莫崇遷

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530200)

0 引言

鋼桁拱具有強(qiáng)度高、自重小、造型美觀和工業(yè)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在公路、鐵路以及公鐵兩用橋中應(yīng)用十分普遍。支架法、纜索吊裝法、懸臂拼裝法和頂推法為鋼桁拱橋施工的常用方法，這些方法各有其適用性。支架法受地質(zhì)環(huán)境影響較大，主要適用于地質(zhì)環(huán)境好的小跨徑橋型；纜索吊裝與轉(zhuǎn)體法可用于大跨徑鋼桁拱橋的建設(shè)，但存在施工工藝復(fù)雜，對(duì)場(chǎng)地要求高、線型控制難度大等技術(shù)難題。與上述工藝相比，頂推法具有受環(huán)境影響小、管理方便、機(jī)械化程度高、施工成本低等優(yōu)點(diǎn)，在工程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1]。然而，隨著橋梁跨徑的增大、結(jié)構(gòu)形式的多樣化和復(fù)雜化，頂推法施工面臨著較大的施工風(fēng)險(xiǎn)。2019-09-01，安徽滁來(lái)全快速通道跨襄河在建大橋由于在頂推施工過(guò)程中鋼箱梁發(fā)生滑移，造成4人死亡、15人受傷以及上千萬(wàn)元的直接經(jīng)濟(jì)損失。相關(guān)學(xué)者對(duì)頂推施工開(kāi)展了安全性研究，岳昊等[2]研究表明，臨時(shí)墩不均勻沉降將嚴(yán)重影響梁體的受力，并提出抽墊鋼板精調(diào)墩頂標(biāo)高等措施避免不均勻沉降。王金良等[3]研究軸向偏位對(duì)鋼桁梁頂推施工的受力影響，提出首次頂推對(duì)桿件應(yīng)力極值影響最為明顯等規(guī)律。曹樟海[4]對(duì)鋼箱梁頂推施工過(guò)程中常見(jiàn)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行識(shí)別，并以長(zhǎng)沙市機(jī)場(chǎng)大道主線橋鋼箱梁頂推施工項(xiàng)目為工程依托，采用層次分析法對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。目前，頂推法施工工藝多用于中小跨徑梁橋施工，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鋼桁拱橋，可參考的工程案例少、施工難度大、施工風(fēng)險(xiǎn)高?；诖耍疚膶?duì)頂推施工工藝以及頂推施工過(guò)程中各工序風(fēng)險(xiǎn)情況進(jìn)行大量調(diào)研，再根據(jù)本工程的施工特點(diǎn)，總結(jié)歸納施工過(guò)程中常見(jiàn)的施工風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源以及相應(yīng)的處理措施，為余杭特大橋鋼桁拱頂推過(guò)程安全施工保駕護(hù)航[5-8]。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

余杭特大橋位于臨平區(qū)和余杭區(qū)，是規(guī)劃“杭州中環(huán)”的重要組成部分。該橋全長(zhǎng)657 m，采用雙層橋面桁式鋼拱橋，上層橋共5聯(lián)：(3×29) m+(69+162+69) m+3×(3×30) m，橋面寬38 m。下層橋共4聯(lián)：(3×29) m+(69+162+69) m+2×(3×30) m，橋面寬48 m。橫橋向設(shè)兩片主拱，每片主拱為由上下兩根拱肋組成的桁拱體系，采用三角桁式，桿件均采用焊接連接。拱下弦軸線為二次拋物線，跨度為162 m，拱肋矢高38 m，矢跨比為1/4.26；拱上弦軸線為樣條曲線，跨度為300 m；在拱頂最高點(diǎn)處，上弦軸線較下弦軸線高4 m。全橋共設(shè)15對(duì)吊索，橋面系由正交異性橋面板(車行道)、橫梁、人非車道挑臂和檢修道挑臂組成。如圖1所示。

圖1 橋型布置圖

1.2 頂推施工流程及施工工序

鋼桁拱頂推施工主要包含的施工工序如圖2所示。

(1)用龍門吊在支架上拼裝長(zhǎng)56 m的鋼導(dǎo)梁及143 m主橋節(jié)段。安裝頂推系統(tǒng)，第一階段共設(shè)置24個(gè)滑塊(左右滑道各12套)，兩組水平液壓頂推裝置(每組兩個(gè)液壓千斤頂)。如圖3所示。

圖2 頂推施工流程圖

圖3 步驟一示意圖(m)

(2)試運(yùn)行鋼梁頂推設(shè)備，并進(jìn)行第一輪頂推，鋼梁整體向前頂進(jìn)63 m。此時(shí)導(dǎo)梁頂推至第一個(gè)臨時(shí)墩，在臨時(shí)墩安裝兩個(gè)滑塊。懸臂共計(jì)36 m，導(dǎo)梁懸挑36 m，鋼梁懸挑0 m。如圖4所示。

圖4 步驟二示意圖(m)

(3)第二階段鋼梁拼裝，用龍門吊拼裝74 m主橋節(jié)段。安裝第二個(gè)臨時(shí)墩及5#墩頂推系統(tǒng)。如圖5所示。

圖5 步驟三示意圖(m)

(4)進(jìn)行第二輪頂推，鋼梁整體向前頂推45 m，導(dǎo)梁落于第二個(gè)臨時(shí)墩上，主要懸挑部分為臨時(shí)墩跨中部分，懸挑長(zhǎng)度為70 m，平臺(tái)上鋼梁長(zhǎng)度為147 m。如圖6所示。

圖6 步驟四示意圖(m)

(5)第三輪頂推，鋼梁整體向前頂推45 m，導(dǎo)梁落于5#主墩上，主要懸挑部分為臨時(shí)墩跨中部分，懸挑長(zhǎng)度為70 m，平臺(tái)上鋼梁長(zhǎng)度為147 m，如圖7所示。

圖7 步驟五示意圖(m)

(6)拼裝剩余83 m鋼梁及拱肋，完成拱肋合龍。如圖8所示。

圖8 步驟六示意圖(m)

(7)第四輪頂推，向前頂進(jìn)54 m，主橋前端支點(diǎn)落于5#墩，拆除導(dǎo)梁。如圖9所示。

圖9 第四輪頂推示意圖(m)

2 頂推施工安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別(表1)

表1 施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別表

3 頂推施工安全風(fēng)險(xiǎn)管控

3.1 頂推過(guò)程中關(guān)鍵設(shè)施控制措施

(1)作業(yè)平臺(tái)。作業(yè)平臺(tái)安裝位置和高程應(yīng)精準(zhǔn)，且應(yīng)有足夠的強(qiáng)度與剛度。余杭特大橋拼裝平臺(tái)經(jīng)計(jì)算最大應(yīng)力為187.45 MPa，較Q354鋼材具有較大安全富余，最大變形為16.45 mm，小于規(guī)范限值17.5 mm，滿足規(guī)范對(duì)剛度的要求。如圖10所示。

(2)臨時(shí)墩。臨時(shí)墩強(qiáng)度和剛度應(yīng)滿足要求。經(jīng)計(jì)算，臨時(shí)墩強(qiáng)度最大值為208.02 MPa，較Q345鋼材有較大安全富余，墩高近80 m，最大位移為26.5 mm，小于規(guī)范限值200 mm，剛度較大。如圖11所示。

(a)平臺(tái)的強(qiáng)度

(b)平臺(tái)的剛度圖10 作業(yè)平臺(tái)的強(qiáng)度與剛度計(jì)算云圖

(a)臨時(shí)墩的強(qiáng)度

(b)臨時(shí)墩的剛度圖11 臨時(shí)墩的強(qiáng)度和剛度計(jì)算云圖

(3)導(dǎo)梁。導(dǎo)梁剛度應(yīng)使得導(dǎo)梁離開(kāi)墩柱時(shí)的負(fù)彎矩值與主梁使用時(shí)最大負(fù)彎矩的比值滿足要求，通?？刂圃?.15～0.3。本項(xiàng)目計(jì)算值為0.25，滿足要求。

(4)橫向限位系統(tǒng)。施工過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)對(duì)鋼桁拱的橫向偏位進(jìn)行糾偏，可在軌道上適當(dāng)設(shè)置橫向限位裝置。

(5)滑道。既要嚴(yán)控滑道的標(biāo)高，尤其是對(duì)支反力大的滑道標(biāo)高進(jìn)行控制，也要對(duì)滑道頂部縱向適當(dāng)設(shè)置預(yù)坡。此外，在滑道頂部可適當(dāng)設(shè)置滑板或墊塊，以提高施工安全性。

3.2 頂推啟動(dòng)和運(yùn)行施工控制措施

應(yīng)合理地在橋墩上設(shè)置千斤頂，并在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)進(jìn)行頂升施工，避免鋼桁拱出現(xiàn)“爬行”狀況，確保施工安全。各墩柱縱向偏位應(yīng)滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，應(yīng)在橋墩上設(shè)置觀察點(diǎn)，定期對(duì)施工過(guò)程中的位移變化進(jìn)行觀測(cè)，確保施工安全。詳見(jiàn)圖12。

圖12 頂推系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖

3.3 誤差監(jiān)控防范措施

應(yīng)對(duì)整個(gè)頂推施工過(guò)程進(jìn)行有限元仿真計(jì)算分析，為確保結(jié)構(gòu)計(jì)算的準(zhǔn)確性，計(jì)算過(guò)程應(yīng)由不同人員分別進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算并對(duì)比計(jì)算結(jié)果，或采用不同的有限元軟件分別進(jìn)行計(jì)算對(duì)比。在確保結(jié)構(gòu)安全的前提下，在河兩側(cè)布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，隨時(shí)觀測(cè)鋼桁拱和橋墩軸線偏差。在頂推施工過(guò)程中，如果軸向偏差過(guò)大，需及時(shí)調(diào)整，以確保施工安全。

3.4 防鋼桁拱“爬行”控制措施

(1)采取“分級(jí)調(diào)壓、集中控制、高差限位”的頂推措施，根據(jù)摩阻力的大小，取頂推力等于或略大于摩阻力，然后計(jì)算出分配至每個(gè)墩柱上的頂推力大小，應(yīng)將各墩柱頂推力與摩阻力限值控制在一定差值范圍內(nèi)。

(2)應(yīng)預(yù)先考慮頂推施工過(guò)程中，橋墩結(jié)構(gòu)發(fā)生的各種破壞，并做好安全儲(chǔ)備，減少頂推施工鋼桁拱“爬行”帶來(lái)的不利影響。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以余杭特大橋?yàn)橐劳泄こ?，?duì)頂推施工過(guò)程中關(guān)鍵設(shè)施、頂推啟動(dòng)和運(yùn)行、誤差監(jiān)控以及防止鋼桁拱爬行等施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行安全識(shí)別，并提出了相應(yīng)的安全管控措施，可為鋼桁拱頂推施工順利進(jìn)行打好基礎(chǔ)。