无绞下承式拱桥带拱顶推施工工艺

【摘要】：为了减少新建线路对既有铁路运输的影响，充分利用桥梁顶推施工的优势，进一步减少既有线上方作业，同时满足新线建设和既有线安全。此次施工采用梁拱整体预制、安装，带拱整体顶推施工工艺。带拱顶推体系转换复杂，梁体自重分布平衡，对临时结构要求高，施工难度大。能顺利完成施工是对我们施工水平及施工技术的肯定。该文结合津秦客专津山外绕无绞下承式拱桥带拱整体顶推施工，讲述了无绞下承式拱桥带拱顶推的主要工艺过程，是继梁段顶推和梁拱整体顶推之后又一全新的顶推施工，并对工艺进行了总结，期望为其他无绞下承式拱桥顶推施工提供参考。

【关键词】：带拱顶推 施工工艺

一、前言

近些年来，随着我国的路网系统建设的飞速发展，公路立交桥、铁路立交桥以及公铁立交桥日益增多，这些线路之间相互干扰的现象也变得日益严重。上跨既在有线的时候下方的线路处于净空以及干扰的问题解决的方法就是使用无绞型下承式拱桥的顶推施工技术，因为这技术不仅具有较高的科技性能够有效的解决线路干扰的问题，而且在施工方面能够大大的降低成本效果也非常好，所以这项技术在铁路工程建设中得到了得到了广泛的认可与应用。因地制宜且合理的设计、临时结构上的安排以及施工顺序是整个工程的关键所在。

二、工程简介

最新建设的天津到秦皇岛的铁路客运的专线，在秦皇岛市的海港区有津山外绕线的汤河特大桥，该桥梁的全长有4.073km，该桥于津山绕DK293+695.44～DK293+762.24之间跨越秦东下行线，设计净空为6.55m。桥梁主桥上部的结构是由1-64m的双线性混凝土钢管的拱桥组成，当中混凝土组成的部分的桥面宽度是14.8米，高度是2.2米。梁的全长为66.5m，计算跨度为64m，拱肋平面内失高12.8m，拱肋横断面采用哑铃型混凝土钢管等截面，截面高度h=2.2m，钢管直径为0.9m，两拱肋中心距11m。主梁全重3500吨，顶推重量3000吨。

三、工程特点及难点

1）采用附近整体预制，简化了施工工序，缩短了工期，减小了常规施工中存在的较大的安全隐患。

2）整体顶推作业，进一步减小了对所跨线路影响的时间和范围。

3）高位预制的顶推简支系杆结构的拱桥上跨，也就是具有秦东的下行线。铁路和桥梁之间的交角较小（28°50′），顶推的距离比较长（81.8m），顶推的重量比较大（3000t），落梁的落差也很高（430mm），工艺比较复杂、在技术含量方面也比较高。

4）箱梁顶的过程当中梁底的距离，也就是具有铁路回流线的长度为0.87米，安全的压力非常大。

四、施工总体安排

4.1施工总体方案

本桥主梁采用在顺桥位外侧预制，顶推就位的方法。主梁采用先梁后拱的施工方法，梁部采用满布支架分段三个现浇段（20.75m+25m+20.75m），由中间向两端方向对称施工。主梁施工完毕后在主梁上搭设支架，拼装拱肋钢管，安装吊杆，初张拉后进行顶推就位，就位后合龙拱肋，完成拱肋拼装并灌注拱肋混凝土， 最后调整吊杆张拉力至设计值，完成主体结构的施工落梁就位。

4.2 总体工艺流程

总体工艺流程图见图1，顶推之前的各部分施工工艺与普通无绞下承式拱桥施工相同在此不再赘述，本文重点总结带拱顶顶推的施工工艺。

五、箱梁顶推工艺

5.1 临时墩布置

本桥顶推施工所需支撑墩由天津方向―秦皇岛方向，依次为：34#组合墩―1#临时墩―2#临时墩―35#墩―3#临时墩―36#墩―4#临时墩――37#墩――5#临时墩。

临时支墩基础均为钻孔灌注桩，临时墩基础采用独立式钢筋混凝土矩形承台。

1#、2#临时墩为钢筋混凝土墩;3#、4#、5#临时墩为钢管柱，单个临时墩设置两组4个钢管柱。墩柱之间设横纵向连接，将临时墩柱连接为一整体。墩顶设高0.3米高滑道。临时墩柱采用场外预制，现场拼装焊接完成。

34#、35#、36#、37#采用永久墩与钢管柱组合墩结构形式，其中34、35#组合墩个设置8个钢管柱;36、37#组合墩个设置6根钢管柱，永久墩和临时墩之间一般使用直径为300mm的圆管、40号的工字钢连接起来并形成受力的整体。

5.2 滑道的布置

滑道一般是由下滑道、上滑道以及滑块三部分组成。上滑道一般作为梁体的底板，在全部的组合墩以及临时墩上面都布置着两排的下滑道，下滑道一般的宽度在0.8米左右，长度约为2.0到4.5米。

一般来说，下滑道是由箱式结构构成，在通过20mm和30mm厚的钢板焊接形成的。临时墩的墩顶和临时墩的位置滑道之间通过焊接固定起来;组合墩的上盖梁和组合墩的位置滑道之间通过焊接固定起来。具体形式参看滑道示意图见图2

滑块一般使用聚四氟乙烯板，尺寸为20×40×2cm，其抗压强度不低于15Mpa。滑块在顶推过程中受力P=G/S=3000t/[0.4×（2.5*4+2.1*4） ]

=407.6t/m2=4.706MPa。安全储备系数14/4.706=2.97。滑块下表面为四氟板，四氟板与下滑道上表面的不锈钢板密贴，滑块上表面为橡胶板，橡胶板与梁底密贴。 图2 滑道示意图

为减小四氟滑块与下滑道间摩擦系数，在下滑道上铺设3mm厚不锈钢板，不锈钢板表面的粗糙度一般在Ra12.5μm左右，单幅的下滑道每一个断面上都设置有两道，滑道纵向的两头一般比滑道长约20cm，并且要做的坡度为15%，这样方便滑块的喂入。

因为箱梁的混凝土一般都是直接的浇筑在滑块上面，为了确保滑道板之间不会受到水、灰尘以及灰浆的污染，滑块的顶部一般都要使用0.5mm厚的铁皮严密覆盖起来。在滑道钢板的纵向两侧斜面为15%处应该填上干硬沙，这样方便拆模以后能够顺利的掏出，并且还要确保刚性的支撑比柔性的支撑侧要低10到20mm，用来保证梁面底侧的平顺。

顶推的过程中一般都在滑块的下表面均匀的涂抹上一层硅油，以减少四氟板与不锈钢板间摩擦系数及滑块的损坏。

5.3 导梁布置

在顶推的过程当中，前端最大的悬臂为24.5m、后端最大的悬臂为16.2m，为了保证梁体的内力在允许的范围之内，在箱梁上设置后端、前端的钢桁架结构的导梁。导梁一般分为三个加工阶段，即预埋段、前段和尾段，预埋段一般预埋入梁体的深度在1.5m，导梁的底面和箱梁的底面混凝土是齐平的。经过设计的计算，在顶推的最大悬臂时，混凝土的梁挠以及导梁度在7cm左右，所以在导梁的前端1米左右的范围内设置10%的斜坡，这样方便导梁能够十分顺利的滑动到滑道的上面。

前导梁长26米，前段长12.99米、尾段长度12.99米、预埋段长度1.495m，各段通过高强螺栓连接，高2.2米，宽0.8米，单个构件最重11.5吨。

后导梁长18米（2*9m），宽0.8米，预埋段长1.5米。

导梁在安装之前一般都会使用碗口式的脚手架搭来设置施工的平台，在平台的上面使用工字的钢来横向设置出5道支撑，在单个的导梁构件的吊装就位以后再进行临时的固定，等导梁相邻的部分的构件吊装就位以后在利用导梁连接件把两构件进行横向的连接，用来防止导梁过高产生横向的倾覆，当横向连接成整体以后在使用手动葫芦开展横向的移动，方法完成导梁的安装。

5.4 横向限位装置的安装

为了防止梁在顶推的过程中出现较大范围的偏斜，在组合墩和临时墩的上面安装导向的装置，以此来限制梁横向的移动。横向的限位装置的组成部分是限位的千斤顶、限位的后背以及限位的滑块。整个箱梁在顶推的过程当中，因为专业的技术人员每时每刻观察监测梁体横向偏移的情况，发现梁体的横向偏移的量一般在大于2cm的时候及时的通知纠偏的工作人员展开横向的纠正。

箱梁横向的纠偏工作一般都需要在梁顶推的过程之中展开。如果偏移量过大则需要停止顶推进行纠偏，横向偏移量在5cm以内箱梁可以继续顶推。

5.5 顶推基本的原理

顶推基本的原理是梁体的重量经过滑块作用于在支撑墩上面，在由墩身传到承台以及桩基上面。等到简支系杆的拱施工拼装完工以后，使用千斤顶的拽拉和与梁体相连的钢绞线，来克服滑道板和滑块之间的摩擦力从而达到梁体前向顶进的目的，具体形式参看顶推原理示意图见图3。

5.6 顶推动力系统

按主梁和导梁全部拼装完进行顶推，顶推重量3000吨，经计算顶推摩擦力H=K×G×f+G×I =1.2×3000×0.08=288吨。

K为安全系数，一般取K=1.2;

G为顶推简支拱总重;

f为滑道摩擦系数，一般f=0.08;

I为顶推纵坡，I=0;

根据顶推摩擦力确定顶推用千斤顶、钢绞线、顶推后背及箱梁后锚：

1、牵引动力系统

本工程选用QDCL2000连续顶推系统，全套系统包括：2台QDCL2000连续顶推千斤顶、2台4YBZ190顶推泵站、1台QK-8主控台及联接系统的高压油管、控制电缆、设备至电源的电源电缆。动力安全储备系数为：2×200/288=1.4。

2、牵引索及锚具

牵引索由两束、每束15根强度等级为1860Mpa，7φ5m钢绞线组成。牵引索穿过QDCL2000型连续顶推千斤顶，另一端通过箱梁尾部预埋的后锚与箱梁连接。

钢绞线采用GB5224-2003标准钢绞线，公称直径15.2mm，公称面积140mm2，牵抗拉强度为1860Mpa。其允许抗拉力F=2*15*1860*140*0.7=546.8t

其安全系数546.8/288=1.89。

锚具采用OVM15-15型。

钢绞线安装完毕后先人工手拉钢绞线弧度基本一致，然后利用YDC240QX型千斤顶将钢绞线在后锚处单根预紧，预紧力F=1860*140*0.7*0.1=1.82吨，预紧后使钢绞线在顶推时受力均匀。

钢绞线下料长度应考虑主梁的牵引长度及临时支架的长度，同时考虑千斤顶工作长度、固定端工作长度和张拉端预留长度及钢绞线跨线垂度等。

穿索前打开QDCL2000顶中前后夹持器的夹片，钢绞线逐根从顶的尾部向顶部穿入，钢绞线的另一端对称的穿入拉锚器的锥孔。钢绞线束在拉锚器及QDCL2000顶端面外露长度不小于50cm。左右捻向的钢绞线间隔排布，为便于穿索，可用引线杆导向。每台千斤顶穿完钢绞线后，松开QDCL2000顶前后夹持器压紧夹持器及拉锚器的夹片。

3、后锚的设置

梁尾设有2个钢制后锚，通过高强螺栓与预埋在梁体内的钢板连接。

4、反力墩

顶推反力点设置在35#组合墩上。反力座通过高强螺栓与盖梁连接。

拉索最后牵引角度为10°23′，经检算，动力储备和牵引索拉力储备均符合要求。

5.7拱肋混凝土施工

鉴于钢管混凝土系杆拱桥顶推过程中体系转换多，梁体线形控制较为复杂，顶推过程中应进行施工监测和配合施工线形计算，在解除拱肋临时固结后根据实际施工规律进行必要的调整，确保成桥线形、工后徐变上拱值符合设计要求永久固结拱肋。

钢管拱助内泵送混凝土的顺序必须按图纸进行，并严格控制混凝土的泵送管内压力，保证混凝土的连续泵送，中途不得停顿，并严防拱管涨裂，施工中采取措施保证混凝土的密度满足要求。拱助内灌注补偿收缩混凝土，应按补偿收缩类选用，其配置可按《混凝土外加剂应用技术规范》（GBJ119-88）的规定采用外加剂来实现，施工前应进行配比试验，并提出书面报告，经监理、设计单位确认后才能投入使用。待拱内混凝土强度及弹模达到设计要求后按图纸顺序循环张拉系杆。

5.8 落梁

梁顶推就位后，用千斤顶将梁与滑道脱空，然后将滑道拆除。利用8台800吨千斤顶在34#与35#吨之间交替下落，每次下落10厘米，直至落至设计标高，支座完全受力。35#墩落程170mm，34#墩落程430mm。测试并调整梁体线性达到设计和规范要求，锚固支座。

严格遵守千斤顶技术规则，起重不超过起重能力，每次起梁高度不超过活塞高度的四分之三。操作时统一指挥，统一行动。在落梁过程中要使梁的脱空距离保持在1.5厘米内，严禁桥梁两端同时下落。通过控制油压力来确保4台千斤顶同时受力，且落梁速度一定要慢，并要均匀下落。随同千斤顶顶生、回缩和落梁垫块的拆除进行随时测量，确保简支拱就位高程。

落梁工作需要点进行，计划分四次施工，每次要点时间3小时。

六、应急预案

6.1 横向偏差过大

为保证顶推箱梁准确就位，在顶推箱梁用临时墩及永久墩两侧安装横向限位装置，横向限位装置通过千斤顶完成箱梁纠偏，顶推过程中箱梁横向偏差大于5cm时即进行纠偏。

顶推过程中，导梁达到34#组合墩、1#、2#临时墩时，如果箱梁前段横向偏差过大，可以利用手动葫芦横向拖拉导梁前段进行横向纠偏。

箱梁落梁前采取可靠的横向加固装置，箱梁落梁就位后方可拆除横向限位装置。

6.2 纵向防溜

箱梁在顶推完成一个阶段后，需用木楔子把箱梁与滑道之间临时固定以防箱梁发生纵向位移，在箱梁下一阶段顶推前时木楔子会自动顶下来。

箱梁顶推就位后，待箱梁落梁就位成功后方可完全松开顶推用钢绞线。

6.3 突然停电及设备保证

为防止动力线路出现故障造成突然停电，我部在顶推桥附近安装了一台120KW的柴油发电机和一台90KW的移动柴油发电车，能为顶推桥施工提供充足的电力保障。

顶推过程中现场储备2台千斤顶，1辆16t吊车，以备箱梁顶推时应急使用。

6.4 大风、暴雨等恶劣天气

在顶推前要准备好雨具，棚布雨雪等防御设施，顶推机具安放在棚内，安置位置要视线良好，以防顶推准备及施工期间突发雨雪等恶劣天气。如果遇到6级以上大风停止施工。

6.5 顶推时梁端上墩困难

梁端上墩时用千斤顶上顶前导梁辅助上墩。由于梁自重挠度的影响，梁前端梁底标高低于滑道标高。待梁端头接近前方桥墩下滑道时，停止顶推。用两台50吨千斤顶，在梁端下方打顶，千斤顶上设置滑块，将千斤顶起高至上滑道面高于下滑道面时，锁定千斤顶。继续顶推使梁端滑移到滑道上，停止前进，卸掉千斤顶。然后继续顶推。

七、结语

通过对津秦客专客专津山外绕无绞下承式拱桥带拱顶推施工，积累了许多关键技术数据和现场实际经验，为以后桥梁顶推施工提供了参考和依据

参考文献：

【1】《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》TZ213-2005

【2】《铁路桥涵工程施工质量验收标准》TB10415―2003