連續鋼箱梁逐段拼裝空間曲線頂推工法

《連續鋼箱梁逐段拼裝空間曲線頂推工法》是中鐵二十局集團有限公司、中鐵建電氣化局集團有限公司完成的建築類施工工法，完成人是杜越、李慶民、王永麗、仲維玲、嚴朝鋒。適用於小半徑空間曲線鋼箱梁的安裝，也適用於平曲線鋼箱梁或直線型豎曲線地段鋼箱梁的安裝。

《連續鋼箱梁逐段拼裝空間曲線頂推工法》主要的工法特點是保證既有道路正常通行，安全風險小，降低施工成本。

2011年9月，《連續鋼箱梁逐段拼裝空間曲線頂推工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009-2010年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：連續鋼箱梁逐段拼裝空間曲線頂推工法
• 工法編號：GJEJGF257-2010
• 完成單位：中鐵二十局集團有限公司、中鐵建電氣化局集團有限公司
• 主要完成人：杜越、李慶民、王永麗、仲維玲、嚴朝鋒
• 套用實例：無錫碩放互通樞紐G匝道橋
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）

形成原因

頂推法較多的套用於預應力混凝土直線或大半徑的平曲線連續箱梁、鋼桁梁、鋼箱梁的架設之中，但對位於小半徑平面圓曲線和凸形豎曲線地段的空間曲線鋼箱梁，在支架上分段拼裝分次頂推就位的施工在中國國內較為少見。中鐵二十局集團有限公司在承建無錫碩放互通樞紐G、H匝道兩座小半徑空間曲線4跨連續鋼箱梁橋時，針對滬寧高速公路不允許占道施工的實際情況，組織開展"小半徑空間曲線鋼箱梁頂推施工技術”的攻關活動，通過對“小半徑空間曲線鋼箱梁頂推施工技術”的總結後形成了《連續鋼箱梁逐段拼裝空間曲線頂推工法》。

工法特點

《連續鋼箱梁逐段拼裝空間曲線頂推工法》的工法特點是：

1.保證既有道路正常通行。與滿堂支架拼裝法相比，不占用高速公路地面車道，從而保證了地面道路的正常通車，社會經濟效益顯著。

2.安全風險小。與滿堂支架拼裝法相比，由於在地面高速公路車道上不需要設定拼裝支架，拼裝作業在高速公路隔離柵以外進行，避免了施工對行車帶來的安全隱患，以及車輛可能碰撞支架給施工帶來的安全風險。

3.降低了施工成本。與滿堂支架拼裝方法相比，不僅支架投入數量較少（支架搭設長度可減少40%以上），而且減少了支架基礎及地基處理工作量，從而達到降低施工成本的目的。

操作原理

適用範圍

《連續鋼箱梁逐段拼裝空間曲線頂推工法》適用於小半徑空間曲線鋼箱梁的安裝，也適用於平曲線鋼箱梁或直線型豎曲線地段鋼箱梁的安裝，尤其適用於要求橋下地面道路保持正常通車情況下的鋼箱梁施工。

工藝原理

《連續鋼箱梁逐段拼裝空間曲線頂推工法》在地面道路的一側，沿鋼箱梁線路中線位置布設數組鋼支架作為拼裝平台，在平台上分段拼裝一定長度的鋼箱梁和前導梁，經水平千斤頂施力，使梁段在滑道上向前滑動一定距離後暫停頂推，然後在支架平台的後端繼續拼裝鋼箱梁節段，接著繼續向前頂推。如此循環，直至全聯連續鋼箱梁就位。

布設支架時，其平面和縱面線形必須滿足鋼箱梁設計的平曲線及豎曲線要素要求。為減小頂推阻力，在滑道梁頂面安裝帶有不鏽鋼板的下滑道板及導向裝置。鋼箱梁拼裝前，在下滑道面上放置好聚四氟乙烯滑板，在頂推過程中專人不斷地往對應於下滑道部位的鋼箱梁底部餵聚四氟乙烯滑板。

施工工藝

《連續鋼箱梁逐段拼裝空間曲線頂推工法》的施工工藝流程及操作要點敘述如下：

• 工藝流程

小半徑空間曲線鋼箱梁分段拼裝頂推施工工藝流程見圖1。

圖1 鋼箱梁頂推施工工藝流程圖

操作要點

一、施工準備

施工準備工作主要包括：技術準備、施工場地準備、施工機具的準備和勞動力組織準備等幾個方面，並對施工人員進行安全技術交底，必要時進行技術培訓。

二、支架設計與施工

支架除滿足鋼箱梁拼裝平台外，還要兼作鋼箱梁實施空間曲線頂推之用。因此，在設計支架時，既要考慮其能承受頂推時的最大豎向荷載和最大水力，又要考慮滿足鋼箱梁在頂推過程沿同半徑平面圓曲線和同曲率凸型豎曲線軌跡前進要求，並按位置準確計算和控制滑道進、出口的標高。

1.支架結構

支架結構採用臨時支墩式，臨時支墩一般採用鋼管支墩，並用鋼板對上下端部作加強處理。該橋臨時支墩均設計為ф500x8鋼管柱，用Q235鋼板卷制。一組臨時墩共由4根鋼管柱組成，柱間用16號槽鋼作剪刀撐連線，柱頂設定用於固定下滑道的鋼支座。考慮到拼裝鋼箱梁過程中需要設定用於調整接頭標高的千斤頂，同時提高臨時墩抗推能力。因此，需要在每組支墩上部設定2根I40縱梁。位於橋墩處的臨時墩，其墩頂用型鋼與橋樑支座墊石進行連線。

2.支架基礎

支架基礎可採用鑽孔樁基或鋼筋混凝土擴大基礎。該橋支架基礎採用C25混凝土擴大基礎。根據地基實際承載力（120千帕）及最大豎向荷載（一般墩為85噸，中央分隔帶處為176噸），確定一般臨時墩2個分離式基礎尺寸為4米x2米x1.2米。在基礎混凝土施工時預埋14個M25地腳螺栓，鋼管柱與基礎栓接。中央分隔帶處臨時墩基礎充分利用匝道橋承台。臨時墩確定後，根據頂推工況對其進行承載力和抗傾覆驗算。

3.支墩布置

臨時墩沿線路中線徑向布置，除各組臨時墩平面滿足與鋼箱梁相同半徑的圓曲線要求外，各墩頂部的標高必須滿足鋼箱梁對應的豎向圓曲線線形要求。

拼裝地段的臨時墩布設數量主要根據鋼箱梁在頂推中處於最大懸臂（34米）工況時滿足抗傾覆係數1.5來確定，各組臨時墩縱向間距主要根據鋼箱梁分段長度（9.93米）確定。因此，該橋拼裝支架臨時墩縱向中心間距10米。

每組臨時墩鋼管柱縱橫向間距由設計提供的滑道位置及下滑道梁長度決定，據此計算出橫向間距5.15米，縱向間距2米。鋼箱梁的頂推高程與設計落梁高程相同。

4.支架搭設

按照支架的臨時墩布置圖用全站儀放出各個臨時墩位置，並對地基進行處理，隨後按常規法用C25混凝土澆築基礎。待混凝土達到一定強度後安裝鋼管柱，採用[16槽鋼設定好縱橫向水平支撐和剪刀撐。臨時支墩安裝時垂直度≤1%，頂面標高0~-10毫米。

三、安裝滑道和導向裝置

滑動裝置主要由下滑道、上滑板組成（圖2）。

圖2 滑動裝置

1.滑道位置

鋼箱梁頂推滑道一般設定在左右腹板下方的底板附近，並對腹板底部設三角形加勁肋，同時在頂推滑道中心位置沿縱向通長設80厘米高肋板進行加強，以防止鋼箱梁的變形。

2.下滑道

下滑道由滑道梁、下滑板組成。滑道梁為2根[32b槽鋼，下滑道有效長度2.0米，寬度30厘米。考慮到鋼箱梁在頂推過程中上滑塊可能會出現擠死或卡住現象，需要起頂鋼箱梁，故在每側滑道梁的兩端都設有吊籃，吊籃內可安放50噸液壓千斤頂以備用。

下滑板由5塊□500x500x20（毫米）鋼板組成，每塊鋼板頂面外包545x450x1（毫米）的不鏽鋼板（周邊與鋼板壓焊）。鋼板下料後四周剖成圓弧面，防止接縫處的稜角劃傷聚四氟乙烯滑板面。

3.上滑塊

為減小頂推阻力，一般選擇一面貼聚四氟乙烯、內部設兩層鋼板的氯丁橡膠板作為滑塊。其規格為400x200x20（毫米）。下滑板和上滑塊共同組成頂推摩擦副，在頂推千斤頂的作用下，實現鋼箱梁的頂推前進。

4.導向裝置

為方便鋼箱梁節段拼裝時的橫向定位和頂推時的導向，在下滑道板外側設定了導向裝置（橫向限位器）。導向裝置主要由鋼軸、螺母、墊片及導向輪組成。通過鋼軸及螺母將導向輪固定在下滑道鋼板面上。其結構見圖3所示。

圖3 導向裝置示意圖

5.下滑道安裝

下滑道加工好後，用吊車整體就位在鋼管柱頂部的支座上，檢查滑道頂面標高，必要時用鋼板進行調整，符合要求後再將滑道梁與支座焊接。

四、拼裝1號~5號節段鋼箱梁及導梁，頂推20米

1.頂推方式及位置

為減小橋墩承受的水平力，考慮到平曲線及豎曲線頂推，該橋選擇多點拉桿式連續頂推。即2台千斤頂分別固定於G匝道19號墩、20號墩（H匝道為11號、12號墩）。為防止頂推過程中兩側橋墩受扭，將水平千斤頂設定在橋墩兩立柱間的操作平台上。

拉錨器設定在鋼箱梁底板橫向中心線處的橫隔板部位。拉錨器與鋼箱梁底板栓接。鋼箱梁加工時，事先在底板上打好固定拉錨器的拴孔。

2.牽引裝置

根據頂推最大水平力，選擇2台ZLD-100自動連續千斤頂提供水平動力。拉桿採用3根фj15.24鋼絞線和自動工具錨。錨固器採用Q235鋼板組焊而成，其結構尺寸除滿足最大頂推水平力外，還要兼顧水平千斤頂施力點儘量與拉錨器在一條直線上。每次頂推時，拉錨器與連續式千斤頂之間保持20〜30米的距離，以減小其位置對平、豎曲線頂推的影響。

圖4

3.多點頂推同步運行控制

由於該橋2個水平千斤頂布置在兩個橋墩中間，因此，多點頂推同步運行控制主要目的在於期望2個墩上的千斤頂出力克服該墩上的摩阻力，或限制頂推力與摩阻力的差值在橋墩能夠承受的水平推力範圍。就此而言，該橋橋墩最大允許的水平力為96噸，而臨時墩傳遞給橋墩的最大頂推力約65噸。儘管如此，採購設備時按照2台千斤頂集中控制設定總控制台，控制2個泵站。每個千斤頂位置配備聯絡器具，隨時可以互相與控制台人員通話、發布操作指令及反應頂推情況。

頂推力的控制主要由操作人員手動調整油泵壓力控制施力。

4.梁段拼裝

在支架上用1台250噸汽車吊分別將G1〜G5梁段吊裝在支架上，調整鋼箱梁標高、線形，焊縫焊接、檢測。梁段吊裝前，在滑道上鋪設聚四氟乙烯滑板。

圖5

5.導梁的加工及安裝

導梁長度一般為頂推跨徑的0.6-0.7倍，該橋鋼導梁長度內側20米，外側22米，其截面為工字形鋼板梁。導梁頂板、底板厚度20毫米，腹板厚度16~12毫米。導梁高度及線形與鋼箱梁相同，並與鋼箱梁腹板拴接。考慮到導樑上墩時要設定千斤頂頂升，導梁前端成棄口。

6.頂推鋼箱梁節段前移20米

司機操作泵站給千斤頂緩緩供油，在鋼絞線的牽引下鋼箱梁隨之向前滑動。在頂推過程中隨時觀察滑板情況，一旦出現滑板脫空時，暫停頂推，及時在滑板與梁底間加墊鋼板。當最前端滑板滑出後，及時從尾部餵新送滑板。

五、拼裝6號~7號節段鋼箱梁，頂推30米

用同樣的方法吊裝G6、G7分段，調整鋼箱梁標高、線形，焊接好接頭焊縫，隨後安裝G6、G7梁段的翼緣板和鋼護欄，並進行塗裝。完成後進行第二次頂推，頂推距離30米。當導梁伸進中央分隔帶臨時墩下滑道約40厘米時，暫停頂推，用豎向千斤頂將導梁前端頂起一定高度（千斤頂下端墊上聚四氟乙烯滑板），接著繼續頂推0.5〜1米暫停，在導梁下端安裝滑板，拆除導樑上墩用的千斤頂，繼續頂推，直至梁段前移30米止。

六、拼裝8號~10號節段鋼箱梁，頂推30米

用汽車吊拼裝G8-G10梁段，繼續向前頂推30米。

七、拼裝11號梁段，頂推15米

用汽車吊拼裝G11梁段，繼續向前頂推15米，並逐節拆除導梁。

八、拆除前導梁，安裝尾推梁，頂推至設計位置

拆除前端導梁後，將其安裝在鋼箱梁的尾部，用同樣的方法頂推鋼箱梁前進5米，使鋼箱梁達到設計位置。

九、落梁、安裝支座

拆除尾部導梁，調整梁端線、梁邊線精度滿足設計及施工規範要求後，用千斤頂起梁，準確量測支座位置及上座板螺栓孔位置後安裝支座。支座位置、標高經覆核無誤，勻速緩慢的落梁於永久支座上。

十、拆除支架和滑道

先逐個用氧氣乙炔將滑道梁與支墩頂部的支座割開，取下滑道梁，然後在割除鋼管柱之間的剪刀撐等連線件，最後拆除鋼管柱。

施工監控

為確保頂推過程中鋼箱梁、橋墩及臨時墩的安全，頂推全過程進行監控。

1.橫向位移監控

在導梁頂面、鋼箱梁頂板中線位置每隔10~20米固定一個小稜鏡，分別在頂推前、頂推中、頂推就位後採用全站儀觀測小稜鏡，根據測設的小稜鏡位置推斷鋼箱梁及導梁的橫向位移偏差。用同樣的方法，對臨時墩頂部位移進行監控。

2.導梁撓度監控

採用水準儀法對導梁撓度進行監測。測點設在導梁前端，橫向共2個測點，分別在頂推前、推中、抵達臨時墩頂前、抵達墩頂後進行實測，並與設計提供的撓度值對比。

3.鋼箱梁、橋墩、臨時墩應力監測

在墩底部、鋼箱梁腹板底部等部位安裝應力計，實測應力，並與設計規定值對比。

4.落梁時永久支座反力的監測

在永久支座處設定應力計，落梁時對各永久支座的反力進行監測，根據測量結果調整支座高程。

勞動力組織

鋼箱梁頂推施工勞動組織見表1。

表1 鋼箱梁頂推施工勞動力組織表

序號	崗位	人數	工作內容
1	總指揮	1人	負責支架及頂推施工，人員調度，指揮頂推作業，配置對講機1個
2	技術人員	1人	制定方案、技術交底及頂推作業技術指導，配對講機1個
3	泵站司機	2人	操作液壓泵站總控制櫃，配置對講機1個
4	餵送滑塊	4人/墩	滑板的餵送和交接，前期配合搭設支架
5	修理工	1人	維修油泵、千斤頂等
6	電工	1人	負責頂推系統的電路
7	觀測人員	3人	觀測梁體中線，墩頂位移，配置全站儀及對講機。
8	電氣焊工	6人	支架施工

參考資料：

材料設備

• 材料

《連續鋼箱梁逐段拼裝空間曲線頂推工法》的鋼箱梁分段拼裝分段頂推施工主要材料見表2。

表2 鋼箱梁逐段拼裝分段頂推施工主要材料表

序號	材料名稱	規格	技術指標	用途
1	鋼管柱	ф500x8毫米	材質Q235，單樁承載力50噸	用於支架的支墩
2	槽鋼	[32b	材質Q235，L≥2米，寬30厘米	用於下滑道梁
3		[16a	材質Q235	用於支墩間剪刀撐
4	不鏽鋼板	□545x450x1毫米	材質不鏽鋼板	用於下滑道面
5	下滑板	□500x500x20毫米	材質Q235	用於下滑道
6	聚四氟乙烯滑板	□400x200x20毫米	抗壓強度N12兆帕	用於滑動面
7	鋼絞線	фj15.24	強度等級1860兆帕	╱

參考資料：

• 設備

《連續鋼箱梁逐段拼裝空間曲線頂推工法》的鋼箱梁分段拼裝分段頂推施工主要機具見表3。

表3 鋼箱梁逐段拼裝分段頂推施工主要機具表（不含監控設備）

序號	設備名稱	型號	單位	數量	用途
1	水平千斤頂	ZLD100	台	2	提供水平推力
2	液壓泵站	ZLDB-100	台	2	提供水平推力
3	豎直千斤頂	YD200	台	10	落梁
4	下滑道梁	L=2.5米	塊	22	由型鋼及δ=1毫米不鏽鋼板組焊而成
5	聚四氟乙烯滑板	□400x200x20毫米	塊	100	滑動
6	吊車	QY250噸	台	1	吊裝鋼箱梁節段
7	汽車吊	QY25	台	1	搭設支架用
8	液壓千斤頂	YD50	台	8	拼裝鋼箱梁用
9	電焊機	BX500型	台	2~4	搭設支架用

參考資料：

質量控制

• 執行的標準或規範

《連續鋼箱梁逐段拼裝空間曲線頂推工法》除執行施工設計圖紙的有關技術要求，執行《公路橋涵施工技術規範》JTJ 041-2004，《公路工程質量檢驗評定標準》JTJ 071-98外，還應做到以下標準：

1.臨時支墩安裝時垂直度≤1%，頂面標高0~~10毫米。

2.相鄰支墩標高差控制在±2毫米以內，同墩左右滑道標高差控制在±1毫米以內。

3.下滑道表面要光潔，不得有毛刺、台階。

4.頂推過程中滑板不得脫空。

• 質量控制

《連續鋼箱梁逐段拼裝空間曲線頂推工法》的質量控制要求如下：

1.支架的強度、穩定性和基礎沉降要滿足設計要求。

2.對滑道表面的毛刺、錯台進行打磨，並塗上一薄層黃油。

3.頂推速度控制在10~15厘米/分鐘。

4.鋼樑頂升時，千斤頂要支承在有加勁板的地方，且最大高度及反力不得超過設計規定值。

5.餵入聚四氟乙烯滑塊時要連續，不得中斷，發現有滑塊脫空時立即告訴總指揮暫停頂推，進行處理。

安全措施

採用《連續鋼箱梁逐段拼裝空間曲線頂推工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

• 安全管理措施

1.頂推作業前由項目部組織設計、監理、路政管理部門、施工隊班組等人員參加，進行安全技術交底。

2.在進行頂推作業期間，安全管理人員24h值班，一旦發生意外及時與路政、交警聯繫，並啟動應急預案進行救援。

3.在作業地段設定前方施工警示牌，並用錐形桶封閉應急車道至施工區域結束，緊急停靠車道禁止停車。

4.發生大霧、大風、雨雪天等惡劣天氣時，停止施工。

5.位於既有道路地段的鋼箱梁在實施頂推前完成護欄及鋼結構表面防護等施工，以防後續施工時對行車帶來安全隱患。

6.在餵入聚四氟乙烯滑塊時要小心，防止夾手。

7.現場做好安全用電管理工作，以及防火、防盜工作，配備消防器材等。

• 安全技術措施

1.根據頂推工況，由設計單位對鋼箱梁結構進行施工驗算，必要時在鋼箱梁製造過程中進行加強處理，滿足頂推施工要求。

2.頂推作業時對鋼箱梁、臨時墩、導梁、橋墩實施監控，確保結構安全。

3.在支架兩側用鋼管搭設人行通道，並設定護欄，安裝防落網，確保鋼箱梁拼裝及頂推時作業人員高空安全。

4.位於中央分隔帶中的臨時支墩四周設定防護網，防止物品墜入行車道。

5.導梁下設定安全防護網，防止從導樑上下落雜物，影響行車安全。

6.頂推時觀測導梁前端撓度，確保通行高度滿足要求並有一定富餘量。

環保措施

除嚴格執行國家和工程所在地政府的環保政策、法律和法規外，保持施工地區環境的清潔衛生，《連續鋼箱梁逐段拼裝空間曲線頂推工法》採取以下環境保護措施：

1.合理規劃施工場地，最佳化臨時施工設施的布置，儘量少占用施工用地，做好施工區域自然景觀和既有設施的保護工作。

2.施工現場採用灑水車及時灑水，控制粉塵和揚塵，有效防止大氣污染。

3.施工區域的生活污水集中處理後放排，生活垃圾嚴禁焚燒處理，投放到指定地點。

4.推頂施工完成後及時清理施工現場，搞好占地復耕，恢復植被，防止水土流失。

效益分析

• 經濟效益

《連續鋼箱梁逐段拼裝空間曲線頂推工法》的經濟效益是：

該橋頂推法施工需要支架約100噸，滑道約10噸，頂推設備約20萬元（含豎向千斤頂），與支架法相比，主要經濟性表現在：

1.少投入的支架費用約3.5萬元。

2.省去交通防護設施費約28萬元。主要是1200個錐形桶（55元/個），2個燈車（3.8萬元/個），26個水馬牆（680元/個），3種不同速度限速牌共12塊（900元/塊），各類施工告示牌共46塊（2000元/塊）等。

3.省去了路政、交警執勤費用30萬元。

以上累合計61.5萬元，扣除頂推設備攤銷費6萬元（30%折舊），累計降低成本55.5萬元。

• 社會效益

《連續鋼箱梁逐段拼裝空間曲線頂推工法》帶來的社會效益主要表現在鋼箱梁施工時不占道，確保了新滬寧高速公路8車道暢通。因此，地面行車和交通收費沒有受到影響，社會效益顯著，並為今後類似工程的施工提供了新方法。

註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算

套用實例

《連續鋼箱梁逐段拼裝空間曲線頂推工法》的套用實例如下：

• 無錫碩放互通樞紐G匝道橋

該匝道在跨越滬寧高速公路地段設計為（28+34+34+28）米一聯單箱單室的鋼箱梁，鋼箱梁與線路呈135°交角。位於平曲線半徑R=250米，豎曲線半徑R=3000米的空間曲線地段。曲線兩側縱坡分別為2‰和2.1‰。豎曲線頂點位於鋼箱梁中部。鋼箱梁頂板寬10.5米，底板寬5.5米，頂板設有6%橫坡。鋼箱梁分11段加工，梁段長度在10.472~9.22米。施工時間2006年5月~7月。

• 無錫碩放互通樞紐H匝道橋

該匝道橋在跨越滬寧高速公路地段設計為（22+32+32+25）米一聯單箱單室的鋼箱梁，鋼箱梁與線路呈105°交角。位於平曲線半徑R=240米，豎曲線半徑R=2000米的空間曲線地段。曲線兩側縱坡分別為2‰和2.1‰，鋼樑頂板寬度10.5米，底板寬度5.5米，頂板設有6%橫坡。鋼箱梁分10段加工，梁段長度在13.391-10米。施工時間2006年6月~7月。

• 南京麒麟互通樞紐G、H匝道橋

G匝道橋在跨越滬寧高速公路地段設計為（20+30+30+20）米一聯單箱雙室的鋼箱梁，位於平曲線平曲線半徑R=160米，豎曲線半徑R=2957.067米的空間曲線地段。鋼樑頂板寬度10.5米。

H匝道橋在跨越滬寧高速公路地段設計為（30+35+35+30）米一聯單箱雙室的鋼箱梁，位於平曲線半徑R=160米，豎曲線半徑R=3119.072米的空間曲線地段。鋼樑頂板寬度12米。2009年11月~2010年1月採用該工法安全順利的完成了鋼箱梁施工。

榮譽表彰

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2009-2010年度國家級工法的通知》建質[2011]154號，《連續鋼箱梁逐段拼裝空間曲線頂推工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。