桥梁顶推技术的调查与分析

摘要：为了促进桥梁顶推法施工技术的发展，对桥梁顶推技术的概念进行了综述，着重介绍和总结了桥梁
顶推技术的发展现状、桥梁顶推技术的工程实例。研究结果表明：桥梁顶推的适用范围、经济性和技术性；本文指出，近年来在中国发展的顶推法存在的一些问题，并探讨了今后的发展趋势和顶推法的建议。
关键词：桥梁顶推拖拉式步履式关键技术
　引言
目前，国内外桥梁建设仍处于快速发展阶段，顶推施工方法在桥梁施工中也越来越广泛地应用。在各种复杂桥梁结构的施工中，顶进施工可以看到不同的形式。随着顶推设备的不断创新，推动了施工技术的进步，但不可避免地面临着传统施工中出现的新问题，需要面对和克服的新挑战。因此如何识别顶推施工方法雏形的产生和发展，并有效的对顶推技术进行运用，对保证施工水平的提高和施工机械的发展具有重要的意义。
1顶推施工法的发展概述
　　1.1顶推施工法
顶推法是在桥梁纵轴后部设置预制（拼装）部位、节段，也可以从全部的预制梁考虑。通过预制段，可以实现当前的桥体拼接。如果有效的施加千斤顶，能够促进桥梁远离地面，从而继续完善关键部分中的梁的下一段。主体被预制并循环直到施工完成。这种方法是在上世纪60年代早期在欧洲和X的一些国家采用。中国开始于上个世纪70年代末，逐步普及和发展年代。常用的顶推施工技术有两种：拖拉式和步履式。
1.2顶推施工法的来源
从当前的文献中可以发现，国外的一些研究机构已经率先开展关于顶推施工方法的研究，并且从钢桥拖拉法、纵向连接拖拉法等多个方面进行纵深。可以发现，早期的设备并不完善，需要将多个方法进行集成应用。对于后期的顶推施工方法，它提供了特别重要的参考价值，因此有必要引入上述三种早期施工方法。通过这种方式，我们可以更好地理解顶推施工方法的发展。
拖拉法是把桥梁装配好在地上。梁的前端放置在平底船上，后端支撑在小车上并向前拖动，到达平底容器的安装位置以使其下沉，使得梁的前端放置在桥墩上。然后将平底船移到后端，安装梁的后端。支撑在轨道上的移动支架用于支撑桥梁进行拖动。这种拖拉法通常用于减少桥梁滞留的桥梁，因为桥梁的延误时间较短。
导梁拖拉法是将整个孔梁整合在堤岸上。在现场连接结束后，安装部分，称为导向梁，安装在梁的前端并向前推进。横梁的后部支撑在台车上。在主梁和导梁的主梁到达桥墩后侧的滚柱之前，导梁的前端将到达前方的滚动轴，以确保梁不脱离轴线，并且在梁到达之前，全部由小车支撑。位置。如果第一个孔梁竖立，下一个梁将以同样的方式竖起。导梁拖拉法需要较少的附加设备和较短的施工周期。
纵向连结拖拉法是将第一梁安装在导梁法的导向梁上，利用第二孔梁作为平衡梁（防止梁体的中心与台车分离）。其余施工过程基本与导梁拖拉法相一致。虽然纵向连接拖拉法用于在第一孔梁竖立后以相同的方式竖起第二孔梁。但这种方法不能建立最后一个孔梁，所以我们需要考虑其他方法来构造它。
综上所述，现代顶推法的思想来源是钢梁的纵向拖拉法，并在具体的技术层面进行了更新，滚筒和卷扬机等装置被替换，而在施工的准确性方面有了较大的提升，发展和提高了施工水平。
1.3顶推技术的发展现状
1.3.1国外发展概况
顶推施工方法于1959年成功应用于PC连续梁结构（AgerBridge）。这种方法的先驱者是莱昂哈特博士和前德意志联邦共和国的教授，名字叫做鲍尔。随后，顶推施工方法奠定了世界桥梁建筑的基石，并开始引领时代潮流。
到了1963年，委内瑞拉的卡罗尼河大桥成功建成，这种方法再次起到关键作用。与前面的桥梁不同，首次应用了钢导梁和临时桥墩。
此后，许多欧洲国家和日本先后采用顶推法搭建了多座桥梁。具有代表性的大桥包括德国的艾希泰桥，全长达到1161m，瑞士捷拉东斯桥，全长达到1370m，南非的象河铁路大桥，全长达到1035m。从基本的逻辑上可以看到，顶推法在混凝土桥梁上应用较多，而在钢结构上的普及并不广泛。随着科学技术的发展，材料的结构发生了重大变化，使得顶推法在大跨度钢箱梁桥中的应用也越来越多。
建于2003年底的墨西哥恰帕斯大桥是世界上使用顶推法建造的最大桥梁之一，为这种桥梁创造了新纪录。2004年，采用多点柔性正交推进法完成法国Miyo桥的建设，这是双向顶推。顶推跨度达171m，最大跨度为342m。
1.3.2国内发展概况
1977年，中国首次采用顶推法建设西（安）延（安）铁路狄家河大桥，并成功顶推广东万江公路大桥。在20后期，一些重要的大桥开始建成，在我国，广西，黑龙江，广东等地，都形成了新一轮的桥梁热潮，这个时候，顶推法都起到了关键作用。而到了上个世纪九十年代，PC连续梁结构得到了进一步发展，成为了具有代表性的建筑规范。
从PC连续梁桥的技术特点出发，望城沩江桥是标志性的成果，这是多点顶推柔性墩身的首次应用。而丘敦桥建成于1992年，同类结构大桥中，在当时，这座桥在世界上也是首屈一指的，而哈尔滨尚志桥也是这种结构。
在2006年，佛山平胜大桥是重要的悬索桥，斜交顶推法称为了新的方案，78米的悬臂也是当时最大，这个桥梁是当时国内的第一座同类桥梁。
杭州九堡大桥建于2012年是在国内一座重要桥梁，在结构的设计上，顶推法成为关键技术，具有里程碑意义。
截止到2013年底，一些重要的铁路桥梁也逐渐建成，包括沪昆铁路桥，南昆铁路跨线桥等，都是顶推法的典型应用案例。
2顶推技术的分类及其工程实例
　　2.1拖拉式-李其村特大桥
云南省昆明市大板桥的昆明轨道交通6号线一期工程李其村特大桥跨越现有铁路线采用（30+48+30）m预应力混凝土连续箱梁，其中，48米跨越沪昆线复线，30米跨越莆渝线。直径为46.501m+55m的过渡曲线段，整个纵面都在坡道上，位置为+28.7‰[1]。箱梁的横截面为单室，单室，高3.2米，梁的顶部宽9.3米，梁底宽3.38米。顶部和底部为0.3米。在实体的重量上，可以达到2495.3吨。在上坡方向放置了推箱梁，整个施工具有“弯、险、急”的特点，受到众多专家一致认可。
2.1.1拖拉式顶推施工
拖拉式顶推施工是指进行次性浇筑梁体，实现桥头位置设计，并且将千斤顶，锚固钢绞线统一考虑，在进行压力的反复作用下，得到柔性拉动的作用。如果能够实现每个桥墩的交叉，就可以实现临时滑动支承表面。
2.1.2技术特点
工艺成熟；顶推过程中，墩身产生的水平力较大，推动横向限位装置很困难，效果难以保证。
2.1.3施工思路
在永久墩7#、8#、9#、10#旁分别建立了4个临时墩，分别为临1#、临2#、临3#和临4#。临时墩结构为钢管桁架。
在3#～7#永久墩作为梁制造平台的基础上建立了支架系统，预制箱梁预制。滑道板上安装在3#～6#永久墩，在临时的部位，具有1#～4#的桥墩。
如果已经完成了预制箱梁的施工，必须考虑养护的状态，并通过千斤顶自动提升，达到7#、8#、9#、10#墩同时执行。
两个锚点作用在箱梁上，达到8.033米的距离，后点的距离达到41.876米，都是距离尾端。
两个千斤顶同时作用在桥上，从8#墩上开始，并确定了锚点1，然后利用6#墩，确定锚点2，两个距离达到9.124m。此时，继续保证两者的举例，并进行顶推，实现T2千斤顶控制1，然后达到要求的状态[5]。整个推进距离很长，顶推的距离已经超过100米。
2.1.4关键技术
1）限位及纠偏装置施工
在顶推过程中，如箱梁的横向挠度，在导向装置（滑车）和箱梁之间插入钢楔或钢板以进行横向约束。当水平位移超过8mm时，采用水平纠偏千斤顶来矫正偏差。
2）拉锚器及牵引装置施工
锚地和钢绞线确保强度符合要求。以OVM15-12锚为例，锚索的每根绞线使用12根直径为15.2毫米的绞线。一端连接到顶推千斤顶，另一端固定在锚上。在安装锚链和钢绞线后，应进行预紧，以确保钢绞线在顶推过程中受到均匀的应力。
2.1.5优势
拖拉式顶推法施工是一种无支架架桥方法。在更大范围的支架系统中，这种方案可以减少数量，并从起重设备的角度进行缩减。整个施工过程并不依赖于桥梁和交通。这就减少了劳动力，容易控制工程的进度。
　2.2步履式-杭州九堡大桥
杭州九堡桥具有重要的规划意义，能够形成连续的孔状组合，达到37.7m的宽度，并且已经突破了1.4万吨。主桥的结构合理，可以适应多种天气变化。
在具体的施工技术方面，九堡大桥形成了混合结构，具有重要的桥面体系，并且利用钢结构进行完善。在整个体系的外侧，留有一定的空间，能够保证桥梁的稳定性，为扭拱肋组成，主拱肋与辅助拱肋由圆形钢管进行联通。在主梁和侧面上，采用同样架构，达到4.5m的高度，两边的材质不同，采用钢梁连接[6]。顶管过程中没有安装吊杆，拱梁通过临时支杆连接。钢主纵梁内部设系杆索。
2.2.1步履式顶推施工
从基本原理的角度出发，步履式平移顶推是关键的点，可以从具体的案例中得到启示，九堡大桥就是专门设计的顶推技术[2]。将整个拱形梁的多个点抬起，并推动水平千斤顶以推动拱形梁。随后，对于施工进行间歇性的休息，并完成移动，形成多个动作的循环，包括“顶”，“推”，“降”等，这些可以通过现代化技术实现，液压泵站是重要的方案。
2.2.2技术特点
能够更好地控制临时桥墩或结构桥墩的水平力；可以采取措施来满足结构力量的限制；液压控制同步需要高精度。
2.2.3施工方案
1）方案纲要
在桥轴线的后部，设置拼装及顶推支架，DCS120/30-60×75型龙门式起重机逐跨拼装拱梁后顶推，3跨在岸上先装好后装配后被推到桥位置。为了满足通航、顶推结构的力学要求，主桥跨中仅设置了1个临时墩。在顶推过程中，主梁和拱肋通过临时支撑杆连接，吊杆后装。导梁设置在主梁后，以满足桥墩和悬臂的要求。3跨拱梁在R=90000m竖曲线上顶推，需要20套顶推设备。
2）总体布置
当主桥在岸上利用拼装平台和龙门吊拼装成1跨时，通过千斤顶平行推到江心，需要3次顶推。引桥被组装成1跨，并在拼装区被推到江心。它需要4次顶推。主桥和引桥全部拼装在拼装区完成。
2.2.4关键技术
1）步履式千斤顶工作原理
顶推设备的工作原理是：竖向千斤顶将梁体托起→水平千斤顶将梁体向前顶推→竖向千斤顶回落将梁体重新放置在垫梁上→水平千斤顶回缩完成一个顶推行程[4]。顶推过程步履式千斤顶借助油缸压力而非支架反力，故对外部所产生的反力较小，具体步骤如下：（1）步骤一（顶升）：启动竖向千斤顶，顶升油缸同步向上将梁体顶起，使梁体脱离垫块。（2）步骤二（纵向平推）：竖向千斤顶停止动作，同时启动水平千斤顶，顶推油缸向前顶进，使梁体整体前移，直至完成一个水平千斤顶行程。（3）步骤三（下降）：水平千斤顶停止动作，同时启动竖向千斤顶，顶升油缸同步回缩，使得梁体整体下降，直到步履式千斤顶完全脱离梁体。（4）步骤四（回缩）：竖向千斤顶停止动作，同时启动水平千斤顶，顶进油缸同步回缩，步履式千斤顶上部移动结构回到初始位置，并开始下一个往复行程（15min/行程）。步履式顶推法向前顶推梁体都会采用多台千斤顶协同工作，所有千斤顶全部同步顶升、同步顶推及同步落梁。
2）千斤顶同步
在顶推过程中，由于工况的不同，每台步履式千斤顶与梁体、千斤顶与顶推平台之间的摩擦力不一定相同，但必须通过每台千斤顶位移同步来保证结构偏转不利情况的发生。要达到千斤顶的同步性，并保证顶推过程受力状态在设计允许误差范围内，需采用位移和压力同时控制。
3）桥梁纠偏
在顶推过程中，要随时观测每个临时墩上桥梁中轴线是否与设计中轴线一致。如果箱梁横向偏离，则开始横向调整系统，实现横向纠偏。步履式式千斤顶设置了纵横竖三向千斤顶，可从纵向、竖向和横向3个方向对梁体姿态进行调整，一旦梁体轴线超过限值，则先启动竖向千斤顶将梁体顶起脱离垫梁，再启动横向纠偏千斤顶横移梁体（启动纵向千斤顶则向前移动），横移前在每个千斤顶上设置相应的位移值，防止梁体横移值超限或梁体偏转。
2.2.5工艺优点
在进行具体操作的时候，计算机控制起到重要作用，多个高精度的传感器能够进行匹配，包括角度，距离，偏转等方面，可以保证整个施工过程的可靠性和安全性。其中的优势有多个方面，第一，整个滑动过程都在设备的内部，对于水平载荷不会产生偏离；第二，顶推装置不仅具有一个点，可以形成良好的分布环境；第三，对于两侧的油缸，能够调整角度，使得梁的斜度更加灵活；最后，整个设备形成统一的整体，无论是升降还是水平的操作，都可以形成集中的处理。
3建议与展望
顶推法施工的桥梁，最早为预应力混凝土连续梁桥，后期应用到钢结构桥梁和钢混组合梁的建设中。钢箱梁结构不同于混凝土梁，局部问题是影响其顶推过程中安全性的重要因素，近年来有关钢箱梁局部应力及稳定性的分析已取得大量研究成果，如九堡大桥、二七长江大桥和猎德大桥等。因其自重轻且在墩梁接触部位进行了加强，局部问题得到有效改善；但在多点顶推施工中，各支点的千斤顶可能无法达到理想的同步效果。因此，当支点千斤顶非同步施力时，有必要对各种参与结构的比力情况进行分析，以便为以后的施工控制提供帮助。
从当前的理论和实践中进行总结，可以发现一些重要的规律。步履式和拖拉式都是这种施工方法的典型代表，通过细致的分析，可以看到千斤顶的压力和摩擦力的关系。平衡状态是期望达到的，而且在整个前进的过程中都会形成重要的控制策略，实现稳定性的操作。从研究成果的角度分析，临时的桥墩可以形成多种联系，并通过钢管混凝土来提高强度，达到更大的载荷能力。相比较拉索的作用，如何提高可控性，得到更好的拉索力量，是重要的研究内容。
中国生产现代化的发展给机械化提出了更高的要求，在桥梁历史上，具有里程碑意义的是杭州九堡大桥。这座大桥在2010年成功建成，与其他桥梁不同的是，这个大桥采用小型千斤顶的组合，这就减小了桥梁整体出错的概率。在机械化设计上，液压和电气保证了同步的精度，而由于步履式顶推而提高，并且实际使用中的同步可能不能满足理论精度。在进行具体的操作和控制的过程中，需要考虑多个因素，包括桥梁的设施，纠错的策略，原来的桥梁情况等。在施工的时候，问题考虑的越精细，危险系数越低。
在施工箱梁结构的角度上分析，顶推法已经受到了广泛的关注，形成了自己的体系。在多个施工过程中，误差都不断的减小，桥梁的稳定性逐渐提高，并且也能够形成更优的生产条件。在进行桥梁结构的分析中，具体的部件尺寸是不可忽略的。虽然在实际的工程应用中，构件尺寸会受到多种因素的影响，导致结果的不稳定，但是经过校正，仍然可以保证桥梁整体的可靠性。在底板变厚等因素的影响下，更需要设计人员和工人们去考虑桥梁应力的作用，这也是一项重要的科学命题。
4结论
总之，在新时期的新形势下，加强对桥梁顶推技术的研究对于提高我国桥梁建设的等级和质量具有重要意义。这不仅关系到中国桥梁建设总体水平的提高，还关系到中国交通运输业的发展。它也决定了我国整体的国家整体实力。毋庸置疑，桥梁顶推对推动桥梁建设起着重要作用。因此，我们必须共同努力，打破传统，转变观念，积极研究创新的最佳路径，推动顶推技术的进步，以保障我国社会经济的快速发展。
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