跨地铁站变截面钢箱梁顶推滑移施工技术与研究.docx

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跨地铁站变截面钢箱梁顶推滑移施工技术与研究

跨地铁站变截面钢箱梁顶推滑移施工技术与研究

摘要：

在跨地铁站复杂施工条件下，采用常规吊装方法无法满足现场施工要求，为此提出了钢箱梁顶推滑移施工方法。

以武汉龙阳大道高架桥LYL5-LYL7联与下部地铁3号线一期工程王家湾地铁站站桥同期同位施工为依托，重点针对变截面钢箱梁顶推滑移施工技术、滑移支撑胎架有限元分析、滑移工装布置及滑移精度控制、钢箱梁转换落梁等重难点问题进行分析。

通过不断优化，为工程的成功建设提供了技术指导。

该工程成功的施工经验可为其他类似工程提供借鉴和参考。

关键词：

变截面钢箱梁;顶推滑移;转换落梁;有限元分析

0引言

目前，随着国内城市建设步伐的加快，钢结构桥梁因其施工工期短，对主要交通影响较小且环保、施工方便，正越来越多的运用于公路桥梁的设计中。

常规钢结构桥梁安装方法有很多，比如采用汽车吊、架桥机等吊装就位[1-2]。

但在施工作业面狭小、施工环境恶劣的工地，有时钢箱梁无法采用常规的方法吊装就位[3-4]。

本文以武汉龙阳大道LYL5-LYL7联钢箱梁成功滑移施工为例，重点对地铁的交叉施工、滑移胎架和拼装平台的布置、变截面鱼腹式钢箱梁滑移工装的分布、滑移精度的控制、钢箱梁转换落梁等难点问题进行分析，并提出了相应的解决措施。

借此阐述顶推滑移施工的特点和流程，及其在钢箱梁施工过程中的应用。

1工程概况

武汉二环线龙阳大道改造工程高架桥LYL5-LYL7联钢箱梁位于汉阳王家湾核心商业区域，钢箱梁施工区域与地铁3号线王家湾站站房结构存在空间位置交叉，主线高架桥与地铁3号线同步建设，施工过程中存在交叉影响。

钢箱梁施工时，胎架立在地铁车站结构顶板上方，大吨位钢箱梁吊装时的汽车吊支腿反力也比较大，加之地铁车站结构对上部载重要求有所限制。

因此，龙阳大道改造工程高架桥LYL5-LYL7联钢箱梁采用顶推滑移施工法将梁段安装到位。

图1为钢箱梁高架桥与地铁交叉施工区域。

LYL5-LYL7联为变截面钢箱梁结构，桥墩起始编号为L15-L21。

LYL5联桥面高度约17m，梁宽为26～46m变化，梁高由2.5→4.2→2.5m变化，全长约180m；LYL6联架设高度约16.6m，梁宽由36～38.4m变化，梁高2.5m，全长约60m；LYL7联架设高度约16m，全长约105m，箱梁中心线处梁高2.5m，钢箱顶板宽25.9m，钢箱底板宽17m。

表1为各联段的基本结构特点，图2为变截面鱼腹式钢箱梁立面。

表1各联段的基本结构特点

联号跨径/m总长/m桥宽/m结构形式LYL545+75+6018026～42.25变高度连续异形钢箱梁LYL6606032～36.25等高度简支异形钢箱梁LYL760+4510525.9等截面单箱多室封闭式箱形结构

图1钢箱梁高架桥与地铁交叉施工区域

1-桥墩；2-钢箱。

图2变截面鱼腹式钢箱梁立面

2滑移总体思路

从图1可以看出，LYL5-LYL7联中的L15-L20桥墩均位于地铁站房结构上方，L20-L21桥墩位于自然地基上方。

为保证对地铁站顶板不产生破坏，选择在L20-L21桥墩之间搭设拼装平台，在L15-L20桥墩之间架设滑移轨道。

在拼装平台上完成钢箱梁各个节段块体的吊装及焊接，待各个块体焊接完成一个节段后，依次从L20桥墩向L15桥墩滑移，直至L15-L20桥墩之间的节段全部滑移到位，最后在L20-L21桥墩之间直接吊装剩余块体。

因LYL5、LYL6联均为变宽桥面，在其桥面与地铁站房不存在交叉的区域均采用汽车吊直接吊装。

图3为LYL5-LYL7联现场施工平面布置。

1-滑移施工（红线范围内区域）；2-顶推滑移方向；3-直接吊装（红线以外区域）；4-构件车辆运输路线。

图3LYL5-LYL7联现场施工平面布置

3胎架布置

3.1拼装平台布置

根据现场实际情况，在L20-L21桥墩之间布置拼装平台。

受到两边交通道路影响，拼装平台平面尺寸为24m×25m，高11.8m，由18个2m×3m胎架标准节组成。

胎架标准节横向间距3.3m，纵向间距2.6m，平台顶面满铺花纹钢板。

拼装平台作为钢箱梁各块体吊装的支撑胎架，且作为钢箱梁块体滑移的起点，其架设应兼具这两者的功能。

因此，拼装平台沿纵向架设2条轨承梁，作为滑移轨道轨承梁的延续；沿横向设置分配梁，分配梁上方设置调节段，作为钢箱梁块体吊装的支撑结构，调节段的高度根据钢箱梁各节段的设计标高进行调整。

此外，在每个块体吊装之前，应将滑移工装设备及附属结构按照各节段的设计标高放置就位。

图4为拼装平台吊装阶段和滑移阶段的三维模型。

a-吊装阶段；b-滑移阶段。

1-调节管；2-滑移轨道；3-斜撑；4-调平钢管；5-滚动台车。

图4拼装平台模型（滑移阶段）

3.2滑移胎架布置

3.2.1滑移胎架结构形式

为了分散上部钢箱梁和胎架自重对地铁顶板的作用力，采用型钢架设井字梁并满铺钢板的方式来扩大接触面积，同时为保证传力尽可能均匀，在钢板与路面的接触面上铺设沙土并刮平密实。

LYL5、LYL6、LYL7联滑移胎架尺寸为2.5m×2.5m×6m。

胎架横向间距为12.6m，纵向间距为10～12m（根据钢箱梁的分段长度不同而不同），高度为12m。

胎架顶部设置分配梁，分配梁上方架设两条轨承梁，胎架底部布设井字梁，胎架之间通过斜撑相连。

LYL5、LYL6、LYL7联滑移胎架总长为330m。

为方便施工，在胎架纵、横向搭设安全通道，图5为滑移胎架。

图5LYL5-LYL7联滑移胎架

3.2.2滑移胎架整体分析

滑移胎架采用MIDAS/Gen建模计算，根据施工图纸对滑移轨道进行整体建模，按照施工过程最不利情况对胎架进行验算。

胎架立柱、分配梁及滑移轨道结构自重、施工荷载（以自重乘以1.2倍的系数考虑），由程序自动计算；钢箱梁自重按照3200kN取值，截面尺寸为20.5m×25.9m。

轨道梁的线荷载取78kN/m，并取1.4倍安全系数。

有限元分析结果见图6。

a-变形云图，mm；b-组合应力云图,MPa；c-应力比。

图6滑移胎架有限元分析

图6分别从位移、组合应力、应力比3个方面对滑移胎架进行有限元分析，通过计算可知，LYL5-LYL7联在进行钢箱梁滑移过程中的最大位移为δmax=13.91mm<>δ]=25mm，满足要求。

各个构件最大应力为145.84MPa<215>[5-6]。

3.3调平杆件布置

为了保证滚动台车与钢箱梁在滑移过程中能够保持同步，确保滑移姿态不变，在台车顶部设置调平杆件与连接杆件。

调平杆件采用φ325×10的圆钢管，其截面坡度由钢箱梁底部截面的坡度来确定。

连接杆件采用双拼

100×10角钢，沿桥纵、横向双向布置，图7为调平杆件与连接杆件布置示意。

1-调平杆件；2-连接杆件；3-钢箱梁；4-滚动台车。

图7杆件布置

4滑移工装及精度控制

4.1整体拖移系统

重物移位器（滚动台车）是短距离搬移重物安装就位的一种新型的有效工具，它具有承载能力大、稳定性好、滚动阻力小、能连续滚动等优点。

根据钢箱梁现场滑移情况，共准备70个台车，本次选用YWZ-200型滚动台车。

表2为滚动台车详细参数。

表2滚动台车参数

型号额定荷载/kN长/mm宽/mm高/mm质量/kgYWZ-2002000880250180200

1-台车中心线；2-穿心顶端部；3-25精轧螺纹钢；4-连接钢构件；5-2000kN移梁台车。

图8滚动台车布置

4.2拖拉系统

采用穿心千斤顶进行拖拉，空心千斤顶又称为穿心千斤顶，不但具有普通千斤顶的一切功能，而且具有拉伸功能，操作简单，移动速度快，同时能在PLC系统的控制下达到同步移动的效果[7]。

表3为穿心千斤顶的详细参数。

表3穿心千斤顶参数

型号牵引力/kN长H/mm行程B/mm伸展长度B/mm外径/mm中心孔径/mm质量/kgRCH-3023001796324211433.310.9

在轨道上布置2套穿心千斤顶，每套可提供300kN拖拉力，总共可以提供拖拉力600kN（满足要求）。

4.3位移精度控制

滑移动力系统均采用PLC控制系统。

PLC控制系统原理：

通过传感器控制监测顶升过程的安全状况，由传感器将收集信息返馈给PLC系统，再由PLC系统控制结构位移及顶力，从而实现桥梁安全可靠顶升及移动[8-9]。

图9为位移精度控制系统流程。

图9位移精度控制系统流程

钢箱梁滑移梁阶段，梁体姿态控制采用12点同步,其中以力控制为主，位移控制为辅，以称重后的各支点实际承载力为控制。

位移控制采用绝对姿态控制，通过静力水准仪测量，误差超过5%后，则需要对其进行调整[10]。

滑移牵引动力，采用两点同步控制系统，其中以位移控制为主，力控制为辅。

位移同步精度控制在±2mm以内；力超过计算控制力15%则停止拖拉，查找原因。

4.4压力系统

本工程钢箱梁的整体提升和落梁均采用液压系统提供动力。

每个节段滑移时设置1个液压油泵（100MPa）及8～12个液压油顶。

每个油顶处设置位移传感器及压力传感器，以便实时监控位移及压力变化，图10为油泵和油顶现场使用照片。

a-液压油泵;b-液压油顶。

图10液压设备

5钢箱梁落梁

5.1落梁总体思路

本工程钢箱梁结构形式为变截面鱼腹式钢箱梁；从表4可以看出，18号桥墩墩顶设计标高为LYL5-LYL7联各桥墩最高处，而L16号墩、L17号墩钢箱梁底面设计标高均比18号桥墩顶面标高要低。

因此，L16号墩、L17号墩处钢箱梁在滑移过程中应跨过18号桥墩，待滑移到位再落梁至设计标高。

根据钢箱梁底面设计标高与18号桥墩顶面设计标高的相互关系，钢箱梁滑移到位后的落梁方式分为两种：

1）钢箱梁底面标高高于18号桥墩顶面设计标高，钢箱梁滑移到位后直接落梁到临时胎架上；2）钢箱梁底面标高低于18号桥墩顶面设计标高，钢箱梁滑移到位后通过钢垫块与油顶组合转换将其落梁至设计标高，再由临时胎架进行支撑。

各桥墩钢箱梁设计标高与18号桥墩墩顶设计标高之间的相互关系及落梁方式如表4所示。

表4桥墩标高及落梁方式

桥墩号桥面设计标高/m桥高/m桥墩设计标高/m与18号桥墩差值/m落梁方式1541.0652.538.565+0.90011640.8404.236.640-1.02521740.4654.236.265-1.40021840.1652.537.6650.00011939.8652.537.365-0.30012039.5652.537.065-0.6001

5.2直接落梁

采用直接落梁的节段，钢箱梁底面标高高于18号墩墩顶设计标高，钢箱梁的滑移和落梁不受到桥墩的影响，可以在钢箱梁滑移到位后直接落梁到临时支撑胎架上。

图12为直接落梁胎架三维模型。

1-滑移工装；2-落梁支撑胎架。

图11直接落梁胎架三维模型

5.3转换落梁

对于钢箱梁底面标高低于18号桥墩顶面设计标高，钢箱梁滑移到位后先通过钢垫块与油顶配合使用将其落梁至设计标高，再由临时胎架进行支撑。

具体方式为，钢箱梁沿纵向滑移到位后，在胎架钢管正上方轨承梁槽钢内安装1个底座和1组多个30cm×30cm×18cm的钢垫块（下称A处），钢垫块之间用螺栓连接，至梁底高度，不足1个垫块高度用钢板垫；同时在旁边安放钢垫块及2000kN油顶（下称B处），B处垫块高度距梁底55cm为准，以便安放油顶及其一个行程高度。

以LYL5-LYL7节段钢箱梁为例，共布置6个落梁油顶，6个油顶由1个液压泵控制，确保各个油顶在落梁过程中的行程一致。

此外，在垫块中部位置利用

100×10的角钢加设斜撑，以增加结构整体稳定性。

图12为垫块及油顶的布置。

1-油顶；2-

100×10角钢加固；3-滑移高度；4-设计高度；5-18号桥墩顶面标高37.665m；6-滑移胎架设计标高35.480m。

图12垫块及油顶布置

具体落梁流程为：

安装A处垫块，梁底斜坡由钢板找平，同时安装B处垫块，安装2000kN千斤顶；顶起B处千斤顶，拆除A处1个垫块及滑移设备；B处千斤顶缓慢将钢箱梁落至A处垫块上，之后拆除B处千斤顶及B处1个垫块，再将千斤顶装在B处垫块上；顶起B处千斤顶，拆除A处1个垫块；B处千斤顶缓慢将钢箱梁落至A处垫块上，之后拆除B处千斤顶及B处1个垫块，再将千斤顶装在B处垫块上；按照前述流程循环，直至将钢箱梁落至设计位置。

落至最后拆除千斤顶，钢箱梁落至临时支架上，待所有联段滑移施工完毕，再拆除临时支架，使钢箱梁落至桥墩设计位置。

6结论

1）由于高架桥与地铁站房交叉施工，考虑到地铁车站结构对上部载重要求有所限制，故采用顶推滑移施工方案。

2）通过架设井字梁和满铺钢板的形式增大滑移胎架与地面接触面积，最大限度地分散钢箱梁和胎架自重对地铁顶板的作用力。

3）采用MIDAS/Gen软件对滑移胎架进行有限元分析，确保施工过程中整个结构的安全。

4）采用滚动台车和穿心千斤顶，实现了大吨位钢箱梁的平稳移动，通过调平杆件和连接杆件，精确控制钢箱梁的滑移姿态。

5）详细确定了变截面鱼腹式钢箱梁落梁方式及步骤，提高了钢箱梁落梁精度。

该施工方案思路清晰，技术上具有很强的可操作性；该工程依托现有的施工条件，通过合理的设计和严格的现场操作，创造出新的施工方法；该滑移施工方法为类似工程施工提供了参考依据，具有较好的借鉴和推广价值。

参考文献：

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