大跨徑鋼拱橋躉船支點(diǎn)轉(zhuǎn)換頂推施工技術(shù)

余夢(mèng) ，郭峰 ，陶正前

（安徽省路港工程有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230011）

1 引言

傳統(tǒng)的河道上架設(shè)鋼橋梁一般為河內(nèi)打樁、搭設(shè)支架，在橋位區(qū)拼裝橋梁，需長(zhǎng)時(shí)間封航或限制性通航，審批手續(xù)復(fù)雜，安全隱患高，經(jīng)濟(jì)效益差。隨著國(guó)家對(duì)水運(yùn)行業(yè)的大力發(fā)展，越來(lái)越多的航道進(jìn)了改造、升級(jí)，因橋梁建設(shè)而長(zhǎng)時(shí)間封航或限制性通航將造成極大的負(fù)面影響，躉船作為支點(diǎn)的頂推技術(shù)應(yīng)用而生。至今，國(guó)內(nèi)已成功實(shí)施二十余例躉船作為支點(diǎn)的頂推項(xiàng)目，但較多內(nèi)河航道因存在邊坡、豐水期、枯水期水位高差大，單艘躉船作為支點(diǎn)時(shí)對(duì)橋梁有一定的局限性，本技術(shù)在傳統(tǒng)的單艘躉船為支點(diǎn)改進(jìn)為兩艘躉船支點(diǎn)轉(zhuǎn)換，在經(jīng)過(guò)大量的計(jì)算、多次專(zhuān)家論證后，順利實(shí)施。

2 工藝原理

本技術(shù)是在預(yù)先搭設(shè)好的岸邊臨時(shí)支架上進(jìn)行鋼拱梁組拼，待組拼完成后將躉船通過(guò)錨固系統(tǒng)就位，使躉船支架受力點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)橋梁前支點(diǎn)，躉船就位后抽去船艙內(nèi)壓倉(cāng)水，躉船上浮托起鋼梁前端，僅保留躉船頂及鋼梁尾部支點(diǎn)，形成二點(diǎn)支承的簡(jiǎn)支浮運(yùn)體系，保證浮運(yùn)過(guò)程中躉船的頂托力為恒定。

第二艘躉船完成準(zhǔn)備工作，將第二艘躉船移至前端另臨時(shí)支點(diǎn)進(jìn)行躉船交換。躉船交換過(guò)程中不進(jìn)行頂推作業(yè)，通過(guò)躉船注水和排水調(diào)節(jié)躉船轉(zhuǎn)換前后主橋的結(jié)構(gòu)在同一平面，撤離第一艘躉船后立即對(duì)第二艘躉船進(jìn)行定位加固。

起動(dòng)鋼梁尾部頂推裝置，將鋼梁向前頂推，躉船隨鋼梁頂推速度和鋼梁一同前進(jìn)，并監(jiān)控鋼梁（躉船）運(yùn)行方向，采用方向控制纜，穩(wěn)定躉船運(yùn)行方向或糾正運(yùn)行方向，直至拖拉完畢并就位落梁。

3 技術(shù)特點(diǎn)

①施工速度快、效率高，人員、材料、設(shè)備投入少，無(wú)需投入大型起重吊裝設(shè)備，施工成本低，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

②場(chǎng)地適應(yīng)性強(qiáng)，尤其適合場(chǎng)地狹小、大型起吊設(shè)備無(wú)法安裝工況條件的市政改擴(kuò)建橋梁施工；

③施工快捷，無(wú)需在水中搭設(shè)固定支架，整個(gè)頂推過(guò)程可控制在24h內(nèi)完成，對(duì)河流通航影響極小，最大限度減少了對(duì)通航的干擾。

④安裝質(zhì)量可靠，施工安全性高，易于控制，過(guò)程整體頂推，無(wú)垂直起降，極大降低起重吊裝安全風(fēng)險(xiǎn)，頂推過(guò)程工況與成橋后工況基本一致，不產(chǎn)生結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力，橋梁整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量不受安裝影響。

⑤技術(shù)先進(jìn)，可復(fù)制、易推廣。雙躉船支點(diǎn)轉(zhuǎn)換技術(shù)，有效解決河床岸坡影響就位難題，同步液壓頂推爬行、控制系統(tǒng)，解決“同步頂推”難題，安裝材料、設(shè)備通用性強(qiáng)，節(jié)約社會(huì)資源，潛在社會(huì)效益明顯。

4 適用范圍

頂推法尤其適用施工工期緊急，工期壓力大，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間封閉的河道、鐵路、公路上方鋼結(jié)構(gòu)施工。頂推法配合躉船具有施工周期短、經(jīng)濟(jì)性好、斷航時(shí)間短等明顯優(yōu)點(diǎn)，常在有通航要求的河流上采用。

5 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1 施工工藝流程

支架搭設(shè)→下滑道安裝→頂推設(shè)備安裝→頂推前全方位檢查→預(yù)頂推→第一艘躉船作為前支點(diǎn)→支點(diǎn)轉(zhuǎn)換→第二艘躉船作為支點(diǎn)頂推→頂推至北岸→第二艘躉船撤離→繼續(xù)頂推至設(shè)計(jì)位置→落梁。

5.2 操作要點(diǎn)

5.2.1 岸上支架搭設(shè)

鋼拱橋臨時(shí)支撐在梁節(jié)段縱向兩端設(shè)置，根據(jù)節(jié)段吊裝工況分析，計(jì)算最不利節(jié)段支架受力情況，確保支架的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性滿(mǎn)足鋼結(jié)構(gòu)橋梁分段吊裝的荷載要求。

圖1 南岸主橋支架圖

圖2 主橋支架截?cái)嗝鎴D

臨時(shí)支撐鋼立柱采用630×10.0mm螺旋鋼管，標(biāo)準(zhǔn)面管底標(biāo)高9.6m，管頂標(biāo)高13.765m，牌號(hào)Q235B。每組支撐由四根鋼立柱組成一個(gè)受力單元，立柱之間采用L90×6的角鐵進(jìn)行剪刀型連接。

主橋北岸頂推部分支架搭設(shè)參照南岸支架方式。

圖4 主橋北岸支架圖

5.2.2 頂推軌道的布設(shè)

采用液壓頂推頂推鋼結(jié)構(gòu)，需設(shè)置專(zhuān)用的頂推軌道，待滑靴坐落于頂推軌道上，通過(guò)安裝在構(gòu)件上的頂推設(shè)備頂推頂推構(gòu)件，沿軌道由初始拼裝位置頂推至設(shè)計(jì)位置就位。

根據(jù)工況分析和相關(guān)計(jì)算，本工程中頂推軌道共平行布置鋪設(shè)4條，每條軌道包括河道左側(cè)106m和河道右側(cè)16m，總長(zhǎng)122m。軌道布置在頂推梁腹板上方采用43KG/m熱軋鋼軌，用以提供爬行器的夾持反力點(diǎn)。

圖5 滑道鋪設(shè)立面示意圖

圖6 卡板示意圖

圖7 43Kg軌道示意圖

5.2.3 頂推主要設(shè)備安裝

本工程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件和橋體鋼結(jié)構(gòu)的外形特點(diǎn)，采用鋼結(jié)構(gòu)液壓同步頂推安裝的施工工藝。

①液壓爬行器配置

考慮施工方式為液壓同步頂推，根據(jù)頂推流程及橋體底部反力，主橋頂推布置8臺(tái)TJG-1000型液壓爬行器，結(jié)構(gòu)尾端（頂推點(diǎn)1）布設(shè)4臺(tái)、頂推點(diǎn)2布設(shè)4臺(tái)，頂推點(diǎn)3布設(shè)4臺(tái)（倒用頂推點(diǎn)2處設(shè)備）。

圖8 頂推點(diǎn)布置圖

②液壓泵源系統(tǒng)配置

依據(jù)頂推力的大小及爬行器數(shù)量，配置2臺(tái)TJD-30型液壓泵站，每個(gè)支點(diǎn)頂推時(shí)使用1臺(tái)，每臺(tái)泵站控制4臺(tái)爬行器，泵站循環(huán)使用。

③控制系統(tǒng)配置

依據(jù)爬行器及泵源系統(tǒng)，配置一套YT2型計(jì)算機(jī)同步控制及傳感檢查系統(tǒng)。

④自鎖型液壓爬行器

自鎖型液壓爬行器是一種能自動(dòng)夾緊軌道形成反力，從而實(shí)現(xiàn)推移的設(shè)備。

⑤液壓泵源系統(tǒng)

據(jù)頂推點(diǎn)的布置以及頂推器的數(shù)量來(lái)配置泵源的數(shù)量，且可進(jìn)行多個(gè)模塊的組合，每一套模塊以一套泵源系統(tǒng)為核心，可獨(dú)立控制一組液壓頂推器，同時(shí)可進(jìn)行多頂推點(diǎn)擴(kuò)展，以滿(mǎn)足實(shí)際頂推頂推工程的需要。

⑥同步控制系統(tǒng)

同步控制系統(tǒng)由動(dòng)力控制系統(tǒng)、功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成。

操作人員在中央控制室通過(guò)液壓同步計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)界面進(jìn)行液壓頂推過(guò)程及相關(guān)數(shù)據(jù)的觀(guān)察和（或）控制指令的發(fā)布。

5.2.4 躉船構(gòu)造及支架搭設(shè)

主橋頂推過(guò)程中配備兩個(gè)同樣型號(hào)的躉船作為浮墩，躉船采用工程專(zhuān)用的甲板船，躉船主要參數(shù)：船長(zhǎng)69.59m，船寬15.0m，最大吃水深度2.2m，滿(mǎn)載排水量2009.98t，船型為鋼制甲板船。

圖9

圖10 浮墩及支架立面圖

5.2.5 主橋頂推過(guò)程

①在河道左岸設(shè)置106m的頂推梁，頂推梁通長(zhǎng)鋪設(shè)在5#橋墩之前和5#、6#橋墩之間，在河道右岸設(shè)置16m的頂推梁，頂推梁通長(zhǎng)鋪設(shè)7#、8#橋墩之間，左岸的106m頂推梁上方直接作為拼裝平臺(tái)；

②在拼裝平臺(tái)上拼裝主橋體及14m的前橋結(jié)構(gòu)，共104m橋體作為頂推段；利用臨時(shí)胎架安裝拱段，安裝拉索結(jié)構(gòu)，按照設(shè)計(jì)方提供數(shù)據(jù)初步張緊拉索。

③安裝頂推滑靴和頂推頂推設(shè)備等，頂推滑靴共計(jì)6個(gè)，頂推設(shè)備共計(jì)8個(gè)；安裝第二個(gè)滑靴后需要進(jìn)行加固，采用P245×14的圓管進(jìn)行加固；安裝完成后調(diào)試設(shè)備，準(zhǔn)備正式頂推。

④設(shè)備調(diào)試無(wú)誤后，啟動(dòng)8臺(tái)爬行器開(kāi)始向前頂推12m（船體可支撐），暫停頂推，準(zhǔn)備轉(zhuǎn)換躉船支撐。

⑤轉(zhuǎn)換為躉船支撐后，利用躉船頂升船體，拆除臨時(shí)滑靴，降低船體至頂推標(biāo)高處，再向前頂推8m（第二個(gè)頂推滑靴無(wú)法工作處）后暫停。

⑥利用躉船頂升船體，拆除第二個(gè)頂推滑靴，降低船體至頂推標(biāo)高處，再向前頂推10m（可以轉(zhuǎn)換躉船）后暫停。

⑦將第二艘躉船駛?cè)?，并且將船體支撐轉(zhuǎn)換至第二艘躉船支架，準(zhǔn)備撤離第一艘躉船。

⑧船體支撐轉(zhuǎn)換至第二艘躉船支架后，撤離第一艘躉船，準(zhǔn)備進(jìn)行跨河頂推。

⑨啟動(dòng)爬行器，向前爬行56m（14m前橋段支撐處到達(dá)7#橋墩，躉船無(wú)法向前移動(dòng)）后暫停頂推。

⑩使用躉船和千斤頂進(jìn)行再7#橋墩處安裝臨時(shí)滑靴、爬行器（采用前部拆卸設(shè)備進(jìn)行安裝），橋體支撐轉(zhuǎn)換至滑靴上后，撤離躉船及支撐，調(diào)試設(shè)備，準(zhǔn)備進(jìn)行頂推。

[11]啟動(dòng)所有爬行器向前頂推8.95m到達(dá)設(shè)計(jì)位置，停止頂推，準(zhǔn)備進(jìn)行落位工作。

[12]拆除多余滑道及支架，切除支架周?chē)斖屏哼M(jìn)行落位工作。

[13]利用5#、6#橋墩間支架拼裝其間橋段，利用7#、8#橋墩間支架拼裝其間橋段；完成橋體頂推工作。

5.2.6 整體落梁

主橋的整體落梁高度包括滑塊為833mm，主橋落梁時(shí)必須設(shè)置保險(xiǎn)支座，同一墩的上、下游點(diǎn)，除調(diào)整高程時(shí)分別起頂外，均同步進(jìn)行。在頂落梁過(guò)程中擱置在臨時(shí)支座上時(shí)，應(yīng)測(cè)量相鄰兩桁支點(diǎn)高差，當(dāng)高差大于3mm時(shí)，調(diào)整兩支點(diǎn)高程。千斤頂安放在墩頂及梁底的位置均應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)規(guī)定安放，不得隨意更改，在頂落梁及縱橫移時(shí)，應(yīng)由值班工程師負(fù)責(zé)，并做好記錄，使用多臺(tái)千斤頂落梁時(shí)，應(yīng)統(tǒng)一指揮，由專(zhuān)人負(fù)責(zé)。

6 設(shè)備配置

序號(hào) 名稱(chēng) 規(guī)格 型號(hào) 單重 數(shù)量1 液壓泵源系統(tǒng) 60kW 2t 2臺(tái)2 甲板船 1600t 2艘2 頂推器頂推油缸 1000kN TJG-1000 0.3t 8臺(tái)4 標(biāo)準(zhǔn)油管 31.5MPa 0.04t 箱5 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 16通道 YT-2 1套6 傳感器 拉繩 8套壓力 8套

7 質(zhì)量控制

7.1 質(zhì)量控制要點(diǎn)

①架設(shè)過(guò)程中，工作人員要堅(jiān)守崗位、集中精力，聽(tīng)從指揮，不得違反操作規(guī)則。

②頂推裝置的安裝，不得人為設(shè)置間隙，頂推行程控制在0～0.3m范圍內(nèi)，以利于制動(dòng)控制，控制臺(tái)操作人員需掌握頂推進(jìn)程及操作要求。

③頂推過(guò)程，管理人員須仔細(xì)觀(guān)查滑道的變形情況，以保證頂推工作的順利進(jìn)行。

④浮墩頂升、橋梁頂推過(guò)程中，鋼梁前端應(yīng)高于后端10cm左右，以防止梁體前傾。

⑤躉船頂推過(guò)程中，設(shè)專(zhuān)人觀(guān)察方向和水位變化，并及時(shí)報(bào)告指揮。

⑥頂落梁使用的油壓千斤頂，須帶頂部球形支承墊保險(xiǎn)箍，共同作用的多臺(tái)千斤頂選用同一型號(hào)，用油管并聯(lián)。油壓千斤頂、油泵、壓力表、油管長(zhǎng)度力求一致，為準(zhǔn)確掌握支點(diǎn)反力，應(yīng)對(duì)千斤頂、油泵、壓力表一并配套校正。

⑦頂落梁中，上支承面及各墊層間應(yīng)放置石棉板防滑材料，墊座中心應(yīng)與千斤頂中心軸重合；

⑧頂落梁施工應(yīng)按設(shè)計(jì)文件辦理，千斤頂中心軸應(yīng)與支承結(jié)構(gòu)中心線(xiàn)重合，對(duì)頂落高程、支點(diǎn)反力、支點(diǎn)位移，跨中撓度等變化，應(yīng)進(jìn)行觀(guān)測(cè)和記錄。

7.2 糾偏措施

①頂推過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)觀(guān)測(cè)鋼梁中線(xiàn)橫向偏移情況，發(fā)生偏差達(dá)到50mm時(shí)應(yīng)及時(shí)實(shí)施糾偏。

②頂推過(guò)程中，發(fā)生偏差的情況有兩種，第一種為主橋標(biāo)高的偏差，采用浮墩對(duì)應(yīng)的注水、排水解決；第二種情況為浮墩垂直頂推方向的偏差，采用浮墩卷?yè)P(yáng)機(jī)或錨碇牽引糾偏。

③浮墩船的船頭方向與水流方向相反設(shè)置，橋梁支點(diǎn)上浮墩前，浮墩壓水至相應(yīng)重量，利用浮墩的自身動(dòng)力和卷?yè)P(yáng)機(jī)輔助力，保證浮墩能靜止在水面上。