中铁上海工程局大跨径单滑道柔性墩单端多点连续顶推施工工法

大跨径单滑道柔性墩单端多点连续顶推大跨径单滑道柔性墩单端多点连续顶推施工工法施工工法中铁上海工程局有限公司中铁上海工程局有限公司 李李 飞飞20132013年年3 3月月3030日日1.1.工法产生的背景工法产生的背景 柳州市双拥大桥柳州市双拥大桥 柳州市双拥大桥是目前国内首座单主缆单索面宽幅悬索桥，柳州市双拥大桥是目前国内首座单主缆单索面宽幅悬索桥，主桥跨径组合为主桥跨径组合为40m+430m+40m40m+430m+40m，桥面宽，桥面宽38m38m。双拥大桥主桥采。双拥大桥主桥采用扁平流线型钢箱梁，钢箱梁梁高用扁平流线型钢箱梁，钢箱梁梁高3.5m3.5m，横断面结构形式为单，横断面结构形式为单一纵隔板，单箱双室结构。一纵隔板，单箱双室结构。1.11.1工程背景工程背景3800035001.5%1.5%行 车 道t=16mm非 机 动 车 道人 行 道风 嘴分 隔 带（吊 索 区）行 车 道t=16mm非 机 动 车 道人 行 道风 嘴钢箱梁标准断面钢箱梁标准断面 1.1.工法产生的背景工法产生的背景 柳州市双拥大桥柳州市双拥大桥 1.1 1.1工程背景工程背景 全桥钢箱梁总重全桥钢箱梁总重9300t9300t，共分为，共分为5353个节段，节段长度为个节段，节段长度为7m7m至至10m10m，标准节段重，标准节段重193t193t。1.2 1.2技术背景技术背景 综合考虑大桥及钢箱梁设计特点、桥址的地理位置和航道特综合考虑大桥及钢箱梁设计特点、桥址的地理位置和航道特点，从经济性、安全性等方面比较了骑缆吊机、满堂支架和顶点，从经济性、安全性等方面比较了骑缆吊机、满堂支架和顶推三种安装钢箱梁方法的优缺点，最终确定采用在桥位处搭设推三种安装钢箱梁方法的优缺点，最终确定采用在桥位处搭设顶推支墩，从南岸向北岸单端多点连续顶推施工主桥钢箱梁。顶推支墩，从南岸向北岸单端多点连续顶推施工主桥钢箱梁。1.3 1.3技术水平技术水平 通过科技查新以及中国中铁股份公司技术鉴定，所采用的大通过科技查新以及中国中铁股份公司技术鉴定，所采用的大跨度单滑道柔性墩单端多点连续顶推施工技术达到了国内领先跨度单滑道柔性墩单端多点连续顶推施工技术达到了国内领先水平。水平。2.2.工法特点工法特点 柳州市双拥大桥柳州市双拥大桥 2.1 2.1质量、安全方面质量、安全方面 2.1.1 2.1.1采用单滑道多点连续顶推施工方法，钢梁顶推作业在采用单滑道多点连续顶推施工方法，钢梁顶推作业在主承力支墩上的单一滑道上完成，两侧辅助支墩起顶推纠偏及主承力支墩上的单一滑道上完成，两侧辅助支墩起顶推纠偏及调整钢梁标高作用，施工简便可控，顶推支墩受力明确。调整钢梁标高作用，施工简便可控，顶推支墩受力明确。2.1.2 2.1.2顶推支墩采用非连续独立式钢管支墩，可合理布置支顶推支墩采用非连续独立式钢管支墩，可合理布置支墩间距，既保证通航要求，又确保了施工过程安全度汛。墩间距，既保证通航要求，又确保了施工过程安全度汛。2.1.3 2.1.3支墩顶部设置四氟板滑道，顶推水平力较小，采用往支墩顶部设置四氟板滑道，顶推水平力较小，采用往复式液压千斤顶顶推设备，轻型简便，顶推启动和停止控制平复式液压千斤顶顶推设备，轻型简便，顶推启动和停止控制平稳，保证柔性支墩的稳定，施工安全系数高。稳，保证柔性支墩的稳定，施工安全系数高。2.1.4 2.1.4采用结构计算软件建立工况分析模型，设定预警值，采用结构计算软件建立工况分析模型，设定预警值，在顶推过程中即时监测钢箱梁线形、支墩位移，比照计算软件在顶推过程中即时监测钢箱梁线形、支墩位移，比照计算软件分析结果，及时调整顶推状态，保证钢箱梁线形。分析结果，及时调整顶推状态，保证钢箱梁线形。2.2.工法特点工法特点 柳州市双拥大桥柳州市双拥大桥 2.2 2.2工期、进度方面工期、进度方面 单主缆悬索桥主梁采用顶推法施工，实现了钢箱梁顶推与单主缆悬索桥主梁采用顶推法施工，实现了钢箱梁顶推与悬索桥主缆安装同步作业加快了施工进度，同时有利于保证单悬索桥主缆安装同步作业加快了施工进度，同时有利于保证单主缆悬索桥施工过程中的稳定性。主缆悬索桥施工过程中的稳定性。2.3 2.3节约成本、经济效益方面节约成本、经济效益方面 宽桥面单一纵隔板钢箱梁单滑道多点连续顶推工法是一套宽桥面单一纵隔板钢箱梁单滑道多点连续顶推工法是一套系统化及自动化的施工方法，该方法简单易行，劳动强度低，系统化及自动化的施工方法，该方法简单易行，劳动强度低，成本投入低成本投入低。3.3.工艺原理工艺原理 柳州市双拥大桥柳州市双拥大桥 在主桥一端设置钢箱梁节段提升门架，采用钢管支架作为在主桥一端设置钢箱梁节段提升门架，采用钢管支架作为钢箱梁节段拼装焊接平台，同时沿顶推方向设置顶推支墩并安钢箱梁节段拼装焊接平台，同时沿顶推方向设置顶推支墩并安装四氟板滑道，顶推支墩分主承力钢管支墩及两侧辅助支墩，装四氟板滑道，顶推支墩分主承力钢管支墩及两侧辅助支墩，钢梁顶推作业在主承力支墩上的单一滑道上完成，两侧辅助支钢梁顶推作业在主承力支墩上的单一滑道上完成，两侧辅助支墩主要起顶推纠偏及调整钢梁标高作用。钢箱梁板单元在工厂墩主要起顶推纠偏及调整钢梁标高作用。钢箱梁板单元在工厂加工好后运输到现场组拼成钢箱梁节段，将验收合格的钢箱梁加工好后运输到现场组拼成钢箱梁节段，将验收合格的钢箱梁节段按次序采用轨道板车移运至提升门架，经门架提升系统将节段按次序采用轨道板车移运至提升门架，经门架提升系统将钢箱梁节段提升至拼装焊接平台，三节一组进行焊接，首段前钢箱梁节段提升至拼装焊接平台，三节一组进行焊接，首段前端需要焊接导梁。每组焊接完成后，采用往复式液压千斤顶顶端需要焊接导梁。每组焊接完成后，采用往复式液压千斤顶顶推装置进行顶推，借助不锈钢板与聚四氟乙烯模压滑板特制的推装置进行顶推，借助不锈钢板与聚四氟乙烯模压滑板特制的滑动装置，将钢箱梁逐段向对岸顶进。钢箱梁全部顶进就位后滑动装置，将钢箱梁逐段向对岸顶进。钢箱梁全部顶进就位后进行体系转换，安装吊索并张拉索力，调整钢箱梁标高、线形进行体系转换，安装吊索并张拉索力，调整钢箱梁标高、线形及索力，拆除钢管支墩，由主缆承受钢箱梁重量完成体系转换及索力，拆除钢管支墩，由主缆承受钢箱梁重量完成体系转换工作工作。3.3.工艺原理工艺原理 柳州市双拥大桥柳州市双拥大桥钢 箱 梁 板 单 元 工 厂 加 工 并 运 输 到 现 场节 段 钢 箱 梁 吊 装体 系 转 换、线 形 索 力 调 整顶 推 支 墩钢 箱 梁 焊 接钢 箱 梁 顶 推提 升 门 架节 段 钢 箱 梁 移 运顶 推 支 墩 拆 除完 成 体 系 转 换钢 箱 梁 节 段 工 地 拼 装钢 箱 梁 节 段 无 损 检 测 及 涂 装施工工艺流程图施工工艺流程图4.4.关键技术创新点及操作要点关键技术创新点及操作要点 柳州市双拥大桥柳州市双拥大桥 4.1 4.1关键技术创新点关键技术创新点 4.1.1 4.1.1钢箱梁采用单滑道柔性高墩多点连续顶推技术，保证钢箱梁采用单滑道柔性高墩多点连续顶推技术，保证了宽主梁的施工稳定，解决了单主缆钢箱梁安装难题；了宽主梁的施工稳定，解决了单主缆钢箱梁安装难题；4.1.2 4.1.2钢箱梁钢箱梁安装系统也同时有效保证了单主缆安装和体系安装系统也同时有效保证了单主缆安装和体系转换中的稳定，具有创新性转换中的稳定，具有创新性；4.1.3 4.1.3钢箱梁安装与主缆系统安装平行作业，缩短了工期。钢箱梁安装与主缆系统安装平行作业，缩短了工期。4.2 4.2操作要点操作要点 4 4.2.1.2.1提升门架及焊接平台施工提升门架及焊接平台施工 提升门架的支撑结构采用提升门架的支撑结构采用4 4根根1500mm1500mm钢管桩，分节采用振钢管桩，分节采用振动锤插打至岩层面后接高钢管桩，横桥向间距满足钢箱梁宽度动锤插打至岩层面后接高钢管桩，横桥向间距满足钢箱梁宽度方向位置，钢管桩之间采用方向位置，钢管桩之间采用325mm325mm钢管焊接成横联系，钢管钢管焊接成横联系，钢管桩顶部横向设置工字钢作为分配梁。桩顶部横向设置工字钢作为分配梁。4.4.关键技术创新点及操作要点关键技术创新点及操作要点 柳州市双拥大桥柳州市双拥大桥 焊接拼装平台采用焊接拼装平台采用152015201010钢管桩组成支墩并在支墩顶钢管桩组成支墩并在支墩顶采用采用45a45a工字钢横梁组成分配梁，分配梁上采用滑道梁支撑工字钢横梁组成分配梁，分配梁上采用滑道梁支撑滑道及其上的钢箱梁，且在分配梁和滑道梁间设置竖向调高滑道及其上的钢箱梁，且在分配梁和滑道梁间设置竖向调高200t200t千斤顶；在顶层钢管联系上采用贝雷片梁搭设成横桥向焊千斤顶；在顶层钢管联系上采用贝雷片梁搭设成横桥向焊接操作平台支撑梁，支撑梁上铺设槽钢分布梁及钢板组成焊接接操作平台支撑梁，支撑梁上铺设槽钢分布梁及钢板组成焊接拼装平台。拼装平台。提升门架及焊接平台提升门架及焊接平台4.4.关键技术创新点及操作要点关键技术创新点及操作要点 柳州市双拥大桥柳州市双拥大桥 4.2.2 4.2.2顶推支墩施工顶推支墩施工 为满足钢箱梁为满足钢箱梁10m10m的最大悬臂要求，钢导梁长度为的最大悬臂要求，钢导梁长度为20m20m，主，主桥钢箱梁顶推支墩间距为桥钢箱梁顶推支墩间距为35m 35m。顶推支墩采用钢管加工而成，支墩基础为钻孔桩，采用水顶推支墩采用钢管加工而成，支墩基础为钻孔桩，采用水上浮式平台进行施工。顶推支墩由上浮式平台进行施工。顶推支墩由4 4根主承力支墩和根主承力支墩和2 2根辅助支根辅助支墩构成，主承力支墩为间距墩构成，主承力支墩为间距4m4m方形布置，辅助支墩横桥向布置方形布置，辅助支墩横桥向布置在钢箱梁两侧边缘。各支墩采用钢管作为横联系，水面以上每在钢箱梁两侧边缘。各支墩采用钢管作为横联系，水面以上每5m5m设置一道，以保证横桥向的稳定性。为均匀分布顶推启动瞬设置一道，以保证横桥向的稳定性。为均匀分布顶推启动瞬间的各支墩的水平磨阻力，各独立的顶推支墩间对称采用间的各支墩的水平磨阻力，各独立的顶推支墩间对称采用6 6根根钢绞线进行连接。钢绞线进行连接。4.4.关键技术创新点及操作要点关键技术创新点及操作要点 柳州市双拥大桥柳州市双拥大桥顶推支墩平面、立面图顶推支墩平面、立面图 4.4.关键技术创新点及操作要点关键技术创新点及操作要点 柳州市双拥大桥柳州市双拥大桥 顶推支墩上部设置主滑道和辅助滑道。主滑道为钢箱梁顶顶推支墩上部设置主滑道和辅助滑道。主滑道为钢箱梁顶推时主受力滑道，设置在主承力钢管支墩顶部，辅助滑道主要推时主受力滑道，设置在主承力钢管支墩顶部，辅助滑道主要对钢箱梁顶推过程中起纠偏和修正作用，设置在辅助支墩顶部，对钢箱梁顶推过程中起纠偏和修正作用，设置在辅助支墩顶部，在顶推过程中，辅助滑道与钢箱梁不接触，不承受被动压力。在顶推过程中，辅助滑道与钢箱梁不接触，不承受被动压力。主顶推滑道机构由支墩顶工字钢、纵向支撑滑道梁、四氟滑道主顶推滑道机构由支墩顶工字钢、纵向支撑滑道梁、四氟滑道板、顶升设备、顶拉设备、钢绞线和拉锚器构成。板、顶升设备、顶拉设备、钢绞线和拉锚器构成。桩顶横梁顶升千斤顶钢绞线锚块橡胶垫滑道梁 不锈钢板橡胶四氟滑板四氟滑板+不锈钢板滑道梁斜撑分配梁桩顶横梁顶进方向主承力支墩顶推滑道构造图顶推滑道构造图 4.4.关键技术创新点及操作要点关键技术创新点及操作要点 柳州市双拥大桥柳州市双拥大桥 4.2.3 4.2.3顶推及纠偏措施顶推及纠偏措施 采用单端多点连续顶推施工，在钢导梁到达某一个顶推支采用单端多点连续顶推施工，在钢导梁到达某一个顶推支墩后，该支墩的顶推千斤顶接通电路，参与顶推。顶推过程中墩后，该支墩的顶推千斤顶接通电路，参与顶推。顶推过程中对钢箱梁的线形和平面位置进行调整和纠正。对钢箱梁的线形和平面位置进行调整和纠正。顶推过程中钢箱梁的受力状态与成桥时受力状态完全不同，顶推过程中钢箱梁的受力状态与成桥时受力状态完全不同，顶推过程以顶推过程以“支反力控制为主、线形控制为辅支反力控制为主、线形控制为辅”的原则进行控的原则进行控制。每轮顶推前依据监控指令，明确该轮顶推钢箱梁所经墩台制。每轮顶推前依据监控指令，明确该轮顶推钢箱梁所经墩台的竖曲线变化范围（即标高变化值）及箱梁容许支反力（即墩的竖曲线变化范围（即标高变化值）及箱梁容许支反力（即墩台的容许压应力）变化范围。台的容许压应力）变化范围。顶推过程中总会由于各种原因造成箱梁的轴线偏位，在钢顶推过程中总会由于各种原因造成箱梁的轴线偏位，在钢箱梁顶推过程中主要从以下三个方面进行纠偏处理。箱梁顶推过程中主要从以下三个方面进行纠偏处理。4.4.关键技术创新点及操作要点关键技术创新点及操作要点 柳州市双拥大桥柳州市双拥大桥1 1）在导梁下部增设顶推纠偏装置，当导梁滑至顶推滑道后，）在导梁下部增设顶推纠偏装置，当导梁滑至顶推滑道后，该纠偏装置在水平力的作用下双侧卡入滑道，在钢箱梁顶推该纠偏装置在水平力的作用下双侧卡入滑道，在钢箱梁顶推时起到预入位的作用。时起到预入位的作用。2 2）顶进时，箱梁前端的偏位采取在两排辅助支墩靠箱梁侧）顶进时，箱梁前端的偏位采取在两排辅助支墩靠箱梁侧设置可调导向纠偏装置，每个辅助支墩设置设置可调导向纠偏装置，每个辅助支墩设置1 1个，以纠正钢个，以纠正钢箱梁前端的横向偏位。箱梁前端的横向偏位。3 3）钢箱梁尾部两侧对称设置两个纠偏千斤顶，以控制钢箱）钢箱梁尾部两侧对称设置两个纠偏千斤顶，以控制钢箱梁顶推时尾部始终位于正确的轴线上。梁顶推时尾部始终位于正确的轴线上。4.4.关键技术创新点及操作要点关键技术创新点及操作要点 柳州市双拥大桥柳州市双拥大桥滑道梁钢导梁限位槽钢钢箱梁辅助支墩钢管桩纠偏调节螺杆导梁及辅助支墩纠偏装置导梁及辅助支墩纠偏装置5.5.工程应用情况工程应用情况 柳州市双拥大桥柳州市双拥大桥 双拥大桥主桥钢箱梁施工采用单滑道多点连续顶推方法施双拥大桥主桥钢箱梁施工采用单滑道多点连续顶推方法施工，主桥共设工，主桥共设1414个临时墩，相邻两墩间中心距为个临时墩，相邻两墩间中心距为35m35m，顶推顺，顶推顺序依次由南岸向北岸进行。序依次由南岸向北岸进行。钢箱梁节段在现场加工厂加工完成后由运梁台车经运粱栈钢箱梁节段在现场加工厂加工完成后由运梁台车经运粱栈桥运至设置在南岸桥运至设置在南岸222223#23#提升门架提升门架，通过门架将钢提升门架提升门架，通过门架将钢箱梁节段提升焊接平台，将钢箱梁节段逐次焊接完成后依次经箱梁节段提升焊接平台，将钢箱梁节段逐次焊接完成后依次经过设置在各临时支墩上单滑道连续顶推至北岸过设置在各临时支墩上单滑道连续顶推至北岸21#21#墩，全部顶墩，全部顶推到位调整好线形后，经体系转换，安装吊杆并分批多次张拉，推到位调整好线形后，经体系转换，安装吊杆并分批多次张拉，把梁体重量转至由主缆承担，完成体系转换工作。把梁体重量转至由主缆承担，完成体系转换工作。6.6.社会经济效益社会经济效益 柳州市双拥大桥柳州市双拥大桥 6.1 6.1直接经济效益直接经济效益 通过施工方案优化和技术创新，施工中采用主塔施工时现通过施工方案优化和技术创新，施工中采用主塔施工时现有钢管材料，节约成本有钢管材料，节约成本20002000余万元。余万元。6.2 6.2社会（间接）效益社会（间接）效益 由于该桥为单主缆施工，单滑道多点连续顶推法在安全性、由于该桥为单主缆施工，单滑道多点连续顶推法在安全性、工期、钢箱梁节段焊缝质量等制约因素得到了充分保证，在施工期、钢箱梁节段焊缝质量等制约因素得到了充分保证，在施工中安全可靠、焊接质量满足规范要求，得到了业主的认可及工中安全可靠、焊接质量满足规范要求，得到了业主的认可及高度的评价，为我公司在该区域实现滚动发展奠定了坚实的基高度的评价，为我公司在该区域实现滚动发展奠定了坚实的基础。础。6.2 6.2工期效益工期效益 采用该施工方法后，实现了主缆架设和钢箱梁施工同步进采用该施工方法后，实现了主缆架设和钢箱梁施工同步进行，总体节约工期达行，总体节约工期达180180余天。余天。柳州市双拥大桥柳州市双拥大桥 柳州市双拥大桥柳州市双拥大桥请各位专家指正，谢谢！请各位专家指正，谢谢！柳州市双拥大桥柳州市双拥大桥