曲線梁多點(diǎn)轉(zhuǎn)向同步頂推關(guān)鍵技術(shù)研究

周建明

中鐵十局集團(tuán)第一工程有限公司 山東濟(jì)南 250000

五里堂右線特大橋跨越膠濟(jì)客專處7-16m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁是石濟(jì)客專濟(jì)南樞紐工程的重難點(diǎn)，梁體位于20．5‰的下坡及R=1300m的小曲線半徑上，頂推方案的選取及軌跡控制成為工程成功與否的要點(diǎn)。新建石濟(jì)客?？缭侥z濟(jì)客專7-16米預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工，多跨混凝土連續(xù)箱梁體系轉(zhuǎn)換、多點(diǎn)頂推和頂推軌跡控制等關(guān)鍵環(huán)節(jié)技術(shù)要求高、操作復(fù)雜、施工難度大。針對(duì)多跨混凝土連續(xù)箱梁體系轉(zhuǎn)換、多點(diǎn)頂推和頂推軌跡控制等開展了一系列技術(shù)研究，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用取得了良好效果，對(duì)相關(guān)頂推梁施工提供了借鑒意義[1]。

1 工程概況

1.1 地理位置及特征

7-16m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁位于新建石濟(jì)客專與既有膠濟(jì)客專接軌處的五里堂右線特大橋376#墩至383#墩上，連續(xù)梁位于R=1300m的圓曲線及20．5‰的下坡上，與既有膠濟(jì)客專交角為9°45′。

1.2 橋梁結(jié)構(gòu)

連續(xù)梁跨度為（16．5+5×16．6+16．5）m，全長(zhǎng) 116m，全橋采用等高截面，梁高1．6m，截面采用單箱單室斜腹板形式，箱梁頂寬7．2m，底寬3．33m。連續(xù)箱梁混凝土共計(jì)643．1m3，重量約為1700t。

1.3 地形地貌

五里堂右線特大橋7-16m連續(xù)梁376#-383#墩位于既有膠濟(jì)客專的兩側(cè)路肩防護(hù)柵欄位置，需對(duì)既有柵欄進(jìn)行改移，橋墩距接觸網(wǎng)回流線1．5m，需將回流線改移落地，376#-383#墩高度為10．5-12．5m，預(yù)制梁體位置371#-374#墩位于既有路基坡腳處，墩身高度18．0m。

圖1 預(yù)制方向圖

圖2 頂推方向圖

2 頂推位置選擇及線路設(shè)計(jì)

2.1 頂推位置選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，既有膠濟(jì)客專下行側(cè)比上行側(cè)場(chǎng)地寬闊、交通運(yùn)輸便利；連續(xù)箱梁由膠濟(jì)客專下行側(cè)以小坡的形式跨越到上行側(cè)，頂推施工時(shí)下坡頂推的頂推力小，對(duì)永久橋墩的水平力小，頂推施工安全；連續(xù)梁現(xiàn)澆預(yù)制過(guò)程中應(yīng)確保既有膠濟(jì)客專的運(yùn)營(yíng)安全，盡量減小施工影響。因此選擇在371#-374#位置進(jìn)行連續(xù)梁的預(yù)制施工[2]。

2.2 頂推坡度設(shè)計(jì)

連續(xù)梁預(yù)制位置的371#-374#墩間孔跨設(shè)計(jì)為32m的簡(jiǎn)支T梁，T梁高度2．7m（通橋（2012）2201），且此段落位于R=15000m的豎曲線上，因此造成連續(xù)梁就位處的支承墊石標(biāo)高與預(yù)制位置處的墊石高度不一致，為避免因連續(xù)梁梁底支點(diǎn)高度不斷變化而頻繁調(diào)整各支點(diǎn)支承高度，降低頂推施工難度，故將梁體預(yù)制位置及頂推線路上橋墩的墩頂臨時(shí)接高，來(lái)滿足梁體的就位坡度要求。墩頂臨時(shí)接高采用在墩頂預(yù)埋鋼筋，支打混凝土的樣式進(jìn)行。具體如下：

圖3 371#-373#墩墩頂接高圖

圖4 374#高低墩墩頂接高圖

圖5 375#、376#、383#墩墩頂接高圖

3 頂推及電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 頂推裝置

頂推裝置由可調(diào)式約束滑道、滑座、MGE滑塊、導(dǎo)向板、液壓千斤頂、液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成，并分為有動(dòng)力有約束、有動(dòng)力無(wú)約束、無(wú)動(dòng)力無(wú)約束三種。有動(dòng)力有約束頂推裝置提供水平頂力和豎向支承，并通過(guò)可調(diào)式約束滑道控制頂推方向；有動(dòng)力無(wú)約束頂推裝置提供水平頂力和豎向支承；無(wú)動(dòng)力無(wú)約束頂推裝置僅提供豎向支承。

圖6 頂推裝置安裝設(shè)計(jì)圖

水平千斤頂頂柱與滑座采用球鉸連接，使滑座隨頂柱前進(jìn)時(shí)方向可以微動(dòng)；水平千斤頂反力座板與滑道板焊接，使千斤頂固定在滑道上；可調(diào)式約束滑道用螺栓緊固于墩頂，提供頂推反力。

3.2 電控系統(tǒng)

液壓同步電控系統(tǒng)是在每個(gè)支墩上設(shè)分控柜，全橋設(shè)一個(gè)總控柜，總控柜可控制全部水平千斤頂同步頂進(jìn)及全部豎向千斤頂同步起落，分控柜只能控制相應(yīng)支墩上的千斤頂。所有控制柜均設(shè)應(yīng)急開關(guān)，當(dāng)出現(xiàn)異常狀況時(shí)均能使整個(gè)系統(tǒng)同步停止。系統(tǒng)控制的同步性，是為防止起落梁設(shè)備不同步開啟、關(guān)閉或個(gè)別施頂設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)不同步停止工作，引起連續(xù)梁局部應(yīng)力超限而產(chǎn)生梁體裂縫。

圖7 電氣系統(tǒng)原理圖

4 頂推前準(zhǔn)備

4.1 臨時(shí)導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

導(dǎo)梁由加強(qiáng)型軍用貝雷梁組成，貝雷梁每節(jié)3m，共計(jì)4節(jié)，長(zhǎng)12m，分左右兩片，兩片導(dǎo)梁間有連接系桿，來(lái)加強(qiáng)左右兩片導(dǎo)梁的整體性。安裝時(shí)保證其底面與箱梁底面平齊，在箱梁預(yù)制時(shí)將第一節(jié)3m長(zhǎng)貝雷梁與預(yù)埋在梁體內(nèi)的導(dǎo)梁連接鋼骨架連接好，以便在梁體預(yù)制時(shí)控制導(dǎo)梁預(yù)埋件的位置準(zhǔn)確性，同時(shí)保證后期導(dǎo)梁的安裝精度。箱梁預(yù)制完成后將第一節(jié)導(dǎo)梁拆除，在地面組裝完整后整體吊裝就位。導(dǎo)梁預(yù)埋件位置及結(jié)構(gòu)見下圖：

圖8 導(dǎo)梁構(gòu)造示意圖

4.2 建立豎向頂升系統(tǒng)

首先根據(jù)梁體、導(dǎo)梁的總重量及豎向支撐點(diǎn)位的個(gè)數(shù)來(lái)確定豎向千斤頂?shù)男吞?hào)。

梁體張拉完成后，拆除墩頂部分支架及其范圍內(nèi)的底模(支架搭設(shè)前需提前考慮拆除此部分支架后支撐體系的安全性)，吊裝豎向千斤頂至支架拆除處并調(diào)整各墩位豎向千斤頂頂面距梁底的距離基本一致。

將泵站及分控箱吊至各墩處工作平臺(tái)上，連通豎向千斤頂至泵站的油路、泵站至分控箱的電路，同時(shí)將總控箱吊至梁體頂面并連同分控與總控間的電路并啟動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行空載試驗(yàn)。

4.3 梁體支撐體系轉(zhuǎn)換

支承體系轉(zhuǎn)換時(shí)，先由各支墩分控柜單控豎向千斤頂，使各豎向千斤頂與梁底頂緊即停，由總控柜同步開啟全部豎向千斤頂，將梁體頂起使其與支架脫離，并滿足水平頂推裝置安裝高度要求。拆除墩頂處支架及模板并安裝臨時(shí)保險(xiǎn)墩，完成支承體系轉(zhuǎn)換，然后拆除剩余支架及模板[3]。

4.4 安裝水平頂推裝置

按曲線梁中心線放出頂推工作線及頂程起止點(diǎn)，并做好標(biāo)記。在支墩頂上分別安裝三種頂推裝置，首先根據(jù)放線位置安裝滑道底板，調(diào)整標(biāo)高使各支墩底板中心距梁底的高度相同，并按此標(biāo)高調(diào)平底板，然后用自流平砂漿將底板與墩頂間的縫隙及錨栓孔灌實(shí)，擰緊錨固螺栓將底板固定在墩頂。安裝滑道板并與底板采用螺栓連接，滑道板前端與調(diào)向絲杠連接。依次安裝側(cè)向限位板、MGE滑塊、滑座、導(dǎo)向板及水平千斤頂，滑座頂部安裝楔形墊塊，楔形墊塊頂面與梁底同坡，并放置橡膠墊板以增大梁底與滑座間的摩擦力。安裝完成后連通液壓系統(tǒng)，進(jìn)行空載試驗(yàn)。

圖9 頂推系統(tǒng)構(gòu)造圖及細(xì)部圖

5 頂推施工

5.1 步履式頂推原理

曲線連續(xù)梁按照曲線軌跡進(jìn)行頂推。頂推時(shí)千斤頂?shù)捻斖品较驗(yàn)榍€的弦線方向，每個(gè)頂程的起終點(diǎn)即為弦線的兩個(gè)端點(diǎn)，從而保證梁體沿曲線軌跡運(yùn)動(dòng)，且每一頂程均會(huì)使梁體繞圓心轉(zhuǎn)向。若在頂推過(guò)程中梁體偏離預(yù)定軌跡，可根據(jù)偏離值大小調(diào)整約束滑道的方向，經(jīng)過(guò)3-5個(gè)頂程實(shí)現(xiàn)糾偏。

步履式頂推施工每個(gè)循環(huán)分為4個(gè)步驟完成，具體操作如下：

第1步：總控控制全部豎向千斤頂同時(shí)下降將梁體落在滑塊上；

圖10 第一步示意圖

圖11 第二步示意圖

第3步：根據(jù)各墩處計(jì)算支反力情況，先單操各墩位豎向千斤頂上升與梁體初步接觸（接觸力為），完成后總控控制全部豎向千斤頂起升將梁體頂離滑塊；

圖12 第三步示意圖

第4步：分控控制各墩位水平千斤頂回油帶動(dòng)滑塊回至初始位置（無(wú)水平頂?shù)亩瘴蝗斯⒒瑝K拖回初始位置）。

圖13 第三步示意圖

5.2 頂推轉(zhuǎn)向原理

將梁體按曲線軌跡進(jìn)行頂推，將頂推裝置分別布置在連續(xù)梁兩側(cè)腹板下，每個(gè)頂程沿曲線弦線方向頂推，頂程起終點(diǎn)均設(shè)在曲線上即弦線的端點(diǎn)，從而保證梁體沿曲線軌跡運(yùn)動(dòng)。有動(dòng)力有約束頂推裝置布置在梁體兩端，用于控制和調(diào)整梁體的運(yùn)行方向；有動(dòng)力無(wú)約束頂推裝置布置在梁體中部，梁體在頂推轉(zhuǎn)向過(guò)程中，由于滑座與水平千斤頂頂柱是球鉸連接，因此不會(huì)對(duì)連續(xù)梁產(chǎn)生橫向約束力；無(wú)動(dòng)力無(wú)約束頂推裝置布置在不設(shè)水平千斤頂?shù)闹c(diǎn)上，僅起支承梁體作用并跟隨梁體自由滑動(dòng)。

5.3 試頂推

梁體頂推前進(jìn)的3-5循環(huán)內(nèi)對(duì)臨時(shí)工程的安全性、頂推設(shè)備的性能、摩擦系數(shù)及滑道約束效果進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)對(duì)人員操作進(jìn)行演練，進(jìn)一步規(guī)范操作、增強(qiáng)各人員對(duì)整個(gè)操作過(guò)程的熟練度、加強(qiáng)人員之間的相互配合。

5.4 正式頂推

按照上述頂推循環(huán)將梁體頂推前行，當(dāng)梁體前進(jìn)脫離后端墩頂頂推裝置后，將頂推裝置倒安至梁體運(yùn)行方向前方墩頂，同時(shí)根據(jù)只在梁體前后端設(shè)置帶有約束裝置滑道的原則，對(duì)頂推裝置按照限位約束要求安拆相應(yīng)墩頂?shù)幕瑝K側(cè)面導(dǎo)向板以滿足梁體走行軌跡控制要求，如此反復(fù)工作直至梁體頂推至設(shè)計(jì)位置。

5.5 運(yùn)行軌跡調(diào)整

在實(shí)際頂推施工過(guò)程中存在測(cè)量誤差、安裝誤差，因此梁體實(shí)際走行軌跡會(huì)與理論產(chǎn)生偏差，當(dāng)偏差值超過(guò)先前設(shè)定允許偏差值時(shí)，須對(duì)走行軌跡進(jìn)行糾偏，并及時(shí)修正裝置頂推方向。

糾偏調(diào)整采用微調(diào)滑道板方向的方法進(jìn)行。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算軌跡偏離值，梁體被豎向千斤頂頂起后，向軌跡偏離反方向調(diào)整滑道板、使梁體在3-5個(gè)頂推循環(huán)內(nèi)回到理論軌跡。具體操作：將滑道板與滑道底板螺栓松開，保留1個(gè)螺栓作為滑道板旋轉(zhuǎn)中心，用扳手?jǐn)Q動(dòng)糾偏絲杠，使滑道板到達(dá)計(jì)算糾偏位置（尺量糾偏絲杠限位板與滑道板距離），重新擰緊螺栓，循環(huán)頂推使梁體運(yùn)行軌跡回至理論。根據(jù)軌跡偏離值計(jì)算出設(shè)備安裝誤差，回調(diào)滑道板并修正設(shè)備位置及頂推方向。

圖14 調(diào)向裝置細(xì)部圖

6 落梁

連續(xù)梁頂推至設(shè)計(jì)位置后，通過(guò)豎向千斤頂調(diào)整各墩處支反力與計(jì)算支點(diǎn)反力偏差值在±10%內(nèi)，完成后安裝千斤頂保險(xiǎn)裝置、拆除水平頂推裝置，騰出安裝墊石支座的空間。

將支座放至鋼墊石上(支座下螺栓放入鋼墊石預(yù)留孔內(nèi)暫不錨固)，整體將鋼墊石及支座滑移至連續(xù)箱梁梁底并對(duì)準(zhǔn)位置，將支座上板與連續(xù)箱梁底支座預(yù)埋板栓接，綜合調(diào)整全部鋼墊石高度、焊連鋼墊石與鋼橫梁。落梁：下降全部豎向千斤頂整體落梁使支座坐落在鋼墊石上，采用重力式灌漿將支座下板螺栓與鋼墊石錨固。拆除導(dǎo)梁：利用吊車拆除梁體前后導(dǎo)梁。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在頂推過(guò)程中運(yùn)用同步電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所有豎向千斤頂?shù)耐狡鹕蚪德?，所有水平千斤頂?shù)耐角斑M(jìn)或后退；通過(guò)使用頂推轉(zhuǎn)向技術(shù)實(shí)現(xiàn)在梁體的前后端墩頂按圓曲線的弦線方向設(shè)置有動(dòng)力有約束頂推裝置，其他墩頂設(shè)置有動(dòng)力無(wú)約束及無(wú)動(dòng)力無(wú)約束頂推裝置，來(lái)實(shí)現(xiàn)梁體的轉(zhuǎn)向，沿圓曲線軌跡走行。相對(duì)于傳統(tǒng)的側(cè)向施頂控制方向的方法相比，設(shè)備構(gòu)思巧妙、施工操作簡(jiǎn)便，為多跨連續(xù)梁頂推架設(shè)施工提供了新的思路及方法，具有十分廣泛的推廣和應(yīng)用前景。