高偏差不大于±2 mm。

4.4 前导梁安装

4.4.1 安装方法

前导梁长21.72 m，由两片1.5 m宽钢箱结合而成，两片导梁钢箱通过φ219mm钢管横联形成一体［6］。导梁高1.6～2.78 m，全宽8.8 m。导梁分四段（前段8 m、中段一7m、中段二5m、预埋段1.72m）。导梁施工时先将预埋段浇筑至箱梁内，预埋段部分混凝土安排经验丰富的振捣工仔细振捣，保证该部位混凝土质量。

箱梁张拉完成后在支架上进行导梁拼装，导梁全部节间的拼装应平整，中线允许误差不大于5 mm，纵、横向底面高程允许偏差为±5 mm。

4.4.2 前导梁预顶

为检验导梁与主梁连接部位强度，避免在顶推过程中因连接处强度不够造成连接处混凝土开裂，本工程首次提出了前导梁预顶方案，模拟顶推最大悬臂受力状态，对导梁进行向上预顶来提前检验钢混结合部位强度（见图5）。

图5 前导梁预顶

前导梁采用单幅两片钢箱同步、分级加载的方法进行预顶。每片钢箱下使用1台400 t千斤顶，千斤顶加载时首先加载至克服导梁自重时的顶力，然后加载至荷载总量的50%，随后逐级加载，每级加载量为总重的10%，并对钢导梁与主梁连接处混凝土及导梁自身应力应变进行实时监测，避免导梁变形或混凝土开裂。

4.5 顶推过程

顶推初始启动力339 t。单幅桥顶推选用2台ZLD300连续千斤顶，每个千斤顶通过15根φ15.24mm钢绞线与梁尾端的拉锚器相连共同组成牵引系统［7］。钢绞线安装时逐根使用25 t千斤顶施加3 kN左右的力预紧，保证牵引索均匀受力。

4.5.1 试顶推

正式顶推前先试顶2 m，试顶时记录相关参数：顶推力大小（用于计算摩擦系数）、顶推速度、各种设备运转情况、结构关键点的受力情况、梁体监测情况［8］。试顶推相关参数应符合设计要求方可进行正式顶推。

4.5.2 正式顶推

正式顶推先采用手动模式，梁体移动后利用笔记本中控台控制连续自动顶推系统进行自动同步顶推［9］。顶推时工人连续放滑板，相邻两块滑板间隙需小于5 cm，直至顶推完成。滑板喂入时需将表面杂物清理干净并涂刷硅脂以减少摩擦力。顶推时如滑板发生脱空或无法喂入，立即更换不同厚度滑板保证梁底与滑道接触面铺满滑板。

4.5.3 顶推限位纠偏方法

顶推过程中对梁体轴线偏位进行实时监测，每顶推2 m报横向偏移位置，同时对梁体进行动态纠偏。纠偏方法如下：

（1）挡块限位

滑道制作时在滑道外侧加设1个2 cm高限位档。为防止限位挡卡住滑块，本工程仅在滑道外侧设置限位挡，滑块贴近限位挡块续放（最大距离不超过2 cm），通过限位挡限制滑块偏移来进行梁体运动轨迹限位。

（2）限位滚轮限位及纠偏

利用布设在箱梁边腹板两侧的共18组限位导向装置进行梁体限位及纠偏［10］。限位装置采用工字钢焊接成梯形骨架，与梁体边腹板接触面设置导向轮，导向轮使用高强螺栓丝杆与骨架相连，导向轮距离箱梁接触面预留1～2 cm空隙。顶推时可通过人工调节丝杆的长度调整导向轮与箱梁之间的间隙来进行导向与纠偏（见图6）。

图6 人工调节限位滚轮

（3）千斤顶纠偏

顶推过程中梁体出现横向偏移，说明2个牵引处受力不一致，需调整2台千斤顶拉力大小来实现纠偏［11］。手动调整千斤顶拉力，如梁体往东侧偏移，说明西侧牵引力大于东侧牵引力，则适当增大东侧千斤顶拉力；如梁体往西侧偏移，说明东侧牵引力大于西侧牵引力，则适当增大西侧千斤顶拉力。通过以上方式来保持牵引处受力一致，可起到调整梁体位置的作用。

4.6 落梁

顶推完成后利用12台600 t千斤顶同时均匀将梁体顶起5 cm，然后拆除滑板、滑道及导梁后进行落梁。11＃墩、12＃墩交替落梁，每次落梁高度为10 mm，落至设计高程后与永久支座进行连接完成整个落梁过程［12］。

5 结束语

北环铁路分离式立交桥顶推历时4 h顺利完成，顶推平均速度为12 m/h。顶推过程中L1＃临时墩位移未超限，前导梁钢混结合部位混凝土未见异常，顶推就位精度满足设计要求，未使用备用纠偏措施。顶推就位后各项技术指标及梁体应力均符合设计及规范要求。

工程通过临时墩与主墩组合加固，保证了临时墩稳定；通过对滑道标高精确控制，保证了顶推梁运行轨迹与设计竖曲线一致；通过前导梁预顶技术，保证了前导梁的可靠性；通过一系列纠偏技术的运用，确保了梁体就位精度。该顶推技术的成功运用，解决了以往顶推过程中出现的临时墩位移超限、顶推同步性差、导梁与主梁结合部位混凝土开裂、就位精度差等难题，可为以后类似桥梁施工提供一定的参考。