80米双线下承式钢桁梁
顶推施工初步说明
上海先为土木工程有限公司 同济大学建筑物移位技术研究中心
二O一一年十一月二十八日
上海先为土木工程有限公司
目 录
第一章 工程概述 ....................................................................................................................... 2
1. 总体概况： ................................................................................................................... 2 1.1. 桥型及构造特点 ........................................................................................................... 2 2. 地质水文概况 ............................................................................................................... 3 3. 本桥施工特点 ............................................................................................................... 3 第二章 顶推施工方案 ............................................................................................................... 3
1. 施工总体布置 ................................................................................................................... 3
1.1. 临时墩及拼装平台跨度布置 ........................................................................... 3 1.2. 顶推钢导梁结构形式 ....................................................................................... 3 2.顶推装置............................................................................................................................... 4
2.1 顶推装置总说明 ....................................................................................................... 4 2.3设备主要技术参数 .................................................................................................... 8 2.2 技术特点 ................................................................................................................... 9 2.3 工作原理 ................................................................................................................... 9 2.4 主要配置表 ........................................................................................................... 11 2.5 控制系统介绍 ......................................................................................................... 11
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第一章 工程概述
1. 总体概况： 1.1. 桥型及构造特点
新建铁路跨高速公路80m双线下承式钢桁梁,属于钢桁结合梁的重要组成之中的钢结构部分，该钢桁梁全长82m，桥面全宽15m，桁高11.5 m，全桥重约1443t。根据设计图纸主桁下弦分成八段，成中心对称分布，主桁上弦分成七段，也成中心对称分布。
类似工程照片
主桁类型：无竖杆整体节点平行弦三角桁架下承式钢桁结合梁。
主桁跨度：全长82m，纵桥向支座中心线长80m，横桥向支座中心线距离
13.8.m，桁高11.5m。
主桁：
主桁上、下弦截面均采用焊接箱型断面。上弦杆截面形式为 ，下弦杆截面形为 ，斜杆截面形式主要为□，部分采用 型。主桁节点采用整体节点形式。主桁上、下弦杆以控制竖板间内宽为基准，统一采用800mm。腹杆除
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端斜杆采用对接式拼接外，其余均采用插入式与主桁整体节点连接，对接式腹杆内宽与弦杆内宽相同，插入式腹杆外宽采用800mm。
桥梁在岸上拼装成型后，利用整体顶推的工艺将桥梁顶推就位。顶推时对桁架梁进行临时支撑加固。
2. 地质水文概况
略
3. 本桥施工特点
3.1. 本工程为现在岸上对主跨拼装好以后，再整体进行顶推，到位后落到盆式
支座上；
3.2. 在墩柱顶部设置何种滑移机构既安全可靠，又不改变桥梁上部结构的传力
体系一个难点。
3.3. 顶推过程中即需要顶推、顶升、纠偏千斤顶都需同步，自动可调。且随着
推移距离的变化，各墩柱的竖向力是不断变化的，需要设备能自动进行适应调整，故对设备控制要求高，同步性要求高。
3.4. 整个钢箱梁的顶推工作存在竖曲线，竖曲线的顶点在主跨跨中。因而钢箱
梁顶推施工的线型控制是本桥质量控制的一个关键环节。
第二章 顶推施工方案
1. 施工总体布置
根据钢箱梁顶推施工工艺要求和现场情况，在主梁设计位置处，沿顺桥方向，依次布置：拼装平台、临时墩等临时支撑结构，拼装平台上、临时墩上设置顶推装置，一起组成了顶推滑移支撑体系，顶推装置支撑顶面的总体线形与钢箱梁线形一致、标高相同；拼装平台、临时支墩和顶推装置、导梁及顶推行走机构组成整个钢箱梁顶推施工结构体系。 1.1. 临时墩及拼装平台跨度布置
本工程跨度不大，因此不需设置临时支墩，直接利用现有桥墩作为支撑即可进行顶推施工。
1.2. 顶推钢导梁结构形式
导梁的结构需要进行受力状态分析和内力计算，导梁的控制内力位于导梁与箱梁连接处的最大正、负弯距和下弦杆承受的最大支点反力。
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国内外的实践表明，导梁的长度一般取用顶推跨径的0.6--0.7倍，较长的导梁可以减小主梁悬臂负弯距，但过长的导梁也会导致导梁与箱梁接头处负弯距和支反力的相应增加。
顶推钢导梁一般采用工字钢及钢板、槽钢等组合成桁架结构形式，具体根据计算决定。钢导梁前端起顶设计在导梁上前方临时墩时，在导梁端部下方设置斜面，利用顶推装置的前导装置导入到顶推装置上。或者考虑在钢导梁前段增设主动爬升装置。
导梁主动爬升装置示意图
2.顶推装置 2.1 顶推装置总说明
顶推装置为本工程钢箱梁施工的重要部分，根据各临时墩、主墩、拼装平台的受力情况和施工要求，采用4套高精度的步履式顶升平移机构，分别布置在主拱梁下部(每个桥墩使用两套)，一步步将主梁顶推到位，并可以通过压力传感器对重物进行称重和重心测定；位移传感器分别检测实际承载压力和位移；倾角传感器时刻检测桥梁的姿态。
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工作步骤为：顶升→平移→下落→机构复位→顶升→平移。
步履式顶升平移机构由顶升油缸、纠偏油缸、顶推油缸、下部滑移摩擦材料、液压泵站等组成。顶升油缸顶部带有5cm钢顶帽，以分配顶升力对箱梁的应力影响。顶升平移机构由液压泵站提供动力，大吨位油缸做驱动，并由计算机系统实现集中控制，可以实现同步顶升、同步平移和单点微调。顶推装置下钢板与临时墩顶通过螺栓固定，增强整体性。顶推滑移面在装置内部，设置减摩材料。通过顶推装置的内平衡提供顶推力，不必将推力传到临时墩顶上。这在很多房屋平移及桥梁顶推中均有过成功应用。
主桥顶推施工时，总重约1500吨。按静摩擦系数4%计算（实际采用减磨材料后，顶推动摩擦可以控制在2%），总顶推力为60吨。综合考虑摩擦力和经济性的因素。现拟用4套顶升（顶推）纠偏机构，完成顶推施工。现有自平衡滑移机构的组成为4台300T顶升油缸，每个顶升点的顶升力为300x4=1200吨；其总竖向顶升力为1200x4=4800吨,总水平顶推力为30x8=240吨。便携式电动泵4台。电气及控制系统配电3相380V,总功率5.6X4X1.5＝40KW（考虑1.5倍的安全储备）。
主桥示意图
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行走装置安装示意图
2.2设备取值计算
（1） 按箱梁、小车的摩擦阻力和起动惯性阻力确定推动小车需要的推力。 W阻= W摩+ W惯 1. W摩=（Q梁+Q车）μ
Q梁：箱梁重量为1443（t）= 14430（kN） Q车：滑动小车总重量约为4×1.5（t）= 60（kN） （每个滑动小车约1.5T）
μ：为滑动摩擦因数 ，一般为0.02～0.06，故取0.04 W摩=（14430+60）×0.04=579.6（kN） 2. W惯=（Q梁+Q车）×V/t
V：取0.4～0.5m/min 此速度时每小时可行20～30m（不考虑推动装置的固定和逐次工作） t：为起动时间取5s
W惯=[（14430+60）×(0.4～0.5)/60]/5=19.32～24.15（kN） 则有需要的推力W阻= W摩+ W惯=579.6+(19.32～24.15) =598.92～603.75（kN）
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可得出推动箱梁和小车需要的推力为603.75kN （2） 支点最大顶升顶推力计算
图示位置，前导梁即将步入主桥墩时，由于悬臂最长，临时墩的顶升力最大。 单点最大顶升力为Fmax=（40m/80m*1443T+210T）/2=466T 此时需要的系统顶推力 F推=Fmax*0.04=19T （3）、确定顶升油缸吨位 各个顶升点的最大吨位为466T
取1.5倍安全系数计算，顶升吨位需要466*1.5=699T 各顶升点选取300T油缸4个为一组。安全系数为1.7 （4）、确定顶升油缸的流量
QD2V4
D＝：油缸直径184 mm = 0.184 m
V：油缸伸出速度0.025m/min
QD2V40.18420.02540.000665m3/min0.665L/min
每组4个顶升油缸的总流量为4×0.665=2.66L/min （5）、确定推力油缸的流量
QD2S4T
S：油缸工作行程 拟定为300 mm D＝
：油缸直径73.2mm
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T：油缸伸出时间60s
QD2S420.073220.3/T/600.00153m3/min2.53L/min4
选取泵流量2.73L/min （6）、确定液压系统功率 功率
N=P×Q＝70×6/60=5.32千瓦。
选择采用4套完全相同的液压站，单台电机功率5.6千瓦。
2.3设备主要技术参数
机构数量 4套 单体自重 1500Kg 单个顶升机构承载量 1200T 最大顶升行程 300毫米 顶升速度 26.5mm/min 单个平移机构最大推力 140T 平移行程 30cm 平移速度 265mm/min 同步精度
±2mm
液压站数量 6台 液压站参数：
功率 5.6kw 系统工作压力 70MPa 系统流量 6L/min 油箱容量 40升
该系统的优点是，顶推装置在水平滑块与底板间进行滑动，底滑动过程中支撑箱梁的顶升千斤顶不会受到可能产生的水平力，较传统行走装置更加可靠。
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顶推油缸 顶升油缸 纠偏滑移块 底板
2.2 技术特点
纠偏油缸 水平滑移块 1) 4套系统液压部分分散布置，共4个液压站，4执行机构。 2) 采用进口品牌核心部件，顶升能力强，结构紧凑，性能稳定可靠。 3) 整个系统采用PLC集中控制，同步性好，可靠性高；采用基于现场总线（Profibus）的控制技术，全进口的工程专用元器件，完全能适应露天作业工况，技术先进可靠。
4) 本系统具有打印输出功能接口，如果需要，可以外接打印机以打印报告。 5) 系统运行过程中的位置与姿态（包括设定值和当前实际值），以及各点承载情况，均在界面上实时显示，为操作者的操作控制提供了直观、精确的界面。
6) 整个系统操作直观便捷，维护保养简单。 2.3 工作原理
1) 为了安全，每个桥墩上还安装了2个位移传感器，以实时检测箱梁
当前位置和姿态。
2) 采用压力闭环反馈原理，控制每一点的液压顶推力，保证桥墩所承
受的侧向力在预设范围内。
3) 大吨位顶升油缸分组并联，保证均匀承载。
4) 每个支撑液压支路均设置了液压锁，确保运行过程平稳可靠，并可
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以长时间可靠保持精确调整后的箱梁位置，从而提高了整个系统的安全性可靠性。 5) 液压系统原理图
6) 关于纠偏问题
对于单点顶推施工法，增加导向（纠偏）环节，是非常关键的。因为，如果没有导向环节，只能通过改变施力点的位置，调节顶推方向，这在施工期间是难以操作的。
然而，对于双点顶推施工法，导向（纠偏）环节，不是必须的。施工中可以通过改变F1与F2的比值（不需要改变施力点的位置），对顶推方向进行微调。
本工程为双向顶推方法，在行走机构内部设置纠偏油缸。
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2.4 主要配置表 序号 1 2 3 4 5 6 7 控制部分 液压泵站 机械部分 单元 项目名称 300吨双作用油缸 50吨横推油缸 50吨纠偏油缸 大滑板 小滑板 控制柜 套 型号及单位 进口/台 进口/台 进口/台 定制/块 定制/块 套 数量 24 12 24 6 6 1 6 2.5 控制系统介绍
本控制系统在每个临时支墩上设有一个分控制器，通过网络总线与主控制器连接，主控制器实现对整个系统的集中控制，包括：顶升、顶推装置的控制，压力数据、位移数据的采集以及各种故障的报警。
在钢箱梁顶推的控制过程中，
最关键的是：对纵向支撑力变化较大的临时墩，根据支墩的垂直支撑力大小来控制本支墩顶推力的大小，对于恒定支撑力的临时墩，根据系统之前记录的数据控制恒定的顶推力，确保各个支墩的顶推力与本支墩受到的摩擦力相对应，避免支墩出现较大侧向力（水平推力）的情况，同时，还要对顶推油缸的位移（速度）进行控制。所以，须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。对于此控制策略和控制器，我公司已在上海音乐厅顶升平移、上海横潦泾大桥整体顶升等多个平移、顶升项目中成功应用。
控制方式：由于多点牵引式的循环性、箱梁拼接的阶段性，我们使用半自动模式实现控制：分别为每一循环的自动控制及各个阶段的人工控制。同时系统辅以手动模式，实现一些对系统的基本调节功能以及必要情况下的纠错功能，保证系统应付各种突发状况的能力。
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人机界面：在自动控制状态下、一般主画面显示各主要参数，如压力、位移、速度以及报警数据，这些数据由安装在各个点的传感器采集并通过网络传输；同时在手动操作状态下，各子画面可显示详细数据，同时配合按钮、手柄操作控制设备、设置参数。在整个控制系统中，增加视频监控系统，可以在总控室直接检测各顶升点的工作状态。
多点同步顶升控制系统应用案例一——上海横潦泾大桥主
桥整体顶升工程，跨径85+125+85米连续箱梁，重10408吨，整体顶升1.5 米。采用12点同步控制系统，同步顶升控制误差在
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人机界
总控实时显示界面
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多点同步顶升控制系统应用案例二——天津西站平移顶升工程，该百年保护建筑建筑面积2058平米，重量5500吨。平移距离175米，整体顶升3.38米。平移时采用8点控制，顶升时采用32点同步顶升控制。
3.顶推施工流程
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顶推施工准备 （顶推装置、纠偏装置制作、调试） 平台顶、墩顶安装顶推装置、泵站、液压系统、控制系统、 监控系统等，主控台置于北岸或拼装平台 连接动力电缆、控制电缆及油管并试机 竖向千斤顶同步起顶，待箱梁底面离开搁梁架1cm后，保压压 推移千斤顶同步推移，向前推移一个行程，然后竖向千斤顶同步落梁 推移千斤顶回缩，按前两步工艺继续后续行程的推移， 直至完成一个行程的顶推 继续顶推，直至到达设计位置 拆除顶推装置、液压系统、控制系统，完成全桥顶推施工 顶推施工流程图
（1） 钢箱梁顶推施工工艺 1） 机具准备
顶推系统包括的8套顶推装置以及配套液压系统、分控箱、计算机控制总控制台等。设备安装就位后，进行系统空载调试。对于顶推需要用到的特殊装置(如钢导梁、纠偏等装置)，预先加工准备妥当。
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2） 设备安装与调试
在拼装平台、各墩顶安装顶推装置和顶推泵站,分控箱、计算机主控台安置在拼装平台或北岸进行联机分别调试和总体调试。
连接好系统的油路及电路后，进行调试以保证在手动、自动模式运行下,执行元件按设定的运动方式运行。联机调试时，启动泵站，选择手动运行模式，在主控台操作面板上控制执行元件伸缸或缩缸动作，检查其进行的动作是否正确，调节行程检测装置的检测元件，使检测装置的接触及检测正常。
系统手动试机完成后，选择自动模式系统，检查系统各千斤顶的动作协调性及同步性。如不满足设计要求，应认真查找原因，排除故障，待系统的动作完全协调后方表明系统调试正常合格。 3） 顶推
顶推分为工作步骤为：顶升→平移→下落→机构复位→顶升→平移。 四个步骤循环：
① 顶起：各个顶推装置的竖向千斤顶执行顶起与落梁动作，顶起需同步进行，误差控制为±2mm。先将竖向位移计示数人工复0，各操作人员就位后，按顺序启动监控设备→计算机总控箱→总控箱→油泵，顶升均有PLC同步控制千斤顶开始举升，到达设计行程（高度）后，持压保持高度。并人工辅助从监控中逐个检查各墩处箱梁底与搁梁架的距离，与计算机中的示数进行比对，各处距离均符合要求后进行下一步骤；
② 推移：起顶确认就位后，执行推移动作，由总控计算机发出推移指令，相应的比例电磁阀打开，推移千斤顶作用，向前推移一个行程（30cm），为减少推移过程中梁体横向偏移，所有推移千斤顶均要同步进行，同步精度为±2mm，并根据梁体横向偏移进行微调，确保推移的平稳、可靠进行；
③ 落梁：推移一个行程后，执行落梁动作，落梁动作与起顶动作相反； ④ 回缩：落梁完成后，执行回缩步骤，于推移动作相反，回缩行程同样为30cm，最后一次顶推的回缩量根据实际情况调整。
按以上四个步骤循环顶推，一般顶推距离采用30cm的整倍数进行，以提高控制和顶推精度。顶推施工过程中，各墩顶均留专业技术工人实时人工监测，配备无线对讲机，与主控台人员即时沟通，发现问题立即停机处理。
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