钢拱桥顶推施工及安全控制技术分析

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摘要：上海市北横通道二期工程跨铁路立交桥工程位于上海机务段至上海站间，桥梁需同时上跨机务段管线、联络线共8条铁路线及轨道交通3/4号线，对施工的安全控制要求非常高。桥梁结构型式为单拱面下承式钢拱桥，采用步履式顶推施工方法，详细介绍了施工方案的制定、实施过程中的关键点，以及施工安全控制措施。通过对施工过程现场监测，结合理论计算结果进行分析，验证了设计方案的可行性，并为类似工程提供了参考价值。

关键词：铁路；轨道交通；咽喉区；单拱面下承式钢拱桥；步履式顶推；关键技术

1概述

上海市北横通道新建二期工程Ⅱ标段跨铁路立交桥工程，跨越机务段管线、京沪线联络线及轨交3/4号线，施工影响因素多，设计工作复杂。主桥考虑铁路、轨道交通线路及避让北侧小区等因素，且由于路面标高受西侧桥梁限制，梁底受铁路、轨道交通及北侧道路净空限制，经比选后采用下承式钢拱桥的结构型式。既有南北高架跨铁路G2匝道桥为混凝土单箱、单室、等高度连续梁，新建拼宽桥需切除既有G2匝道桥东侧3m宽人行道悬臂，并在既有桥梁东侧新增FB辅道及ZB匝道，两者在铁路南侧合并，采用整幅1~75m钢结构拱桥跨越铁路咽喉区，桥梁宽度16.75m。图1为桥梁效果图。

2结构设计简介

桥梁计算跨径为73.805m，拱肋轴线采用二次抛物线，矢高14.761m，矢跨比1/5，桥宽16.75m。桥梁中间位置设置单片拱肋。全桥共设11根吊杆，吊杆采用GJ15-19钢绞线及相应的叉耳式锚头，张拉端位于主梁外。桥梁设置四个可调支座。拱桥位于直线段处，纵坡2.17%，铁路净空满足大于6.55m的要求，轨道交通净空为6.82m（见图2）。拱肋：采用钢箱截面，高2.0m，宽2.0m，顶、底、腹板均厚25mm，拱脚处顶、底、腹板均厚30mm。主梁：采用钢箱梁，单箱三室箱形截面，高2.2m，宽16.75m，顶板厚16mm，底板厚20mm，设四道腹板，每道腹板厚20mm。钢梁、钢拱总重约1200t，钢材材质Q345qD。下部结构：桥墩采用L形盖梁双柱墩，墩柱截面尺寸2.0m（宽）×2.5m（厚），柱间净距2.0m。铁路南侧FB07#墩T形承台尺寸8.8m（长）×10.8m（宽）×2.0m（厚），基础采用14-0.8m群桩基础。铁路北侧FB08#墩承台尺寸5.7m（宽）×10.8m（长）×2.0m（厚），基础采用11-0.8m群桩基础。

3桥梁施工对铁路与轨交的影响

系杆拱桥施工地点跨越铁路机务段管线和联络线及轨交3/4号线，现状铁路运输条件见表1。现场铁路线路的布置情况如图3所示。3.1桥梁施工对铁路的影响。拱桥施工地点中心与机务段管线相交里程为GIDK0+147.678，影响范围为上海机务段至上海站间。系杆拱桥现场拼装、FB07#顶推支架及导梁安装、FB08#顶推支架施工为邻近营业线施工，临时墩施工、钢梁顶推施工为营业线施工，需要封锁，其中钢梁顶推施工需要停电封锁（见表2）。3.2对轨交3/4号线的影响。改建后的轨交3/4号线龙门架顶标高为10.220m，此次顶推系杆拱桥底板底标高为12.404m，净距离为2.184m。FB08#墩顶推支架体系外边缘距离接触网线6.269m。临时墩支架体系最外边距离接触网线距离为5.360m。顶推作业导梁由临时墩到梁体就位过程中，轨交需停电封锁（见图4）。

4步履式顶推施工方案

4.1顶推设备的配备与布设。一套顶推设备包括机械结构系统（上部滑移结构、下部支撑结构）、油缸系统（支撑顶升、顶推平移、横向调整）、液压系统（支撑顶升和顶推平移）、电气控制系统，通过组合动作实现钢箱梁在顺桥向、竖向、横桥向分别移动、顶升或调整，从而降低了成本，并保证钢箱梁顶推施工完成后的全桥线形。顶推机械结构的支撑顶升油缸安装于下部结构内，其支撑面在临时墩上，下部结构和上部结构之间通过安装聚四氟乙烯蘑菇头滑板和不锈钢板进行滑动，滑动时支撑顶升油缸和下部结构相对于临时墩不动。顶推设备的滑动摩擦全部是在顶推设备内部进行，临时墩不受水平载荷。顶推设备两侧支撑顶升油缸可以灵活适应主桥的坡度，横向调整油缸保证主桥水平移动时不会产生横桥向偏移（见图5）。4.2顶推方案。钢箱梁拱采用柔性墩多点步履式顶推法施工，在铁路南侧布置顶推平台和临时墩，并在其上布置滑道。在平台上完成整桥的拼装焊接后，用步履式顶推设备同步循环作业使钢桥向前滑移，直至桥梁到达设计位置。钢箱梁在工厂生产，经公路运输至现场，全部节段均在支架平台上拼装、顶推，逐步顶推到位。顶推施工总体布置如图6所示。整个施工流程主要分为以下几个步骤：（1）拼装箱梁。通过吊装设备将导梁及各个钢箱梁节段吊装到位，在拼装高度进行连接。（2）受力转换。通过顶推设备，将拼装好的箱梁从临时垫块转换到顶推设备上，准备顶推。（3）钢箱梁顶推。通过钢箱梁底板下步履式顶推设备，对箱梁进行顶推施工。（4）落梁。到位并进行调位后，通过支座位置两侧竖向油缸顶升结构，拆除步履式顶推设备和支架，落梁到永久墩，完成施工。顶推的施工步骤分为如下几个工况，见表3。4.3顶推方案计算分析。在桥梁顶推施工过程中，结构的约束条件和内力不断变化，通过计算机软件整体计算、分析顶推过程中各个顶推工况的支架反力、结构最大变形和板件应力变化，其中顶推过程中的支架反力作为局部计算的依据，确保顶推过程安全（见图7）。4.4顶推施工的实施。每天仅可在凌晨0:30—4:30的铁路及轨道交通停止运营的窗口时间段内进行顶推施工，整个顶推过程历时11d，行程共计104m（见图8）。

5顶推施工的安全控制措施

5.1临时结构设计方面。为保证顶推临时结构的安全，临时结构设计由具有设计资质的设计单位进行设计，各临时结构设计时均按规范要求考虑安全系数，保证结构安全。5.2顶推过程分析，落实过程受力安全。对顶推施工全过程进行分析计算，分析出顶推过程中各工况主梁、导梁、临时撑杆的最大应力及变形，并根据仿真计算结果对临时结构进行优化，保证顶推施工构件安全。5.3对永久结构、临时结构进行监控。顶推过程中，临时支墩反力不断变化，桥梁整体和局部应力状态。也不断变化，顶推施工时在永久结构及临时结构安装应力及应变监控系统，实施顶推全过程监控，防止顶推过程出现应力或变形过大引起结构不安全。5.4优化工艺，避免不利工况长时间停滞根据顶推过程分析计算结果，对顶推工艺进行优化，做好有效措施，避免在应力、应变及大悬臂等不利工况下的停滞时间。5.5落实监控指令，对结构进行实时监控顶推施工严格按监控指令实施，对各结构实时监控，顶推各墩顶的荷载、水平力、变形等及时反应汇报，采取有效措施保证对监控指令的各项指标落实到位。5.6顶推停滞阶段，落实临时结构措施。顶推停滞时，对临时结构的应力、变形实施有效监控，遇到问题及时处理。并通过顶推过程的计算分析，尽量避免在临时结构受力较大时处于顶推停滞阶段。

6结语

上海天目路立交北横通道同时跨越多条铁路及地铁的系杆拱钢桥，采用步履式整体顶推施工方案，利用多点同步步履式顶推设备完成了钢拱梁整体顶推施工，成功跨越铁路咽喉区，整个施工过程安全可控。所采用的方案及配套设备集顶升、平移、横向调整于一体，实现了拱梁的竖向、顺桥向、横桥向的移动或调整，从而保证了拱桥的坡度和全桥线形，具有安全可靠、经济性好、工期可控等优点，可为类似项目提供有益的参考。

参考文献：

[1]上海市北横通道新建工程Ⅱ标段跨铁路立交桥工程施工图[Z].上海：中铁上海设计院集团有限公司，2018.

[2]刘显晖，张毅，李海峰，等.步履式顶推系统及施工关键技术研究[J].装备制造技术，2016（5）：153-157.

[3]郑建新，姜红涛.福元路湘江大桥梁拱组合桥顶推施工及受力研究[J].中国港湾建设，2012（6）：60-63.

[4]姜早龙，曹樟海，张志军，等.跨磁悬浮钢箱梁顶推施工安全控制研究[J].公路工程，2019，44（3）：211-215.

作者:梁衍彬 单位:中国铁路上海局集团有限公司