工艺工法QC循环托举式多点同步连续顶推施工工法(钢梁顶推).doc
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1、循环托举式多点同步连续顶推施工工法 1 前言随着桥梁建设事业的飞速发展,桥梁结构不断推陈出新,建桥技术也在不断开发新方法,顶推施工技术就是其中一种:当桥梁跨越峡谷、不可间断的运输线(河道、公路、铁路等)、难以拆迁的建筑物等时,或有特殊要求而其他施工方法不能满足施工要求时,采用顶推法施工从空中完成跨越,无疑是一种很好的方法。顶推法施工还具有节约工期、质量可控、安全可靠等优点。目前顶推施工中普遍采用的是拖拉式顶推施工工艺,其步骤为:在桥轴线岸侧设置拼装平台,用于梁段拼接成型;在顶推墩(结构墩或临时墩)墩顶设置滑道系统,要求尽量减少摩擦系数,一般采用滑道梁顶面铺不锈钢板+四氟滑板的方法;在顶推墩(结
2、构墩或临时墩)墩顶设置顶推设备(连续水平千斤顶),并用牵引索(钢绞线)与梁体上锚固点连接;启动顶推设备,拖拉梁体在滑道顶面向前滑移,继续拼接梁段,拖拉梁体前移至指定位置。杭州市XX大桥引桥为一种新型钢-砼组合结构连续箱梁,根据桥位所处施工环境及桥梁结构特点,其钢结构(槽形钢梁,亦称钢槽梁)部分宜采用顶推法施工,但拖拉式顶推施工工艺不能满足施工要求。以杭州市XX大桥为依托,在国内首创了超长联大跨度无临时墩循环托举式多点同步连续顶推施工工艺,并在此基础上总结提炼,研发出“循环托举式多点同步连续顶推施工工法”。该工法能有效解决具有特殊受力要求桥梁、多段竖曲线或平曲线桥梁的顶推,具有适用范围广、顶推施
3、工精确同步、施工进度快、综合成本低、安全环保等优点,该工法的研发必将使我国的顶推施工技术进一步提升到国际先进、国内领先的水平。2 工法特点1) 本工法适用范围广,不仅可代替拖拉式顶推工艺适用于普通线形钢箱梁顶推,而且能满足具有复杂竖曲线或平曲线钢箱梁的顶推,甚至对于具有特殊受力要求的钢槽梁,能在不降低其技术经济性指标的前提下顺利实施顶推。2) 本工法相对拖拉式顶推施工工艺,可以避免梁体拖拉滑移过程中底板与滑道梁可能出现的应力集中现象,不用对钢梁底板加强,且对于自重较轻、跨越能力较大的桥梁可实现大跨度无临时墩顶推,材料用量省,综合成本低。3) 本工法所采用的专用顶推设备中,设置有多种高精度传感器
4、,通过液压系统和电控系统的精密控制,顶推施工精度高,安全可靠。4) 本工法采用专用的集成顶推设备,所有顶推设备通过网络系统集中统一控制,机械化程度高,施工速度快。5) 本工法所采用的专用顶推设备可重复周转使用,减少材料浪费,更符合节能低碳环保的要求。3 适用范围本工法适用于钢梁的顶推施工,特别适用于具有特殊受力要求的钢梁(如钢槽梁)、具有复杂竖曲线或平曲线的钢梁顶推施工。4 工艺原理循环托举式多点同步连续顶推施工工法的工艺核心主要包括两部分:循环托举式顶推设备及多点同步控制系统。4.1 循环托举式顶推设备4.4.1 顶推设备介绍顶推设备根据钢梁的技术参数(如梁体重量)和结构特点(如结构受力要求
5、)等综合确定。以杭州市XX大桥南引桥钢槽梁为例:顶推施工时单个顶推设备应满足最大竖向承载力500t的要求,顶推设备与钢槽梁接触的顺桥向长度不小于1.6m,同时应具有竖向支反力调节能力和水平调节能力。按以上要求,顶推设备设计如下:1) 结构尺寸顶推设备分为上滑移块和下支撑架,之间设置滑移面。根据受力计算及构造要求,上滑移块顺桥向长度2.15m,横桥向宽度50cm;下支撑架顺桥向长度2.95m,横桥向宽度1.56m;顶推设备总高度1.07m,以满足体系转换时支座安装的要求。2) 具体构造竖向顶升油缸(承载能力设计值160t,行程30cm,共4个)安装于下支撑架内,油缸的底脚为球铰形式,支撑在桥墩顶
6、面,下支撑架和上滑移块之间通过安装的滑板和不锈钢板进行滑动,顶推力由安装在上滑移块内的顶推油缸(承载能力设计值70t,行程35cm)提供,滑动时顶升油缸和下部结构相对于桥墩不动。水平调节则通过4个横向调节油缸(单个承载能力设计值35t,行程5cm)实现,顶推设备构造图如图4.4.1-1所示。图4.4.1-1 顶推设备构造图/mm钢槽梁结构特点要求顶推设备必须能保证其竖向荷载传递到钢槽梁腹板,为满足该要求,采取在上滑移块顶面设置过渡垫块的方法,实际施工中采用长2.0m、宽15cm的板式橡胶支座,既能保证使钢槽梁腹板受力,又能保证钢槽梁梁底受力均匀,如图4.4.1-2所示。图4.4.1-2 过渡垫
7、块布置示意图/mm4.4.2 顶推设备工作原理该顶推设备利用“顶”、“推”的两个步骤交替进行,先将钢槽梁托起;再向前托送;然后顶升油缸回油,将钢槽梁搁置于临时支撑上;最后顶推油缸回油,继续实现下一个循环。通过顶推步骤的循环,最终将钢槽梁顶推到预定的位置,该施工工艺我们形象地称之为“循环托举式多点同步连续顶推施工工艺”,其工作原理如图4.4.2-1所示。 步骤一:顶升开启支撑顶升油缸, 步骤二:顶推开启顶推油缸,使钢槽直至钢槽梁被顶脱离临时钢垫梁; 梁与上滑移块整体向前滑移,直至顶推油缸一个行程行走到位; 步骤三:降低开启支撑顶升油缸,使 步骤四:回位开启顶推油缸,使上钢槽梁与上滑移块整体往下降
8、,直至钢槽梁 滑移块往回移动,直至顶推油缸回位。与上滑移块完全脱离;图4.4.2-1 循环托举式顶推设备工作原理4.2 同步控制系统确保所有顶推设备同步工作是保证多点同步顶推施工质量和安全的关键。XX大桥南引桥钢槽梁顶推行进距离达920米,顶推施工投入的顶推设备多达22套。 本桥液压顶推控制采用基于CAN总线的网络系统,本套控制系统在每个桥墩上设有一个分控制器,分控制器主要包括两个模块,泵站驱动模块和传感器采集模块, 分控制器主要的作用是采集传感器的反馈数据和接收主控制器的驱动液压电磁阀指令,分控制器的数据包括:顶升、顶推行程数据,压力数据及各种故障的报警信号,分控制器通过CAN总线与主控制器
9、连接。主控制器是一个标准的嵌入式工控机平台,接收各种传感器发送过来的实时数据信号,经过相应的控制算法处理,输出处理后的控制数据和指令信号,达到对整个系统的集中同步控制目标,包括:顶升、顶推装置的控制,压力数据、位移数据的计算处理以及各种故障的报警。控制系统通过泵站驱动模块和传感器采集模块、行程压力等传感器等以及分控制器、主控制器组成了一个闭环的反馈系统,实时调节各点的顶推位移、角度和载荷。油缸的位移通过位移传感器检测,油缸大腔的压力通过压力传感器反馈,所有的传感器信号通过总线传送给主控计算机进行分析和处理,然后根据控制算法输出泵站驱动信号,调节油缸的动作和速度,从而实现各个桥墩上面的顶推系统同
10、步上升、同步下降、同步顶推及轴线偏位调整等操作。 在现有的液压系统中,专门设计了液压锁、安全阀等措施,实现对每台油缸的载荷保护,使整体提升和下降更加可靠安全。在实际工程中,由于顶推结构特点各不相同,施工工况复杂多变,必须采取合适的控制策略,通过计算机软件灵活的配置功能来实施。针对XX大桥工程,制定了“位移同步,载荷跟踪”的控制策略,以各个支墩顶升油缸的支撑力为依据,以顶推油缸的顶推力和位移作为控制参数,实现力和位移(速度)的综合控制。控制系统具有手动控和自动控制两种操作模式。通过计算机软件配置,可单动、可分组动,也可群组动作,操作灵活方便。这样既能实现整个施工精准同步进行,又能对于一些异常情况
11、进行人工干预,保证系统能应对各种复杂的工况和突发情况。5 施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程本工法的施工工艺流程如图5-1所示。图5-1 施工工艺流程图5.2 施工操作要点5.2.1 顶推大临结构施工1) 拼装平台钢梁节段需要按拼装线形分轮次拼装焊接形成整体后才能实施顶推,实现钢梁节段的拼焊需要设置拼装平台。拼装平台应以刚度控制,以确保梁段拼接过程中不会沉降导致线形不符;拼装平台与第一个顶推墩(结构墩或临时墩)连接,拼装平台长度与每轮次顶推长度相关,一般前一轮顶推完成后在平台上预留23个梁段以便于下一轮拼接时调节线形,平台剩余长度应满足下轮梁段拼接需要。拼装平台顶面设滑道,滑道线形与成
12、桥线形平行,滑道内设重物移位器式标高调节装置,用以实现梁段预拼线形。以杭州市XX大桥为例,XX大桥南引桥钢槽梁拼装平台纵向沿桥轴线布置在PS12到接线墩之间,长110m,宽28.4m,满足“存3片梁,同时拼装10片梁”的施工需要。拼装平台结构布置如图5.2.1-1所示。图5.2.1-1 拼装平台立面布置图/cm为实现钢槽梁的无应力拼装线形,采用一种可调高滑块,即在顶面设置标高调节装置的重物移位器,如图5.2.1-2所示。在每片钢槽梁梁底均设置4组可调高滑块,通过滑块标高的调节可保证钢槽梁节段达到理论要求的轴线和标高,从而实现无应力拼装线形。顶推阶段可调高滑块可随钢槽梁在拼装平台顶面的滑道内前移
13、,滑块两侧的导向定位轮还可保证钢槽梁在拼装平台上的轴线顺直。图5.2.1-2 移位器式可调高滑块2) 顶推钢导梁导梁是顶推施工工艺中必不可少的大临结构。通过设置导梁,可以减少钢梁悬臂长度,改善钢梁受力,便于钢梁顺利上墩。国内外的实践表明,导梁长度一般取用顶推跨径的0.60.8倍。XX大桥南引桥钢槽梁顶推不设临时墩,顶推跨度达85m,钢导梁全长51m,分成6节,第一节长8m,第二、三、四节长均为9m,第五、六节长均为8m,总重约100t。导梁节段之间采用高强螺栓连接,导梁和钢槽梁之间焊接。导梁由钢板加工成工型,两工型截面中心距11.05m,通过横向桁架连接,结构如图5.2.1-3所示。图5.2.
14、1-3 钢导梁结构布置图/cm3) 顶推设备及临时钢垫梁顶推设备每个墩设置2台,上、下游侧各1台。根据顶推设备工作原理可知,要实现循环托举式顶推施工,必须要设置临时钢垫梁作为顶推设备降低及回位过程中钢梁的支撑。临时钢垫梁与顶推设备可顺桥向或横桥向布置,在顶推设备的前后或左右各设置一组临时钢垫梁。对于XX大桥南引桥,由于顶推设备、临时钢垫梁中心线必须对应钢槽梁腹板,而墩身顺桥向长度仅3m,顶推设备顺桥向长度2.95m,因此需在墩身两侧相应位置设置支架,再在支架顶面设置临时钢垫梁。施工中采用4根120014mm立柱钢管支撑在承台顶面,再在立柱钢管顶设2I45a的临时钢垫梁,临时钢垫梁顶面根据钢槽梁
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