沪杭甬钱塘江新建大桥钢桁梁步履式顶推施工关键技术.pdf

世界桥梁 2023年第51卷第S1期（总第224期）World Bridges#Vol.51,No.S1#2023（Totally No.22463DOI：10.20052/j.issn.1671-7767.2023.SI.010沪杭甬钱塘江新建大桥钢桁梁步履式顶推施工关键技术刘玲晶，涂满明刘玲晶，涂满明（中铁大桥局集团有限公司，湖北武汉430050）摘要摘要：沪杭甬钱塘江新建大桥主桥为主跨240=上加劲连续钢桁梁桥&针对钱塘江航运条件限制、工期紧、顶推重量大等 施工难点，钢桁梁采用双向顶推方案，并对顶推施工中钢桁梁是否携带加劲弦进行方案比选，确定选取不携带加劲弦的顶推 方案。该方案采用“步履机+滑块”方式，从两岸向跨中方向进行多点同步顶推，其中杭州侧顶推总长520=、总重20 592 t。根据桥跨布置及结构特点，按每80=顶推跨度设置1个临时墩；导梁为桁架结构，采用预抛高技术满足上墩要求；一般按4个 节段为1个循环轮次进行顶推施工&施工过程中，采用竖向顶升力和水平输出力协同控制技术、顶推线形控制技术，将主墩和 临时墩墩顶支反力控制在设计容许范围内，确保结构受力安全&关键词关键词：桁架桥；钢桁梁；加劲弦；步履式顶推；多点同步；协同控制技术；线形；施工技术中图分类号中图分类号：U448.211；U445.462 文献标志码:文献标志码:A 文章编号：文章编号：1671-7767（2023）Sl-0063-081 工程概况工程概况沪杭甬高速公路杭州市区段改建工程钱塘江新 建大桥为公轨两用桥，分上、下两层，上层为双向8 车道高架快速路，下层为双线快轨&主桥全长 1 348=,为（72+122+240+240+240+240+122+72）=悬链线形上加劲连续钢桁梁桥（见图 1）。）。主桥共设9个桥墩（ZQ1ZQ9）,纵立面按主 墩ZQ5对称布置，纵坡3%。，竖曲线半径35 000=。全桥桁架为带竖杆的华伦式桁架，共计132个 节间&为适应跨度布置，除边跨端部7个节间距为 12=外，其余标准节间距均为10=。钢桁梁主桁 架中心间距36.8=，桁高12=&上、下层桥面均为 正交异性钢板的板桁组合结构整体桥面&桥面板与 弦杆的顶板通长连接，以实现板桁共同受力&桥墩 支点处主梁横断面如图2 所示。钢桁梁采用焊接整 体节点&标准桁片为2个节间长度，中心高12=、图图2桥墩支点处主梁横断面桥墩支点处主梁横断面Fig.2 Cross-section of pier-top truss宽2.75=,沿高度方向分为上、下2个半桁片，单个 半桁片最大吊重114 t。标准桁片布置如图3所示&钱塘江河口为强潮河口，潮流为往复流，同时还 受潮涌影响&钢桁梁通过水路运输，经京杭运河入 杭,再经三堡船闸到达钱塘江新建大桥桥位处&其杭州萧山721221 348240,240240,122H-240单位：m图图1钱塘江新建大桥主桥立面布置钱塘江新建大桥主桥立面布置Fig.1 Elevation view of main bridge of new Qiantangjiang River Bridge收稿日期 收稿日期 022-02-16作者简介：作者简介：刘玲晶（1984）,女，高级工程师，2006年毕业于武汉理工大学土木工程专业，工学学士，2009年毕业于武汉理工大学桥梁工程专 业，工学硕士（E-mail：249565882qq.co=）。64世界桥梁 2023,51(S1)3.75 十 十 10 十 十 6.2520单位：m图图3标准桁片布置标准桁片布置Fig.3 Details of a typical truss中，三堡船闸闸室宽仅12 m,不具备整节段钢桁梁 运输条件&2钢桁梁顶推施工方案比选钢桁梁顶推施工方案比选受钱塘江航运条件限制，大型运输船只及浮吊 均无法进场，不具备整节段运输和吊装的施工条件&同时,该工程为杭州2022年亚运会主要交通枢纽工 程,工期紧&为确保按期完成,采用从两岸向跨中方 向进行多点同步顶推施工方案口勺。针对钢桁梁顶 推重量大的难点#提 出 采用 不携 带加 劲 弦 和 携带 加劲弦2种钢桁梁顶推方案，以杭州侧钢桁梁顶推施工为例，从安全、质量、工期、成本4个方面对2种方 钢桁梁顶推施工立面案进行对比分析&2.1 方案一方案一为主桥采用80 m顶推跨度、不携带加 劲弦顶推的施工方案,即钢桁梁顶推合龙后，再施工 上加劲弦&该方案顶推总长度520 m、总重量 20 592 t,合龙口设置在ZQ5墩，距杭州侧45 m处&方案一总体布置（杭州侧）如图4所示&钢桁梁顶推工艺为：在ZQ1ZQ3间布置 90 m长的钢桁梁拼装平台，并在ZQ2ZQ8间每隔 80 m设置1个临时墩&在钢桁梁拼装平台顶面 设置1个120 t的跨墩门吊&利用门吊拼装完60 m 长的钢桁梁和45 m长的桁架式钢导梁&向跨中 顶推30 m,以满足首次顶推过程中钢桁梁抗倾覆稳 定要求&在平台尾部继续拼装30 m长的钢桁 梁，再向跨中顶推80 m。此后，按每拼装80 m长的 钢桁梁向跨中顶推80 m的工序循环施工，总共顶 推9次，直至合龙&加劲弦利用已架设的公路桥面运输，采用250 t 履带吊站位于公路桥面架设，最后采用顶落梁措施 逐跨合龙加劲弦&2.2方案二方案二为主桥采用80 m顶推跨度、携带加劲 弦顶推的施工方案,即钢桁梁与加劲弦整体拼装后,再一起顶推至合龙&该方案顶推总长度520 m、总 重量28 000 t,合龙口设置在ZQ5墩，距杭州侧 65 m处&方案二的钢桁梁拼装支架和临时墩等结 钢桁梁萧山E61 E62临时墩L53590808080 单位：m80.80.80-图图4方案一总体布置方案一总体布置(杭州侧)Fig.4 Construction organization of scheme 1(Hangzhou side)沪杭甬钱塘江新建大桥钢桁梁步履式顶推施工关键技术 刘玲晶，涂满明65构布置原则、顶推跨度及总体顶推思路与方案一基 本相同&方案二总体布置(杭州侧)如图5所示&2.3方案对比结合结构受力特点，分别从结构安全、质量控 制、工期计划和施工成本4个方面，对上述2种方案 进行对比分析&钢桁梁顶推施工方案对比(杭州侧)如表1所示&(1)结构安全&方案一顶推总重量20 592 t,顶 推时单片主桁最大支点反力17 600 FN,钢桁梁杆 件受力均满足要求&方案二顶推总重量28 000 t,顶推时单片主桁最大支点反力26 000 FN,钢桁梁 竖杆最大应力达325.5 MPa,共计24根腹杆应力超 限，需采取增大杆件截面等措施进行加固&(2)质量控制&方案一待钢桁梁合龙后，加劲 弦采用顶落梁措施，分5次从中跨向边跨逐跨合龙(合龙顺序 S59-S60$S48-S49$S35-S36$S24-S25$S11-S12)O其中，合龙S11-S12时，在主墩 ZQ2处顶落梁调整值达最大，为5 cm&方案二待钢 桁梁顶推到位后，仅在中跨设置1个合龙口(S59-S60),在临时墩L4处顶落梁调整值达最大，为8 cm&相比方案二,方案一合龙次数较多，但2种方案顶落 梁调整值差异不大，且施工工艺成熟，便于现场 实施。(3)工期计划&1个节段钢桁梁拼装4 d,单次 80 m顶推3 d,钢桁梁合龙10 d,单个桥门架拼装 10 d,单孔加劲弦拼装16 d,单个加劲弦合龙5 d,方 案一比方案二工期增加近1个月。(4)施工成本&因方案二的顶推总重量和大临 结构建设规模均比方案一大，总费用较方案一增加 约1 132万元(含主体结构加固费120万元)&综上所述，与方案二相比，方案一临时墩单桁支 反力小于20 000 FN,对钢桁梁杆件影响小，结构安 全可靠，且采取的顶推及合龙工艺成熟，具有工期可 控和经济优良等特点&因此，采用方案一作为该桥 顶推方案&3施工关键技术施工关键技术31 顶推设施3.1.1临时墩临时墩立柱采用！1 520 mmX20 mm钢管+带加劲弦钢桁梁钢桁梁顶推施工立面图图5方案二总体布置方案二总体布置(杭州侧)Fig.5 Construction organization of scheme 2(Hangzhou side)表表1钢桁梁顶推施工方案对比钢桁梁顶推施工方案对比(杭州侧)Table 1 Comparison of different incremental launching schemes for steel trusses(Hangzhou side)方案结构安全质量控制工期计划/月施工成本/万元单桁临时墩支反力/kN 主体结构受力方案一17600各构件受力均满足要加劲弦分5次合龙，最大顶落梁调整值为13约 4 300求，无需加固5 cm,施工工艺成熟，便于现场实施方案二2600024根腹杆受力超限，加劲弦仅1次合龙，最大顶落梁调整值为12约 5 432需加固8cm，施工工艺成熟，便于现场实施(含主体结构加固)66世界桥梁 2O23,51(S1)!1 800=钻孔桩，立柱顶部设置分配梁及滑道梁&滑道梁采用三层梁叠放布置，长15=,按10=单节 间走行长度设置，层间通过螺栓连接&在滑道梁两 端布置内嵌式平台，以存放步履机&滑道梁上设置 1个滑块，每台步履机竖向千斤顶顶面布置1个垫单位：mMHi图图6临时墩布置临时墩布置Fig.6 Layout of temporary piers3.1.2 导梁导梁采用桁架结构，长45=&钢桁梁在最大悬 臂状态时，导梁前端下挠较大，故通常在导梁前端设 置鼻梁或利用千斤顶和垫块等措施顶升钢桁梁，便于导梁上墩。该工程通过预抛高技术，即在制造 阶段，仅缩短上弦杆长度，实现导梁前端预抬和上墩 的目的，避免在顶推过程中顶升钢桁梁&导梁共6次上墩，对应6个工况&通过有限元 分析，在考虑自重、钢桁梁预拱和施工荷载等影响因 素时，第2次上墩为最不利工况&在最不利工况下，导梁前端理论下挠值为18 c=&利用预抛高技术，将上弦杆S1制造长度缩短6 c=,导梁前端可预抬图图7导梁预抛高示意导梁预抛高示意Fig.7 Excess elevation of launching nose3.1.3顶推系统钢桁梁采用“步履机+滑块”的方式进行多点同 步顶推&顶推系统包括在每个滑道梁顶面布置的2 套步履机和1个滑块&每套步履机由1台1 500 t 竖向 千 斤 顶+1 台 150t 纵 向 水 平 千 斤 顶+2 台 150 t横向水平千斤顶组成，纵向单次顶推行程为 06=。滑块位于2套步履机之间，仅支承于主桁 节点处&3.2 顶推施工 钢桁梁节段在拼装平台上焊接成整体后进行顶 推施工，一般4个节段（8个节间）为1个顶推轮次。单节间顶推步骤为：当前、后2台步履机竖向千斤 顶同步起顶至3 000 kN,滑块支撑力为14 000 kN 时，纵向水平千斤顶同步施加水平力，钢桁梁及滑块 一起向前顶推1个行程，即06=。竖向千斤顶 卸压，垫梁与钢桁梁底部脱离,钢桁梁重量全部转移 到滑块上，滑块支撑力为20 000 kN。纵向水平 千斤顶卸压，活塞回缩复位，竖向千斤顶恢复到初始 位置&重复步骤直至钢桁梁向前顶推 10=（1个节间长度）&前、后2台步履机竖向千 斤顶均位于主桁节点处，同步起顶至10 000 kN,滑 块与钢桁梁底部脱离，钢桁梁重量全部转移至竖向 千斤顶上，滑块支撑力为0&采用卷扬机将滑块 向后拖拉10=,恢复至初始位置，完成单节间顶推 循环&单节间顶推步骤如图8所示&钢桁梁顶推施 工如图9所示&钢桁梁支点反力由步履机竖向千斤顶的顶升力 和滑块支撑力两部分组成，实际施工时滑道梁的安 装精度会影响这两部分的受力分配以及走行摩阻 力&经分析，提出滑道梁在里程方向的安装偏差不 超过5 c=,需将其表面修整打磨抛光，直顺度及宽 度偏差不超过2=,平整度偏差不超过0.3=,且应采用弹线以及靠尺等措施加强检查&该桥采用上述顶推方式进行钢桁梁顶推，钢桁 梁走行平稳，有效避免了启动时梁体瞬时“窜 动）9皿，并使墩顶（临时墩或主墩）顶推力与摩擦力 相互平衡11-16,具有安全性高、临时墩用钢省、钢桁 梁线形实时可调、综合费用低等特点&经测算，共节 省临时墩钢材约200 t,施工成本约402万元&3.3竖向顶升力和水平输出力协同控制步履机具有小步伐顶升的特点，但无法满足钢 桁梁节点受力的要求&针对该难题，提出一种竖向 顶升力和水平输出力协同控制技术&3.3.1顶推过程中竖向顶升力控制步履机竖向千斤顶每间隔0.6=时，需主动给 主桁下弦杆 施 加 顶 升 力#以 带 动 钢 桁 梁 向 前 顶 推 利用有限元软件，对主体结构下弦杆在顶推过程中沪杭甬钱塘江新建大桥钢桁梁步履式顶推施工关键技术 刘玲晶，涂满明67滑道梁（倒用）滑道梁（倒用）300kN卸7滑道梁（倒用）滑道梁（倒用）a（b）步骤（c）步骤皿n fl滑道梁（倒用）下节滑道梁（倒用）iWi1.I Ml（d）步骤（e）步骤（f）步骤I I IlfTlI RA.|ni|nq滑道梁（倒用）滑道梁（倒用）潸道梁（倒用）滑道梁（倒用）滑道梁（倒用）滑道梁（倒用）（a）步骤图图8单节间顶推步骤单节间顶推步骤Fig.8 Launching steps of an individual panel图图9钢桁梁顶推施工钢桁梁顶推施工Fig.9 Incremental launching construction of steel trusses的承载能力进行分析9-。由计算结果可知：当顶升 力达到3 000 kN并作用于节间跨中时（最不利工 况），下弦杆组合应力为198 MPa,为Q370qD钢容 许应力（320 MPa）的62%（安全系数为1.6）,满足 受力要求&因此，顶推过程中，作用于下弦杆的主动 顶升力可按不超过3 000 kN控制&待钢桁梁向前顶推10 m（1个节间长度），步履 机竖向千斤顶在距主桁节点中心1 m处起顶至 10 000 kN且腹板纵向有效支撑长度不小于80 cm 时，腹板区格局部稳定系数为0.86#1,满足受力 要求&3.3.2顶推过程中水平输出力控制顶推系统要保证垫梁与钢桁梁之间的静摩阻 力大于竖向千斤顶底部的静摩阻力，且两者的差 值不小于顶推过程中所需的水平力&因此垫梁顶 面需采用摩擦系数较大的抄垫介质，千斤顶底部 需采用摩擦系数较小的抄垫介质，以确保顶推的 顺利实施&根据上述要求，对普通钢板与橡胶板、皮带板间 的摩擦系数，以及不锈钢板与四氟板、MGE板间的 摩擦系数进行了试验（见图10）,优选合适的抄垫介 质&试验结果如表2所示&由表2可知：普通钢 板与橡胶板摩擦系数0.5,摩擦系数虽满足要求,但剪切变形较大，会显著降低水平输出力的效果;普通钢板与皮带板组合具有剪切变形小的特点,可充分发挥摩阻力的效果；相较于四氟板，MGE 板与不锈钢板间的摩擦系数更小&图图10 不同抄垫介质摩擦系数试验不同抄垫介质摩擦系数试验Fig.10 Friction coefficient test of pad with diferentmaterials杭州侧钢桁梁最大顶推长度520 m、总重 20 592 t,综合考虑3%。的顶推纵坡，则需要提供的 总水平力H=17 100 kN。杭州侧共设有32套步履 机 多 点 同 步 顶 推 单 台 步 履 机 需 提 供 的 水 平 力 为68世界桥梁 2023,51(S1)表表2不同抄垫介质摩擦系数试验结果不同抄垫介质摩擦系数试验结果Table 2 Results of friction coefficient test of pad with different materials抄垫介质摩擦系数说明普通钢板与橡胶板0.57橡胶板厚10.5 mm,剪切变形10 mm普通钢板与皮带板0.28皮带板厚4 mm,剪切变形1 mm不锈钢板与四氟板0.029(步履机)0 085(滑块)不锈钢板与MGE板0.023(步履机)0 080(滑块)534 FN。根据试验结果，最终选择在垫梁顶面采用 皮带板作为抄垫介质，千斤顶底部采用MGE板作 为抄垫介质&经计算，单台步履机可提供的水平输 出力为770 FN&534 FN,满足要求(安全系数为 1.44)。)。3.4顶推线形控制与钢箱梁相比，钢桁梁具有整体结构刚度大的 特点，导致支点高程的偏差对支点反力影响较大&通过对该桥钢桁梁敏感性分析可知，当边支点高程 偏差达1 cm时，支点反力最大变化值为180 FN；当 中支点高程偏差达到1 cm时,支点反力最大变化值 为1 290 FN,达到支点总反力的7%，中支点反力对 高程偏差非常敏感&因此，顶推过程中，为确保结构 受力安全，需严格控制顶推线形。根据施工特点，选择在导梁前端、各主墩和临时 墩墩顶处布置测点，并以桥轴线中心测点控制横向 偏差，以距离桥轴线15.6 m的2个测点控制高程偏 差，采用PLC液压同步控制 1719&杭州侧钢梁共布 置8台分控站和1台总控站，其中每4台步履机配 置1台分控制液压泵站&同一主墩和临时墩墩顶上 的2台步履机，同步精度误差控制在士 2.0 mm；相 邻墩顶的梁底实际高程与设计值偏差控制在1 cm 以内&顶推线形控制流程：首先计算出各施工工况下 每个支点的反力、抄垫高度、梁底高程等数据；然后 基于该数据，对各顶推点泵站设定最大输出压力值，确保支点反力在设计容许范围内；最后根据抄垫高 度及梁底高程，结合钢桁梁实测线形，按每顶推 10 m调整各顶推节点对应位置处的垫块高度，保证 梁底高程偏差在设计容许范围内&顶推过程中，当顶推线形偏差达到预警值时，通 过分析评估后采用步履机实时纠偏、及时调整垫块 高度等措施，最终将钢桁梁顶推线形偏差控制在 5 mm以内，各支点的反力均控制在20 000 FN(设计容许范围)以内，确保了结构受力安全&4结语结语针对沪杭甬钱塘江新建大桥工期紧、顶推重量 大等特点，从结构安全、质量控制、工期计划、施工成 本4个方面对2种顶推方案进行对比，最终采用不 带加劲弦的步履式顶推方案&钢桁梁前端安装 45 m长的导梁，每隔80 m设置1个临时墩；一般以 4个节段为1个顶推轮次，采用“步履机+滑块”的 方式进行多点同步顶推&施工中，利用竖向顶升力 和水平输出力协同控制技术，成功解决步履机小步 伐顶升无法满足钢桁梁节点受力要求的难题；通过 顶推线形控制技术，将支反力控制在设计容许范围 内，保障了结构的安全&2021年6月底钢桁梁顶推 施工顺利完成&参考文献参考文献(References):1汪学进.大跨度圆曲线槽型钢梁顶推施工方案比选J.世界桥梁，2020,48(2)：51-55.(WANG Xue-jin.Construction Schemes Comparison for Incremental Launching of Long-Span Curved Steel Trough GirderJ.World Bridges，2020，48(2)：51-55 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Girder during Pushing Construction J.Railway Standard Design,2020#64(11)：86-90 inChinese),8胡 军，赵全成.蒙华铁路洞庭湖特大桥主桥钢梁架设 关键技术,.桥梁建设，2019,49(2)103108(HU Jun#ZHAO Quan-cheng Key Techniquesfor Erection of Steel Girderof Main Bridge of Dongting Lake Bridge on Mengxi-Huazhong Railway,.Bridge Construction#2019#49 2)：103-108 inChinese),9肖根旺，李 志，朱顺生，等.三塔斜拉桥钢箱钢桁结合 70世界桥梁 2023,51(S1)梁架设测量技术世界桥梁，2019,47(5):444 8(XIAO Gen-wang,LI Zhi,ZHU Shun-sheng,et al.Measuring Techniques Used during Erection of SteelBox and Truss Composite Girder of a Three-PylonCable-Stayed BridgeJ.World Bridges,2019,47(5):44-48 inChinese)Key Techniques for Walking-Type Incremental Launching Construction of Steel Truss Girders of New Qiantangjiang River Bridge of Shanghai-Hangzhou-Ningbo ExpresswayLI U Ling-jing,TU Man-ming(China Railway Major Bridge Engineering Group Co.Ltd.Wuhan 430050,China)Abstract:The main bridge of new Qiantangjiang River Bridge of the Shanghai-Hangzhou-Ningbo Expressway features its catenarian upper stiffening chords and the superstructure consisting of warren trusses,which visually resembles a five-tower suspension bridge,but functionaly belongs to a continuous truss bridge Thefour main spans have equal lengths of 240 m To overcome the construction chalengesimposed bythe navigationlimitations ofthe Qiantangjiang River,tight construction schedule and daunting weight of the structure needing to be launched,a two-way incremental launching solution was proposed.The construction of the catenarian upper stiffening chords was not synchronized with the incremental launching of the superstructure.With the walking cranes and slide shoes,the superstructure was incrementally launched at multiple locations,and the launching progressed from the two shores towards midspan,of which,the Hangzhou-side launching distance and weight reaching 520 m and 20592t#*espectively.Aspe*thespana*angementandst*uctu*alcha*acte*isticsoftheb*idge#the temporary piers were installed with intervals of 80 m,corresponding to the division of the launching steps.The launching nose was a truss structure,with excess elevation to allow it to be easily mountedonpiers.Alaunchingcycleshouldcompletetheerectionofthe4superstructure segments.During construction,the reaction forces over the main and temporary piers werecontrolled within the allowable range via the collaborative control of the vertical jacking force and horizontal moving force as well as the alignment control,to ensure the safety of the structure.Key words:truss bridge；steel truss girder；stiffening chord；walking-type incremental launching；multipoint synchronized launching；collaborative control technique；geometry；constructiontechnique（编辑：陈雷）