宽幅钢箱梁大跨高位顶推施工关键技术

度高的难点，采取临时墩群桩变刚度转换，临时墩滑道设置向后初始偏心，临时墩间设置预张拉索，拼装平台长短滑道结合设

计等方式，提高施工结构承载力#针对钢箱梁远距离顶推线形和梁轴线控制需求，合理设置钢箱梁节段拼装、顶推以及合龙 全过程的三向调整装置#研发低摩擦系数摩擦副、优化连续顶推（拖拉）控制系统及顶推设备同步控制精度，将顶推不平衡水 平力控制在竖向力的5%以下#钢箱梁按顶推流程施工，南北两合龙口依次实现精确合龙#

关键词：自锚式悬索桥；宽幅钢箱梁；临时墩；大跨；高位；顶推；施工结构设计；施工技术中图分类号：U441. 25；U445. 462

文献标志码:A 文章编号：1671 —7767（2019）03 —0015 —051 工程概况桃花峪黄河大桥主桥为（160 + 406 + 160） m双

2钢箱梁施工方案自锚式悬索桥结构决定了主梁施工先梁后缆的

塔三跨自锚式悬索桥（见图1）,桥梁全长7. 703

km#主桥钢箱梁宽39 m、长737. 43 m,划分59个

施工顺序「2勺，因此基本可排除基于先缆后梁的悬臂

节段，其中53个顶推节段，梁高3. 5 m,最重节段

339 t（长13.5 m）；南北各3个节段为锚梁，其梁高

拼装、转体等方案。黄河在桥位水域无大型船只等

水上设备通行使用条件，材料运输、设备通行需通过 栈桥至墩位。该桥位于黄河中下游分界处，水文复 杂，按防汛要求，不允许搭设小跨径、低标高水中构

由3.5 m变高至6.5 m。钢箱梁底高程+ 147.5

m,与门式桥塔横梁间设置竖向、横向约束。焦作（北）

郑州（南）筑物# 因此排除基于支架法架设的方案# 顶推方案 成为最具可行性的方案。由于顶推临时墩河床面以

1RD 40A 1RO上高度达51 m,故钢箱梁顶推跨度大，经技术、经济

比选，以12 m作为临时墩最大跨度；结合钢箱梁运 输、吊装条件，从北向南单向多点同步顶推（4「6）。从 工效、经济性考虑，选择拖拉设备实施顶推。钢箱梁顶推施工顺序为：施工结构搭设,顶推设

图1桃花峪黄河大桥主桥立面布置备布设;钢导梁、钢箱梁节段提升就位；钢箱梁节段

桥位主河槽靠近南岸，主流摆动剧烈。桥位主 线形调整，在拼装平台上进行拼焊；钢箱梁顶推；钢 箱梁拼接、顶推多轮次实施；南北锚梁拼装；钢导梁

河槽主体设计总冲刷深26.23 m,每年6、7月份经 历2次或3次调水调沙。主河槽及北岸地质主要为 稍密、中密粉细砂、密实状细中砂、硬塑〜坚硬粘性

分段拆除，钢箱梁顶推到位;钢箱梁、锚梁线形调整； 南北两合龙口依次合龙。土、黄土状亚粘土；北岸位于黄河滩地，地势平坦，地

面高程+ 95 m；南岸位于邙山黄土丘陵区北坡，多 峭壁陡坎，地形起伏大，南锚墩地面高程+ 115 m, 主要为黄土状亚粘土和硬塑〜坚硬粘性土、亚粘土。桥位地处黄河自然湿地保护区、黄河鲤鱼种源

3钢箱梁顶推施工关键技术该桥钢箱梁施工难点主要体现在：梁宽（39

m）、临时墩自由高度高（69 m）、临时墩跨度大（最大

12 m）、顶推距离远（615.75 m） #施工结构设计、施

地保护区，环保、水保要求高（1）。收稿日期 2019—02—17工控制将围绕这些工程难点展开。作者简介：夏学军（1969 —\"，女，高级工程师，1991年毕业于兰州铁道学院桥梁工程专业，工学学士 （E-mail：4253569@qq. com）。16世界桥梁 2019,47⑶3.1 钢箱梁顶推施工结构设计与施工顶推施工结构包括临时墩、墩间拉索、拼装平

做人行通道支架）。下部基础采用12根0 *钢

管桩群桩基础，管桩设计入土深度33 *（含8 *冲

台、提升站、南北锚梁支架等。刷）；群桩基础通过转换平台转换为上部4根!1 5 * 钢管桩，桩顶设分配梁、滑道及顶推设备等。滑道在 临时墩墩顶设置20〜30 c*向后初始偏心，以提高

3.1.1 临时墩顶推体系共设6座分离式临时墩（见图2）,纵 向最大间距82*。其中主河槽临时墩（L2〜L5）每 墩2幅设置，2幅横向中心距18.4*,单幅中心对应

柔性临时墩承受顶推水平力的能力。L1、L6临时墩靠近岸边，双幅设置，每幅采用4

钢箱梁纵向主腹板2幅间设置2道钢管联结系（兼

根！15 *钢管桩，下接！13 *钻孔桩结构。图2临时墩立面布置3.1.2 墩间拉索在各临时墩墩顶设置拉索将分离式临时墩、桥

塔连接成一体，使发生于单个临时墩的不平衡水平 力协调为多个临时墩共同承受，有效解决高位临时

墩水平承载能力弱、抗倾覆能力差、稳定性差的问 题。拉索为 24 —!s15. 2 **,/pk = 1 860 MPa 钢绞

线，横桥向分4组对称设置，首尾经L1、L6临时墩 引入地面锚桩（锚点），拉索按设计要求预张拉，并采

取减振措施,所用锚具加设夹片止退装置。临时墩墩顶设置贯通水平标尺，用于观测临时

图3顶推拼装平台、北锚梁支架、提升站立面布置

行横向调整，竖向千斤顶调整标高。墩水平偏位。北锚梁支架桩顶分配梁上设置2组桁架，桁架

3.1.3钢箱梁拼装平台、提升站、北锚梁支架

拼装平台及锚梁支架均为打入式钢管桩+联结 系 + 桩顶分配梁结构。 拼装平台采用长短滑道结合 的新型顶推平台结构，以顺利实现钢箱梁拼装状态

中心距18. 4 *,作为变高锚梁节段的拼装支点（见 图3）。桁架顶布置垫块、千斤顶，用于锚梁块段标

高调整。拼装平台、锚梁支架同时作为提升站的走道支 撑，其横向外排钢管顶设有提升站走道大梁及走道

及顶推状态转换。 拼装平台后部用于钢箱梁节段拼 装，采用钢管桩结构形式，平台顶设分配梁，分配梁

（见图3）。提升站设备为2X170 t、44*跨门机，覆

顶设置长滑道（见图3）,其长度满足留1拼2的要 求；拼装平台前端支架形式类似于临时墩结构，上设

盖拼装平台、北锚梁全部范围，完成全部顶推钢箱梁 节段提升安装及北锚梁节段提升和安装对位#提升站采用连续千斤顶钢铰线提升系统、轮轨

短滑道。每个顶推轮次，钢箱梁节段拼装后，通过千 斤顶进行转换，移除钢梁节段拼装时的多排支垫，仅 保留尾节箱梁的后排垫块作为顶推状态的滑块，随

式走行大车，以满足长距离同步提升、吊重走行需

着钢箱梁向前顶推,尾部线形变化，钢箱梁自动脱离

要；设计专用吊具，通过吊具上下吊点位置调整以适 应不同钢箱梁节段重心变化#滑块，最终钢箱梁后端支撑于短滑道上。钢箱梁节 段拼装，通过导向板进行平面定位，马板+千斤顶进3.1.4 钢导梁钢导梁全长52 *,为双肢工字形钢板梁，通过

宽幅钢箱梁大跨高位顶推施工关键技术 夏学军三维桁架式联结系组成的结构，起始段与钢箱梁纵 向主腹板连接、前端设2级台阶方便上墩。3.1.5 南锚梁支架南锚梁支架位于山腰，限于运输、吊装条件，锚

梁板单元或小块段经栈桥运至支架处，通过墩旁12

t塔吊吊装#支架采用0 m钻孔桩基础，上接

!120 mm钢管桩，桩顶分配梁上布置胎架作为板单

元拼装支撑，胎架间布置钢管架，用于整体锚梁线形 调整。锚梁支架投影区域外（前端）设置有类似于临

时墩结构（见图4）,用于顶推到位钢箱梁前端姿态调 整。钢箱梁尾部姿态调整在拼装平台长滑道上进行。锚梁板单元顶推钢梁前端标咼调整千斤顶+141.分配梁1分配梁2联结系图4南锚梁支架立面布置施工结构搭设过程中，由于打入钢管桩桩尖较 早遭遇硬塑粘土，部分临时墩钢管桩标高不能满足

设计要求，通过钢管桩内钻孔下接钻孔桩方式得以

解决。钢箱梁顶推过程,跨越黄河调水调沙期，启动 了汛期监控制订冲刷防护预案，并通过在临时墩与 施工栈桥、施工平台间加设临时固结等措施，确保在

黄河调水调沙及汛期水中结构安全稳定。3.1.6调整、施工控制措施（1） 竖向标高调整装置。临时墩墩顶滑道梁与

顶层分配梁之间设置厚约10 cm的橡胶垫，调节箱 梁底板不平以及滑道顶标高的控制误差；顶层分配

梁两侧设有牛腿，设置4台500 t千斤顶，可供起顶 抬高分配梁加设钢板抄垫，实现墩顶高程调整。（2） 导向控制措施。导向结构设置于钢箱梁前

端、尾部，以控制梁轴线平面位置。钢箱梁前90 m

范围内（共21对），每道横隔板上下游各布置1组导 向轮，以临时墩、顶推平台滑道作导轨，通过导向轮 与滑道侧面的相互作用构成前端导向；尾端在牵引

钢绞线拉锚器侧加设导向轮与拼装平台长滑道相互 作用进行限位，在拼装平台滑道加设钢筋对滑块进 行限位，控制钢箱梁滑移方向。（3） 主动纠偏措施。梁轴线平面位置超限时，

通过千斤顶施加横向力进行纠偏。千斤顶着力点设 17置于横向刚度大的拼装平台及2个桥塔墩，钢箱梁 施顶位置选择在有隔板加劲处，并加设局部抄垫。

3.1.7结构受力分析为确保顶推施工安全，施工结构计算安全度指 标均比照主体结构。施工结构受力分析时，针对不 同关注对象、分析目的建立相应模型,并对同一构件 在不同模型中的力学特性进行比对，多角度把控施

工结构总体安全。其中整体有限元模型中将临时墩 拉索或钢箱梁、桥塔纳入计算模型，以便考虑拉索或 钢箱梁对临时墩受力的协调作用、并检算顶推阶段 相关主体结构受力。结构受力分析结果表明：拉索协同作用可降低 单桩反力20%〜26%,降低桩顶位移26%〜31% ；

导梁前端下挠计算值60 cm,实测值56 cm,计算值

与实测值吻合较好，因考虑可能的所有荷载组合计 算值略偏大是合理的；钢箱梁局部承压、局部稳定等 均满足要求。根据多个模型对比分析，设定了顶推 状态顶推方向L2〜L5临时墩墩顶偏位报警值为12

cm,反向报警值为9 cm,作为墩顶位移控制指标。

3.2顶推设备及控制系统为实现多点同步顶推⑺，同时降低临时墩水平 荷载,研发了全套控制设备。3. 2. 1 摩擦副研究墩顶与钢梁底摩阻力的各种影响因素，对

聚四氟乙稀滑板、MGE滑板做了大量对比试验，采

用了改进的MGE滑板摩擦副结构，使摩阻系数降 低，动静摩阻差值大幅减小，高应力下耐久性明显增

强、耐候性显著增加。顶推摩阻系数的主要影响因 素有滑块材质、表面油槽类型及面积比、润滑剂种

类、荷载大小、滑动面滑移距离等。对比MGC滑块

表面刻划井字形油槽、点状阵列半球油槽与光面的 摩擦系数，调整油槽面积比；对比四氟粉在钙基黄油 中的不同掺量及效果。经大量试验研究，最终选择

MGE滑块与不锈钢板组成摩擦副，MGE滑块表面

选用面积比占25%的球形油槽，润滑材料采用钙基 黄油及其改进后的钙基四氟粉复合润滑油脂，多种 不利因素叠加条件下摩阻系数参考值0. 03〜0. 0,

长期静置后重启动瞬时静摩阻系数约0. 06。3.2.2设备及控制系统设备及控制系统由自动连续牵引千斤顶、液压

泵站和计算机控制系统组成，并配置相应的钢绞线 作为柔性拉杆，构成完整的自动连续牵引及同步控 制系统。钢绞线尾部与设于梁底的拉锚器连接，前

端与牵引千斤顶连接，千斤顶置于滑道侧面反力座,

18是集机、电、液、计算机控制于一体的综合系统。控制系统采用分布式计算机网络控制系统，由

1个主控台、9个泵站启起箱、9个现场控制器、18套

传感器组成。控制器设置在6个临时墩、2个桥塔 墩、南锚梁支架(前端)共9处(不含拼装平台)，单个

现场控制器可控制横向2套千斤顶及1个泵站。所 有控制由主控台远程完成。针对该项目液压顶推各

种工况而专门设计的指令程序预先存入CPU中#

每台千斤顶配置位移传感器，可将检测出的千斤顶

活塞位置信号传输给控制器，各控制器传输信号给

主控台，主控台进行逻辑运算后，发出控制指令，传 输至泵站，每个泵站上都设有压力变送器，泵站控制 千斤顶动作，实现千斤顶同步控制。柔性墩顶推控制关键在“多点、分级、同步”。核

心目标是各墩水平千斤顶施力大小根据桥墩所受梁

体滑动摩擦阻力大小设定，即千斤顶施力与摩擦阻 力基本平衡；临时墩承受水平力尽可能小。由于新 型摩擦副性能大幅改善，顶推更平稳，顶推控制难度

显著降低,再通过对控制系统内部的研究优化，最终

大幅降低同步顶推中不平衡水平力。该项目墩顶不

平衡水平力可以控制在竖向力的5%以内。3.2.3位移超限控制及应急处置在墩顶设置位移控制器， 将其值设 置 为 12c*， 电源回路接到总控柜急停按钮处，当检测值超过容 许值，整套系统紧急停机，保证最大位移不超限。在临时墩顶层分配梁上 方 前后 各 布 置 2 台 500

t千斤顶，当发生滑块破坏需紧急更换时，用于托举

钢箱梁(见图5)。摩擦副

顶推方向滑道梁 钢主梁橡胶板初始预倔/分配梁20. 2 m （向后）

/ /血煎千斤顶

Li 丄 |_Lmm千斤顶

消殖顶推锚座(标高调整)分配梁2分配梁1/丿\\R分配梁1\\/\\联结系单位：m图5调整装置3.3 钢箱梁合龙钢箱梁合龙时间选择在10月，满足设计合龙温 度15'的要求。总体合龙思路是先完成钢锚梁拼

装，再通过调整顶推梁段与南锚梁合龙，最后通过

NA10梁段精确配切实现与北锚梁、顶推梁段合龙。

3.3. 1南合龙口施工步骤(1 ) 钢 箱 梁 顶 推 至 最 后 一 轮 时 ， 预 留 200 ** 行程，对钢箱梁进行测量并调整。测量项目包括顶

世界桥梁 2019,47⑶推段钢梁前端标高、梁端转角、轴线、横向扭转等，在

锚梁支架前端至满足合龙精度要求#、L6临时墩利用千斤顶精确微调梁体 (2) 在支架上拼装锚梁(远离合龙口的SA13、 SA12在钢箱梁顶推过程中先行拼装组焊，近合龙

口的SA11节段留待此时拼装，其北端断面与钢箱

梁顶推过来的SA10号梁段南端匹配)。(3) 连续观测预留的200 **缝宽，连续监测

环境温度，根据监测结果分析、确定合龙时机。(4) 利用南锚梁支架上的线形调整装置将钢箱

梁从+支座+胎架支撑”转换为+支座+起顶装置支 撑”，使南锚梁纵向约束解除，可调整前端高程。(5) 顶推钢箱梁至目标里程。(6) 待到合龙时机，锁定合龙口，焊接合龙环焊

缝，继续进行肋板焊接。根据计算，在合龙口两侧利

用8组U肋4个临时牛腿通过高强度螺栓进行锁定。(7) 解除钢锚梁下的顶升支撑，使钢箱梁由钢

锚梁前端与永久支座支撑久支座底座钢板阻尼器#。安装南桥塔上横梁的永 3.3.2 北锚梁段合龙施工步骤(1) 在支架上拼装锚梁(NA13、NA12、NA11)。(2) 钢箱梁顶推后期，将末节NA10提前提升

吊放于北锚梁前端NA11上方。(3) 连续观测北锚梁NA9与NA11之间的合

龙口，选择温度稳定时段合龙口长度为配切长度，对

钢箱梁NA10进行精确配切。配切的(4) NA10在合适的合龙时机 节段放入合龙口，将存放于锚梁顶面经 # (5) 对NA10梁段调整，精定位，与NA11端焊

接马板定位并设置临时锁定，对NA11 —NA10环 缝施焊， 合龙 焊缝宽度 15 〜35 **#(6) 完成NA9 —NA10环缝施焊，以及合龙口

其它工作，至此钢箱梁合龙完毕。安装桥塔支座，钢箱梁架设完成后，准备安装主缆。4结语桃花峪黄河大桥主桥为(160 + 406 + 160) *双 塔三跨自锚式悬索桥，采用宽39 *的钢箱梁，桥位

高。钢箱梁采用顶推施工，临时墩跨度大、自由高度 高，顶推距离远，顶推结构设计和顶推施工难度较

大。施工结构设计时，临时墩群桩变刚度转换、临时 墩滑道设置向后初始偏心，改善了临时墩受力；在临

时墩间设置预张拉索，以增强多个临时墩整体性，并

在结构建模中充分考虑墩间拉索、钢箱梁的协同作

宽幅钢箱梁大跨高位顶推施工关键技术 夏学军19钢桁结合梁设计桥梁建设,2018,48(2):83 — 88.用&拼装平台的长短滑道结合设计，使钢箱梁拼装与 顶推状态转换自由、传力明确，对顶推拼装平台、北 锚梁支架与提升站等进行多功能复合设计#统筹布 设钢箱梁节段拼装三向调整装置、顶推过程水平纠

[2] 李元松，宋伟俊，陈宁贤，等.大跨径自锚式悬索桥斜拉

法施工关键技术研究[J].桥梁建设，2018,48(4)：108 —

112[3] 陈宁贤.自锚式悬索桥边跨钢箱梁跨既有铁路施工技术

偏，竖向调整装置，以及合龙调整、锁定措施,满足了 远距离顶推控制要求#研发了低摩擦系数的摩擦 副、同步控制精度高的连续顶推(拖拉)控制系统及

[J].世界桥梁，2017,45(2)10 — 13.(]贺锡林，黄元群，张建东.长沙市湘江三汊矶大桥大型钢

箱梁顶推施工技术[J].湖南交通科技，2009,35 (3)：

顶推设备，使顶推不平衡水平力控制在竖向力的

5%以下，较常规拖拉指标(竖向力的1%〜10%)有

113—116(]赵人达，张双洋.桥梁顶推法施工研究现状及发展趋势

[J].中国公路学报，2016(2):32 — 43.显著下降，为实现大跨高位顶推施工创造了先决 条件#(]金红岩，胡军.青山长江公路大桥边跨钢槽梁顶推关

键技术[J].世界桥梁，2018,46(2):15 — 19.参考文献：[1]胡辉跃，刘俊锋，宁伯伟.三门峡黄河公铁两用大桥主桥(]彭建萍，高光品，陶正国.京张高铁官厅水库特大桥简支

钢桁梁架设技术[J].桥梁建设，2018,48(5):103 — 107.Key Construction Techniques for Long-Span and High-Position

Incremental Launching of Wide Steel Box GirderXIA Xue-jun(The First Engineering Co. . Ltd. . China Railway Major Bridge Engineering Group，Zhengzhou 450053，China)Abstract:The mainbridgeofTaohuayu Huanghe RiverBridgeisatwo-towerself-anchored

suspensionbridgewiththreespansof160%406and160 m The main girder is the wide steel box girder%withawidthof39 m The steel box girder was constructed by the mono-directionaland multi-point synchronized incremental launching (pulling and dragging). The maximum span length

between temporary piers is 12 m，the free height of the temporary piers is 69 m，and the pushing distanceofthesteelboxgirdercovers615 75 m+Thegreatfreeheightofthetemporarypiersand

thelongdistancebetweentemporarypiersmaketheconstructionquitechalenging+Inthislight%a

seriesofmeasuresweretakentoimprovetheloadbearingcapacityofthestructure%liketransfer- ringtherigidityofgroupedpilesofthetemporarypiers%setingbackwardinitialeccentricityonthe

slidingrailsoftemporarypiers%setingstaysforpre-tensioningamongtemporarypiers%andprop-

erlyarrangingthelongandshortslidingrailsontheassemblyplatform+Consideringthelong-dis- tancepushinggeometryofsteelboxgirderandthecontroldemandsofthegirderaxle%thethree-di-

mensionaladjusting devicesforthe whole process of the steel box girdersectionsassembling% pushingandclosing wereinstaled+Thefrictionsets with low friction factor wasprepared%the

controlsystemforthecontinuousincrementallaunching (pushinganddragging) wasoptimized% andtheaccuracyofsynchronizedcontroloftheincrementallaunchingequipmentwasimproved%to

alowtheimbalancedhorizontalforceintheincrementallaunchingprocesstobelessthan5% of

theverticalforce+Thesteelboxgirderwasconstructedfolowingtheworkflow%andthesouthand

northclosuregapswereaccuratelyclosedonebyone+Key words： self-anchored suspension bridge； wide steel box girder； temporary pier； long

span ； high position & incremental launching & construction structure design & construction technique(编辑：陈雷)