基于重交通条件下曲线桥梁施工关键技术

汤天惟

（中交一公局第三工程有限公司，北京）

前言

在我国交通建设里程不断增加的背景下，复杂桥梁不断涌现，对施工作业提出了更大的挑战。特别是重交通条件下的曲线桥梁施作，面临着施工车辆多、作业空间小、作业精度要求高、偏心风险大等诸多难题。因此，为有效降低偏心风险，保障施工质量升级达标，探究重交通条件下的曲线桥梁施工关键技术非常必要。

1 基于重交通条件下的曲线桥梁施工背景

某曲线桥梁为客流主通道，全上跨长516 m，宽41 m。桥梁由主桥、引桥、道路组成，主桥长240 m，拱塔高82.2 m。主桥需跨越既有线，主桥上部结构为28 m～32 m 预应力T 型箱梁，桥上线路为400 m 小半径曲线（含圆曲线、缓和曲线），桥上线路最大坡度为9‰，超高90 mm。桥墩（圆柱墩）为左线、右线错开孔位布置，梁体斜向放置。

2 基于重交通条件下的曲线桥梁施工问题分析

2.1 移动模架偏位问题描述

在案述曲线桥梁主桥施工时利用上行式移动模架造桥机，可以在不配备辅助吊机情况下自动完成支腿过孔移动位置，同时主梁两侧挑梁顶部顶棚兼具防雨水、防日晒功能，可以实现全天候高效率运行[1]。但是，经笔者现场调研发现，由于案述桥梁曲线半径过小，移动模架在前移过孔期间，前支腿沿着导梁移动到下一个桥墩位置，沿横向无法顺利落入桥墩中心，出现位置偏移。若简单将前支腿横向纠偏促使其落入桥墩中间，导梁、前支腿横向无法对中，出现偏载。此时，移动模架主体结构顺导梁行进到即将施工孔位时，主体结构自重经导梁下压到前支腿，整个移动模架主体重量易引发前支腿局部应力过大，甚至失稳。

2.2 标准性荷载下力学性能分析

为确定偏心程度，我认为应该根据曲线桥梁移动模架前支腿横梁、支柱形式，结合移动模架支腿滑移参数，采用标准性荷载情况，进行力学性能分析，局部参数见表1。

表1 曲线桥梁移动模架力学性能分析参数

根据表1，计算偏载。偏载计算图式见图1。

图1 曲线桥梁移动模架偏载计算图式

图1 中，1 为荷载作用点荷载大小；2 为计算跨距；3 为横梁上2 个着力点间距；4 为支腿滑移横梁上托辊箱中心距。

根据上述计算图式，采用有限元软件ABAQUS 构建三元实体有限元模型（见图2），提取移动模架前支腿局部应力大小[2]。

图2 某曲线桥梁三元实体有限元模型

在局部应力提前时，考虑桥梁结构施工所处环境温度干扰，进行修正，修正公式如下

式中，s 为修正后读数，kN；st为桥梁纠偏过程中读数，kN；；s0为初始读数，kN；Tt为桥梁纠偏过程中温度值，℃；T0为初始温度，℃。修正后，得出结果见表2。

表2 移动模架前支腿局部应力

根据表2，可推测移动模架前支腿局部应力过大，且偏载一侧支腿横梁应力超出Q345B 钢强度设计值，整个曲线桥梁移动模架作业期间失稳风险较大。

2.3 曲线桥梁移动模架偏位程度判定

在图2 基础上，利用Midas Civil，构建同一联上行线、下行线的有限元模型，经弹性连接模拟支座[3]。根据实际支座平面布设情况进行多方向支撑刚度连接，对比上行线、下行线偏心值，得出重交通长期作用下案述曲线桥梁移动模架将出现向曲线内侧偏移，局部见表3。

表3 重交通条件下曲线桥梁移动模架偏位值

由表3 可知，曲线桥梁偏心以运行重车的上行线较为突出，最大偏心值达到310 mm（1 孔），偏心超出限值（70 mm）的区段主要为1 孔、5 孔、15 孔，多为圆曲线，局部为缓和曲线；下行线偏心程度相对较小，最大偏心值为92 mm（1 孔），主要出现在圆曲线段。

3 基于重交通条件下曲线桥梁施工关键技术应用策略

3.1 移动模架外侧加固技术

移动模架外侧加固是应对重交通条件下曲线桥梁移动模架前支腿横梁端部在应力应变下弯曲的主要手段。加固如图3 所示。

图3 曲线桥梁移动模架加固

图3 中，1 为横梁；2 为前支腿；3 为加长横梁；4为斜撑。根据图3，可以将横向移动平台增设到前支腿上部横梁外侧，横向移动平台向外加长50 cm，确保曲线桥梁移动模架前支腿横梁偏载情况下最外侧辊轮接触部位超出横梁端部边缘，从源头规避局部应力集中问题。同时考虑到结构不平衡水平力，利用3 条20 mm 厚钢板斜撑，焊接在横梁加载端下部立柱，设置与实际重载列车运行速度相适应的曲线外轨超高[4]。钢板斜撑焊接超高根据均方根速度计算，计算公式如下

式中，V 为均方根速度；N 为一昼夜各类重载列车趟数；Q 为各类列车质量；V0为实测各类列车速度。根据式（2）计算结果进行斜撑超高设置，确保重交通条件下曲线桥梁移动模架偏载情况下承受应力处于标准限值内。

3.2 下行线架桥纠偏

原架桥机由主梁、前支腿、后支腿、起重小车、辅助支腿、前悬臂梁几个部分组成。在上行式移动模架造桥机应用时，需要根据不同跨度时支腿位置调整要求将多个前支腿连接位设置到主梁下盖板，并将支腿边跨纵向移动轨道、起重天车运行轨道分别设置到主梁下部、上部，利用前横梁、后横梁将2 根主梁连接为一个整体[5]。主梁前端部固定的工字板梁式悬臂梁可以确保上行式移动模架造桥机纵移稳定。同时在上行式移动模架造桥机过孔时，需利用辅助支腿辅助纵向移动，辅助支腿经球面芯盘、芯轴与走行小车相连接，满足曲线桥梁架设要求。辅助小车横移动机构横向移动量限定在±350 mm，无法满足400 m 小半径曲线桥梁过孔。400 m 小半径曲线桥梁过孔要求上行式移动模架造桥机辅助小车横向移动机构横向移动量超出±930 mm。基于此，在上行式移动模架造桥技术应用时，就需要从增加辅助小车横向移动行程着手，扩大辅助小车横向移动空间。即将悬臂梁内侧的链条驱动机构固定支座转移到前悬臂梁外侧，并将辅助小车横向移动轮距由760 s mm 缩短为640 mm。同时利用±950 mm 辅助小车横向移动油缸代替原有油缸。而后支座轮箱铰座则由直接螺栓固定转变为带立轴可旋转铰座，经立轴安装孔与手孔连接，允许走形轮箱与上行式移动模架造桥机进行微量自由旋转，避免架设曲线桥整机过孔时因无活动余量而出现横向局部应力集中。

3.3 上行线顶推纠偏

在主桥架设后，因案述曲线桥梁无法直接现浇，预应力T 型箱梁主桥需在既有线外侧现浇后张拉顶底部钢束，促使梁体处于轴向压力状态，在梁体进入预设位置后，进行剩余钢束张拉，完成上行线的顶推纠偏施工。根据案述曲线桥梁处于重交通条件、作业空间小的特点，优选运输便捷的小里程侧场地，利用步履式多点顶推方案，由小里程侧向大里程侧进行顶推纠偏，顶推步进距离为0.70 m，控制顶推线路纵向坡度小于-9‰。同时考虑到连续梁高于简支梁，调整相邻桥墩支撑高度，进行钢筋混凝土接长处理。

在步履式多点顶推技术应用于曲线桥梁上行线偏心整治时，需遵循经济适用、配套恰当的方针，选择QF100-800 的水平千斤顶搭配DBC2.0/DBC10L 液压泵站、QF400-60 竖向千斤顶，在预应力T 型箱梁制作平台上布设滑道，并在顶部设置长45 cm、宽45 cm、厚4 cm 的不锈钢垫层与四氟复合板，确保滑道板平整度。顶推过程位置限定装置为滚轮限位器，限位器底座竖向滚轮负责限制预应力T 型箱梁的平面位置，并促使其朝着顶进方向滚动。在这个基础上，根据上行线顶推施工作业过程梁体横向偏移风险表现，增设导向纠偏装置，固定在案述曲线桥梁两侧，一旦梁体出现横向偏移，第一时间启动千斤顶对梁体进行顶推调整，避免横向偏移量过大引发梁体失稳。比如，在上行线连续预应力T 型箱梁前进轨迹偏离设计轨道，且墩顶位置上部箱梁内侧与外侧纵向增量相差较大时，技术人员可以调整伸缩缝位置千斤顶外侧顶推力、千斤顶内侧顶推力之比为1.3:1，均衡上行线桥梁关键控制点应变，将桥梁主体与桥墩共同顶推纠偏到位。纠偏到位后，促使曲线桥梁伸缩缝位置护栏、前端桥梁护栏与后端相邻桥梁护栏基本对位。

上行线顶推纠偏的本质是将顶推反力架沿着曲线桥梁纵轴方向的伸缩缝位置、连续支座桥墩位置安装，经水平千斤顶施加应力，借助临时滑移面向所需方向顶推连续桥跨结构，顶推到位且确定无误后进行临时限位装置的设置。我认为案述桥跨结构上行线纠偏应当沿着每处横向安装2 台千斤顶，经平衡分流阀组合控制，逐级施加纵向水平顶推力，并以连续梁体发生位移为节点进行主千斤顶组水平顶推力的调整，以实现上行线预应力T 型箱梁的均衡移动。期间需要先沿着桥梁纵轴方向，在伸缩缝位置、桥墩位置安装反力架，再安装水平千斤顶，千斤顶前后与梁体接触位置接触扩大钢板垫进行处理，确定千斤顶有效作用于箱梁腹板指定高度后，借助楔形枕木锁死沿线桥梁伸缩缝梁体。随后依据位移4 mm±1 mm 的标准，多次顶推，每次顶推后静置20 min，每12 h 累计顶推量控制在10 mm 以内，确保上行线偏位纠正过程安全开展。

4 基于重交通条件下曲线桥梁施工关键技术的应用效果

重交通条件下，以每一阶段施工进入尾声、下一阶段模板标高定位前为节点，进行多次观测，并记录曲线桥梁移动模架内外侧偏移数值。移动模架外侧加固关键技术应用前后曲线桥梁结构稳定性参数见表4。

表4 关键技术应用前后曲线桥梁结构稳定性参数

由表4 所示，曲线桥梁偏心纠正关键技术应用后，内侧横移、外侧横移数值显著下降，横移变化趋于稳定。表明关键技术的应用可以改善曲线桥梁结构稳定性。

结束语

综上所述，重交通条件下的曲线桥梁施作任务重、时间紧、难度大，面临着偏心整治问题。我认为技术人员应坚持现场谋划病害、现场推进工作、现场解决问题，积极发挥技术专业优势，突破重交通条件下的曲线桥梁施工难题。同时综合利用顶推复位、移动模架造桥等技术，高标准、高效率、高质量地完成重交通条件下的曲线桥梁施作任务。