跨既有線鋼結(jié)構(gòu)天橋頂推施工方法

柳輝

（中鐵建工集團(tuán)有限公司，北京100070）

1 引言

頂推施工工藝方法其實(shí)在建筑工程中早已運(yùn)用，頂推法的構(gòu)思來源于鋼梁縱向托拉法，只是它用千斤頂取代了傳統(tǒng)的卷揚(yáng)機(jī)。1959 年，在修建奧地利的Ager 橋時(shí)，頂推法被首次應(yīng)用，而我國是1974 年首先在狄家河鐵路橋上采用頂推法施工。近年來，頂推法在建設(shè)工程中得到了廣泛的應(yīng)用，且施工工藝得到了很大的改進(jìn)與提升。目前，建筑工程中主要是采用步履式千斤頂頂推方法，此新型頂推方法的運(yùn)用從根源上解決了安全、質(zhì)量以及進(jìn)度方面的相關(guān)問題。

2 工程概況

信陽站改擴(kuò)建工程新建進(jìn)站鋼天橋1 座，橫跨京廣場和寧西場，分別跨4 道、Ⅱ道、Ⅰ道、3 道、5 道、Ⅶ道、9 道、11 道、ⅩⅢ道9 條既有線路。天橋長度87.45m，寬度12m，總質(zhì)量350t，天橋基礎(chǔ)位于既有站臺(tái)上，采用樁基礎(chǔ)，樁徑800mm，樁長22m，天橋柱為鋼筋混凝土圓柱，直徑800mm。橋面結(jié)構(gòu)標(biāo)高為7.83m，天橋底距軌頂8.79～9.71m，接觸網(wǎng)距軌頂約6.72m。

天橋主體采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，桁架為焊接箱型梁與無縫鋼管的組合結(jié)構(gòu)，主梁采用500mm×400mm×14mm×14mm 焊接箱型梁，橫向500mm×300mm×10mm×18mm H 型鋼進(jìn)行焊接。橋面采用壓型鋼板混凝土組合樓面，頂棚屋面采用單層壓型鋼板屋面。天橋效果如圖1 所示。

圖1 天橋效果圖

3 天橋頂推施工方法比選

天橋施工屬于高空作業(yè)，特別是跨既有線天橋，需要要點(diǎn)施工。如何在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保質(zhì)保量、保安全以及保進(jìn)度順利完成施工是一項(xiàng)急需攻克的難題。通過對(duì)常規(guī)設(shè)置滑移軌道頂推方法與步履式千斤頂頂推施工方法分析與研究，常規(guī)頂推方法主要是單點(diǎn)頂推受力，存在頂推力要求高和受力基座設(shè)置難度大等缺陷，且頂推過程中結(jié)構(gòu)受力集中，存在較大的結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)。步履式千斤頂頂推施工方法主要有以下5 大優(yōu)點(diǎn)：（1）頂推設(shè)備能通過計(jì)算機(jī)同步控制，在推進(jìn)過程中能保證推進(jìn)姿態(tài)平穩(wěn)，精度同步可控；（2）頂推推進(jìn)力度平穩(wěn)均勻，加速度極小，不易產(chǎn)生不正常抖動(dòng)現(xiàn)象；（3）操作靈活，牽引就位精度高；（4）施工作業(yè)環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)大幅度降低，降低了生命及財(cái)產(chǎn)損失；（5）步履式千斤頂頂推為多點(diǎn)受力，將集中受力優(yōu)化變成多點(diǎn)受力，降低了對(duì)設(shè)備及基礎(chǔ)條件的依賴性。綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為，采用步履式千斤頂頂推施工方法最為適宜。

天橋主體鋼桁架采取在新站房一側(cè)原位搭設(shè)臨時(shí)拼裝胎架及頂推架，利用步履式千斤頂頂推施工工藝進(jìn)行施工，在拼裝胎架及各站臺(tái)天橋柱上設(shè)置步履式千斤頂?？紤]到天橋主體鋼桁架在頂推到位后裝飾施工對(duì)既有線的影響，在頂推架上將后續(xù)的天橋圍護(hù)結(jié)構(gòu)（檁條、屋面圍護(hù)系統(tǒng)、外裝骨架等）同步安裝完畢，隨天橋主體鋼桁架一并頂推至設(shè)計(jì)位置。拼裝胎架位置與各站臺(tái)天橋柱位置如圖2、圖3 所示。

圖2 拼裝胎架位置與各站臺(tái)天橋柱位置圖

圖3 拼裝胎架位置與各站臺(tái)天橋柱位置圖

4 頂推施工工作原理

頂推法施工是指圍繞著千斤頂頂推為中心，通過電控系統(tǒng)數(shù)字化控制，人員指揮系統(tǒng)總指揮的一種先進(jìn)做法。其主要目的是工程實(shí)體結(jié)構(gòu)能在臨時(shí)胎架上全部完成安裝，將施工作業(yè)位置轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到改善作業(yè)環(huán)境的目的。目前頂推設(shè)備主要采用三向千斤頂（豎向千斤頂、橫向千斤頂、縱向千斤頂），縱向起推進(jìn)作用、豎向起抬升作用、橫向起糾偏作用。如TZJ400×200 三向千斤頂，水平方向的頂推力為600kN（60t)，行程400mm；豎向起頂力為4 000kN（400t)，起頂行程為200mm；側(cè)向糾偏頂推力為600kN（60t），行程為150mm。豎向、橫向、縱向千斤頂部位均安裝位移傳感器，以便測量其位移量。

步履式平移頂推裝置的工作原理是豎向千斤頂頂起，縱向千斤頂完成向前頂推，橫向千斤頂糾偏，豎向千斤頂活塞縮缸回程落結(jié)構(gòu)于墊塊上，縱向千斤頂收缸回程原始狀態(tài)，以此5 步驟動(dòng)作作為一個(gè)循環(huán)行程，反復(fù)循環(huán)行程，從而實(shí)現(xiàn)頂推平移就位[1]。

5 頂推關(guān)鍵步驟

5.1 方案編制及論證

頂推施工工藝屬于新型施工工藝，具體的實(shí)施方案需專家論證修改后方可實(shí)施。特別提出的是鋼結(jié)構(gòu)天橋頂推施工方案需要對(duì)胎架基礎(chǔ)及結(jié)構(gòu)、頂推時(shí)懸挑端支點(diǎn)、天橋結(jié)構(gòu)在最大懸挑時(shí)支點(diǎn)處的內(nèi)力以及最大懸挑時(shí)的擾度進(jìn)行受力驗(yàn)算。

5.2 安裝拼裝胎架

胎架是實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)天橋拼裝及頂推的基本條件。胎架一般主要采用型鋼安裝搭建，胎架屬于臨時(shí)受力結(jié)構(gòu)，其基礎(chǔ)要確保承載力滿足方案受力要求，嚴(yán)格控制基礎(chǔ)沉降量，不均勻沉降將嚴(yán)重影響整個(gè)頂推過程的穩(wěn)定性。胎架安裝完成后需對(duì)其垂直度、平整度、直線度以及安裝質(zhì)量進(jìn)行檢測驗(yàn)收，合格后方可安裝頂推設(shè)備。

5.3 頂推設(shè)備的安裝與驗(yàn)收

頂推設(shè)備安裝前應(yīng)在胎架上彈出定位軸線，確保設(shè)備安裝不偏位，頂推設(shè)備的安裝偏位將直接導(dǎo)致水平偏差，推進(jìn)距離越大，偏差值也就越大，從而頂推過程的糾偏也就更為頻繁，直接影響頂推施工進(jìn)度。因步履頂推設(shè)備屬于多點(diǎn)頂推，各頂推設(shè)備的承重受點(diǎn)位距離的大小而變動(dòng)，各點(diǎn)的縱向距離應(yīng)嚴(yán)格按照方案布設(shè)，防止承重力R大于頂推設(shè)備極限值Fr。頂推設(shè)備安裝完成后經(jīng)驗(yàn)收合格方可開始頂推施工。

5.4 試頂推

試頂推是各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成后的一項(xiàng)試驗(yàn)檢測工作。主要對(duì)設(shè)備的同步性、設(shè)備的可靠性以及運(yùn)行的安全性作出評(píng)估與調(diào)整糾偏，是正式頂推前不可或缺的一項(xiàng)工作。特別是在頂推作業(yè)時(shí)間及條件受限時(shí)，為了一次性頂推到位，減少頂推過程中不必要的安全風(fēng)險(xiǎn)，試頂推就起著無比重要的作用。同時(shí)，試頂推期間設(shè)定好頂推速率，頂推速率越快水平偏差越大，頂推速率越小施工進(jìn)度就越慢，設(shè)置適宜的頂推速率也尤為重要，應(yīng)根據(jù)施工條件綜合考慮決定，一般推進(jìn)速率控制在1mm/s 左右較為適宜。

5.5 正式頂推

正式頂推在試頂推無誤后進(jìn)行。正式頂推時(shí)應(yīng)做到邊測量邊頂推：一是測量水平位移，防止頂推過程中水平位移偏差過大；二是測量胎架等支撐體系沉降值，確保發(fā)現(xiàn)不均勻沉降時(shí)立即預(yù)警響應(yīng)，采取相應(yīng)處理措施，嚴(yán)防出現(xiàn)安全事故；三是測量擾度值，防止懸挑端擾度過大影響頂推。實(shí)施過程要每個(gè)行程完成后匯報(bào)偏差值，如達(dá)到預(yù)警值及時(shí)糾偏。正常情況下水平距離達(dá)到5mm 偏差時(shí)應(yīng)及時(shí)糾偏，糾偏完成后再繼續(xù)頂推推進(jìn)[2]。

5.6 頂推步驟

1）安裝墩旁托架立柱、分配梁及D1～D5 步履頂頂推器；

2）拼裝鋼桁梁第一拼裝部分60m，胎架北側(cè)懸空4m，進(jìn)行試頂推及機(jī)器調(diào)試。

3）試頂推。以天橋前端為移動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行要點(diǎn)施工，將拼裝好的60m 鋼桁梁試頂推前移12m。

4）第一次頂推。以天橋前端為移動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行要點(diǎn)施工，將拼裝好的60m 鋼桁梁繼續(xù)頂推前移10m，推至三站臺(tái)D6 支點(diǎn)處。

5）第二次頂推及桁架拼裝。以天橋前端為移動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行要點(diǎn)施工，繼續(xù)向前頂推6m 后，將剩余桁架節(jié)段梁27m 焊接拼裝，總長度87.45m，總重量3 500kN（350t）。

6）第三次頂推。以天橋前端為移動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行要點(diǎn)施工，繼續(xù)向前頂推15m 后，將D1 頂推點(diǎn)頂推器拆除安裝在D7 頂推點(diǎn)（前端移動(dòng)點(diǎn)距離D7 支點(diǎn)為2m）。

7）第四次頂推。以天橋前端為移動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行要點(diǎn)施工，繼續(xù)向前頂推10m 后到達(dá)二站臺(tái)D7 支座，將D2 頂推點(diǎn)頂推器拆除安裝在D8 頂推點(diǎn)。

8）第五次頂推。以天橋前端為移動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行要點(diǎn)施工，繼續(xù)向前頂推10.5m（前端移動(dòng)點(diǎn)距離D8 支點(diǎn)為15.9m）。

9）第六次頂推。繼續(xù)向前頂推10.5m，到達(dá)一站臺(tái)正式墩。

10）第七次頂推。繼續(xù)向前頂推2.68m，頂推至設(shè)計(jì)位置后，直接將梁體落于支座之上。

11）拆除設(shè)備及臨時(shí)支撐。天橋桁架全部安全落位后，機(jī)械配合拆除千斤頂設(shè)備，同時(shí)人工拆除臨時(shí)支撐鋼胎架[3]。

6 頂推控制技術(shù)

6.1 頂推過程指揮系統(tǒng)的建立

現(xiàn)場頂推作業(yè)應(yīng)建立指揮系統(tǒng)，其中包含下達(dá)頂推作業(yè)命令的總指揮、測量組、設(shè)備觀察組、中控組、旁站監(jiān)督組?？傊笓]主要負(fù)責(zé)收集各方信息，從而下達(dá)命令決定頂推工作的開始與停止；測量組主要是過程監(jiān)測各類數(shù)值指標(biāo)并及時(shí)反饋，如達(dá)到預(yù)警值及時(shí)響應(yīng)，規(guī)避消除安全風(fēng)險(xiǎn)；設(shè)備觀察組主要是觀察千斤頂設(shè)備是否正常運(yùn)行并及時(shí)反饋；中控組是設(shè)備觀察組與總指揮的中間樞紐，具體操作頂推施工；旁站監(jiān)督組是盯控頂推施工各個(gè)部位，查找安全風(fēng)險(xiǎn)隱患，及時(shí)匯報(bào)消除風(fēng)險(xiǎn)。

6.2 頂推到位

整體同步頂推至距離就位點(diǎn)相差200mm 時(shí)，降低頂推速度，配合技術(shù)人員測量所有頂推點(diǎn)的相對(duì)距離（相對(duì)于就位位置），然后，根據(jù)結(jié)構(gòu)的姿態(tài)確定相應(yīng)的控制參數(shù)，一般的原則是相對(duì)距離大的點(diǎn)頂推速度加快，相對(duì)距離小的點(diǎn)頂推速度減慢，在動(dòng)態(tài)的過程中使整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)逐漸接近就位位移。由于整個(gè)頂推過程的頂推距離相差控制在10mm 以內(nèi)，所以，各點(diǎn)的速度調(diào)節(jié)相差不會(huì)太大。

繼續(xù)整體頂推至距離就位位置相差15mm 時(shí)暫停，再次配合技術(shù)管理人員測量所有頂推點(diǎn)的相對(duì)距離，根據(jù)測量結(jié)果分組調(diào)節(jié)相應(yīng)頂推點(diǎn)的頂推速度，采取先到就位點(diǎn)截止的控制方式進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，直至所有頂推點(diǎn)達(dá)到要求值。調(diào)整完畢后繼續(xù)配合技術(shù)人員測量所有頂推點(diǎn)的頂推距離，截止對(duì)于已經(jīng)達(dá)到就位要求的頂推點(diǎn)，單獨(dú)調(diào)整其他點(diǎn)，根據(jù)測量結(jié)果微調(diào)，精度控制在1mm，直到所有頂推點(diǎn)均滿足就位要求。

7 結(jié)語

綜上所述，在跨既有線施工條件下采用頂推法施工能加快施工進(jìn)度，最主要是改善了施工作業(yè)環(huán)境，有效提高了施工質(zhì)量，確保了施工安全。同時(shí)減少了機(jī)械設(shè)備的使用，節(jié)約了成本。步履式千斤頂頂推法經(jīng)優(yōu)化改善后，效果明顯，優(yōu)點(diǎn)突出，非常值得借鑒。