一种超重大跨度桥梁连续快速顶推施工工艺

技术领域

本发明属于桥梁施工技术领域，更具体地，涉及一种超重大跨度桥梁连续快速顶推施工工艺。

背景技术

目前公路、铁路桥梁的架设多采用顶推法实现。所述顶推法指的是梁体在桥头逐段浇筑或拼装，用顶升油缸纵向顶推，使梁体通过各墩顶的临时支座面就位的施工方法。当桥梁跨越深谷、不可间断的运输线、难以拆迁的建筑物以及对施工噪音有严格限制的地区时，采用顶推施工方法从空中完成跨越作业，无疑是一种比较理想的方法。

现有的跨线桥梁转体施工方法虽然可以满足快速跨线施工，但对施工场地要求较高，无法满足横向空间较小的施工场地。

目前在涉及跨铁路线的桥梁架设施工时，要求在铁路给定的施工天窗期内施工，一般天窗口约120分钟，施工时间段。同时随着铁路的不断发展，铁路线路越来越密，跨铁路线的桥梁施工跨线距离也越来越大，大于45米的跨线施工也越来越多。其中，现有的顶推方法包括：(1)拖拉式顶推，其采用连续顶升油缸拖拉滑块，通过拖拉→滑块转换→循环拖拉→落梁等步骤，将桥梁顶推至设计桥位,但此种方法在顶推过程中各个临时墩的顶推力难于观测控制，如顶推过程中出现较大支反力，几乎无法调整，且起动、停止时因惯性力有冲击力，这对主体结构受力较为不利，其顶推速度只有12m/h；(2)步履式顶推，其采用顶升油缸与顶推油缸交替工作，施力平稳、均匀，通过顶升→纵向平推→下降→回缩等步骤，将桥梁顶推至设计桥位,但此种方法在顶推过程中顶推速度慢；设备复杂，成本较高，机械化程度高，控制操作复杂，设备维修成本高，故障耗时久；其顶推速度只有5m/h；(3)夹轨式顶推，其采用夹轨器实现顶推油缸的往复顶推运动，通过顶→推→回缩→推→落等步骤，将桥梁顶推至设计桥位,此种方法在顶推过程中相对步履式顶推速度快，能进行梁体一次顶升，防止梁体起拱，但设备复杂，液压控制系统复杂，包括顶升、顶推、加持等各类油缸，由于对梁体进行步进式顶推，顶推速度有限，综合速度只有15m/h。

由此可见，按常规顶推方法无法实现大跨度、大吨位桥梁梁体快速安全就位的目的。因此现阶段亟需一种超重大跨度桥梁连续快速顶推施工工艺，能够快速精准平稳的将梁体顶推至设计桥位。

发明内容

针对现有技术的顶推工艺顶推速度慢、作业工序复杂，无法满足超重大跨度桥梁顶推且易对梁体产生损坏，本发明提供一种超重大跨度桥梁连续快速推施工工艺以解决此类问题。

为实现上述目的，本发明提供一种超重大跨度桥梁连续快速顶推施工工艺，包括如下步骤：

S100：施工完成桥梁支撑结构；

S200：安装永久支座、临时支撑支座、顶升油缸及滑动支撑装置；

S300：施工完成梁体及临时塔的组装；

S400：安装顶推驱动装置、导向纠偏装置及监测控制单元；

S500：进行顶推施工作业，通过监测控制单元监测梁体顶推位移和应力相关数值，控制顶推驱动装置以齿轮齿条啮合驱动方式带动梁体按照设定参数进行滑动位移，控制导向纠偏装置对梁体进行纠偏；

S600：完成顶推作业体系到调整梁底纵坡作业体系的切换工作，临时结构拆除，永久支座固结。

进一步地，在步骤S100中，桥梁支撑结构的施工包括如下步骤：

S110：按设计要求在指定点完成永久桥墩的桩基施工和桥墩浇筑；

S120：对地面进行平整压实，消除地基的塑性变形，完成后安装临时钢支撑墩；

S130：组装临时支架，其高程与临时钢支撑墩相同，并通过在顶部设置纵梁将临时支架和临时钢支撑墩连为一体。

进一步地，在步骤S200中，相关安装施工步骤包括：

S210:在临时钢支撑墩顶部相应处安装临时支撑支座，所述临时支撑支座具有水平及竖向转动的功能；

S220：在永久桥墩顶部相应处安装永久支座及顶升油缸；所述永久支座顶部设有预埋板，其高程低于临时支撑支座高程；

S230：沿沿纵向在多组临时支撑支座顶部安装滑动支撑装置，包括在临时支撑支座固定安装下支撑板，在下支撑板顶部设有的通槽内安装橡胶垫，在将上支撑板顶部嵌入通槽，并在上支撑板顶部的凹槽内固定安装滑板。

进一步地，在步骤S300中，相关安装施工步骤包括：

S310：施工完成主梁浇筑工作，并在主梁顶部预埋复合钢板，使复合钢板与滑板接触形成摩擦副；

S320：在主梁前后端分别固定安装前导梁及后导梁，三者宽度一致；

S330：在主梁安装固定临时塔，并利用钢索分别将前导梁、后导梁与临时塔连接，避免在悬空时，前导梁、后导梁因重力导致结构出现弯曲变形。

进一步地，在步骤S400中，相关安装施工步骤包括：

S410：在纵梁上安装固定齿条支撑架，并在齿条支撑架安装固定齿条；

S320：在后导梁两侧固定安装支撑架，在支撑架上上固定安装固定架，在固定架内侧通过铰链铰接设有浮动架，在浮动架上分别安装电机、减速机，在减速机输出轴上安装齿轮，并使齿轮与齿条啮合；在浮动架底部安装滑动轮，并使动轮与齿条外侧接触；

S430：在临时钢支撑墩顶部两端对称安装设有纠偏支架，并在纠偏支架上分别安装纠偏轮和推力油缸，使纠偏轮与梁体侧边接触；

S440：安装监测控制单元，包括在梁体上安装监控模块，通过在梁体上多个部位安装位移传感器、加速度传感器及应力传感器，用以监测梁体(2)的纵向位移、横向位移、竖向位移、纵向速度、纵向加速度、各关键节点应力值，并将监控模块、控制模块、中央处理模块进行通信连接。

进一步地，在步骤S500中，相关安装施工步骤包括：

S510：进行试顶推运行，监测控制单元控制电机及减速机输出动力，带动齿轮正反转，通过与齿条啮合，使梁体前后行进，检测相关装置运行是否正常；

S520：完成试顶推运行工作后，监测控制单元将监测值与设定阈值进行比较，控制顶推驱动装置输出动力，使齿轮与齿条啮合，对梁体进行顶推，并通过滑动支撑装置进行滑动；

S530：监测梁体横向偏移超出阈值后，监测控制单元控制电机停止运转，将梁体锁停，控制推力油缸推动梁体回正；

S540：梁体回正后，推力油缸缩回活塞杆，监测控制单元控制顶推驱动装置对梁体进行顶推作业，直至将梁体顶推至设定位置。

进一步地，在步骤S600中，相关安装施工步骤包括：

S610:监测控制单元控制顶升油缸升起，对梁体进行举托，使梁体与临时支撑支座脱离并调整梁体的梁底纵坡；

S620：拆除前导梁、后导梁、顶推驱动装置及导向纠偏装置等辅助装置；

S630：监测控制单元控制顶升油缸将主梁体落梁至永久支座上，通过焊接的方式将预埋板与主梁底部固定连接，完成顶推作业体系到调整梁底纵坡作业体系的切换工作，实现永久支座的固结状态。

进一步地，所述永久桥墩的整体高程控制根据纵坡，将梁底线型设计为斜直线。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1.本发明的快速顶推施工工艺，可以实现在一个铁路时间窗口两个小时内完成桥梁的跨线大于45米，在顶推过程梁体无需顶升，对梁体有较好的保护，避免梁体在多次顶升过程中出体变形或产生内部缺陷。

2.本发明的快速顶推施工工艺，采用齿轮齿条传动结合滑动支座式支撑结构的快速顶推实施工艺，其顶推速度可大于30m/h，整体顶推工艺简单，可实现一次性落梁，无需顶升，连续快速顶推，顶推过程实时监测，动态纠偏。

3.本发明的快速顶推施工工艺，采用齿轮齿条结构传动，传动精度高、效率高，运动平稳，可实现桥梁在顶推任意位置实现自锁及梁体的正反向顶推。

4.本发明的快速顶推施工工艺，齿条布置在临时钢支撑墩及临时支架上，顶推过程中顶推水平力分散在临时钢支撑墩及临时支架上，对临时钢支撑墩的产生的水平力推力较小，保证了整体系统的结构稳定，使梁体的顶推作业安全可靠。

5.本发明的快速顶推施工工艺，所述电机采用变频电机驱动，通过PLC进行控制，使顶推速度可在设计范围内任意调节，也可通过调节左右驱动装置的频率来实现梁体主动纠偏。

6.本发明的快速顶推施工工艺，通过监控控制单元对梁体的位移、速度、加速度、内应力等传感器所采集的各种信息的归纳、分析、整理，实现桥梁顶推过程中的动态监测与智能控制的一体化，并实现自动纠偏、自动就位及过载报警保护。

7.本发明的快速顶推施工工艺，采用滑动支撑装置，使梁体2滑动时摩擦系数小于等于0.03，使顶推驱动装置3输出的顶推力小，对梁体2结构安全起到保护作用。

附图说明

图1为本发明实施例中一种超重大跨度桥梁连续快速顶推施工工艺的流程步骤示意图；

图2本发明实施例中顶推施工工艺中相关辅助装置的整体结构示意图；

图3为本发明实施例中顶推施工工艺中相关辅助装置的结构主视图；

图4为本发明实施例顶推施工工艺中相关辅助装置的俯视图；

图5为本发明实施例中顶推施工工艺中相关辅助装置的左视图；

图6为本发明实施例中顶推施工工艺中相关辅助装置的分解示意图；

图7为本发明实施例中永久支座和临时支撑支座的结构示意图；

图8为本发明实施例中顶推驱动装置的结构示意图；

图9为本发明实施例中顶推驱动装置的主视图；

图10为本发明实施例中顶推驱动装置的俯视图；

图11为本发明实施例中导向纠偏装置的结构示意图；

图12为本发明实施例中滑动支撑装置的结构示意图；

图13为本发明实施例中顶推施工工艺中相关辅助装置的作业初始状态示意图；

图14为本发明实施例中预备进行顶推的作业状态示意图；

图15为本发明实施例中箱梁完成跨线顶推的作业状态示意图；

图16为本发明实施例中箱梁完成顶推就位的作业状态示意图；

图17为本发明实施例中箱梁有临时钢支撑墩过渡到永久桥墩进行支撑的作业状态示意图；

图18为本发明实施例中拆除相关辅助装置后的作业状态示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：

1-桥梁支撑结构，包括：11-永久桥墩、12-临时钢支撑墩、13-临时支架、14-永久支座、15-临时支撑支座；

2-梁体，包括：21-主梁、22-前导梁、23-后导梁；

3-顶推驱动装置，包括：31-电机、32-减速机、33-齿轮、34-齿条、35-滑动轮、36-固定架、37-浮动架、38-齿条支撑架、39-铰链、

4-滑动支撑装置，包括：41-复合钢板、42-滑板、43-上支撑板、44-橡胶垫、45-下支撑板；

5-导向纠偏装置，包括：51-纠偏支架、52-纠偏轮、53-推力油缸；

6-顶升油缸；

7-临时塔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1-18所示，本发明提供一种超重大跨度桥梁连续快速顶推施工工艺，包括如下步骤：

S100：施工完成桥梁支撑结构1；

S200：安装永久支座14、临时支撑支座15、顶升油缸6及滑动支撑装置4；

S300：施工完成梁体2及临时塔7的组装；

S400：安装顶推驱动装置3、导向纠偏装置5及监测控制单元；

S500：进行顶推施工作业，通过监测控制单元监测梁体2顶推位移相关数值，控制顶推驱动装置以齿轮齿条啮合驱动方式带动梁体2按照设定参数进行滑动位移，控制导向纠偏装置5对梁体2进行纠偏；

S600：完成顶推作业体系到调整梁底纵坡作业体系的切换工作，临时结构拆除，永久支座固结。

通过本发明的顶推施工工艺，可以实现在一个铁路时间窗口两个小时内完成桥梁的跨线，在顶推过程梁体无需顶升，对梁体2有较好的保护，避免梁体2在顶升过程中出变形或产生内部缺陷。

其中，在步骤S100中，桥梁支撑结构1的施工包括如下步骤：

S110：按设计要求在指定点完成永久桥墩11的桩基施工和桥墩浇筑；

S120：对地面进行平整压实，消除地基的塑性变形，完成后安装临时钢支撑墩12；

S130：组装临时支架13，其高程与临时钢支撑墩12相同，并通过在顶部设置纵梁将临时支架13和临时钢支撑墩12连为一体。

在进行步骤S110和步骤S120施工时，所述永久桥墩11的整体高程控制根据纵坡，将梁底线型设计为斜直线。

在步骤S200中，相关安装施工步骤包括：

S210:在临时钢支撑墩12顶部相应处安装临时支撑支座15，所述临时支撑支座15具有水平及竖向转动的功能；

S220：在永久桥墩11顶部相应处安装永久支座14及顶升油缸6；所述永久支座1顶部设有预埋板，其高程低于临时支撑支座15高程；

S230：沿沿纵向在多组临时支撑支座15顶部安装滑动支撑装置4，包括在临时支撑支座15固定安装下支撑板45，在下支撑板45顶部设有的通槽内安装橡胶垫44，在将上支撑板43顶部嵌入通槽，并在上支撑板43顶部的凹槽内固定安装滑板42。

在步骤S300中，相关安装施工步骤包括：

S310：施工完成主梁21浇筑工作，并在主梁21顶部预埋复合钢板41，使复合钢板41与滑板42接触形成摩擦副；

S320：在主梁21前后端分别固定安装前导梁22及后导梁23，三者宽度一致；

S330：在主梁21安装固定临时塔7，并利用钢索分别将前导梁22、后导梁23与临时塔7连接，避免在悬空时，前导梁22、后导梁23因重力导致结构出现弯曲变形。

在步骤S400中，相关安装施工步骤包括：

S410：在纵梁上安装固定齿条支撑架38，并在齿条支撑架38安装固定齿条34；

S420：在后导梁23两侧固定安装支撑架，在支撑架上上固定安装固定架36，在固定架36内侧通过铰链39铰接设有浮动架37，在浮动架37上分别安装电机31、减速机32，在减速机32输出轴上安装齿轮33，并使齿轮33与齿条34啮合；在浮动架37底部安装滑动轮35，并使动轮35与齿条34外侧接触；

S430：在临时钢支撑墩12顶部两端对称安装设有纠偏支架51，并在纠偏支架5上分别安装纠偏轮52和推力油缸53，使纠偏轮52与梁体1侧边接触；

S440：安装监测控制单元，包括在梁体上安装监控模块，通过在梁体1上多个部位安装位移传感器、加速度传感器及应力传感器，用以监测梁体(2)的纵向位移、横向位移、竖向位移、纵向速度、纵向加速度、各关键节点应力值，并将监控模块、控制模块、中央处理模块进行通信连接。

在步骤S500中，所述顶推施工的步骤包括：

S510：进行试顶推运行，监测控制单元控制电机31及减速机32输出动力，带动齿轮33正反转，通过与齿条34啮合，使梁体2前后行进，检测相关装置运行是否正常；

S520：完成试顶推运行工作后，监测控制单元将监测值与设定阈值进行比较，控制顶推驱动装置3输出动力，使齿轮33与齿条34啮合，对梁体进行顶推，并通过滑动支撑装置4进行滑动；

S530：监测梁体2横向偏移超出阈值后，监测控制单元控制电机31停止运转，将梁体2锁停，控制推力油缸53推动梁体2回正；

S540：梁体2回正后，推力油缸53缩回活塞杆，监测控制单元控制顶推驱动装置3对梁体2进行顶推作业，直至将梁体2顶推至设定位置。

在步骤S600中，相关施工的步骤包括：

S610:监测控制单元控制顶升油缸6升起，对梁体2进行举托，使梁体2与临时支撑支座15脱离并调整梁体2的梁底纵坡；

S620：拆除前导梁22、后导梁23、顶推驱动装置3及导向纠偏装置5等辅助装置；

S630：监测控制单元控制顶升油缸6将主梁21体落梁至永久支座14上，通过焊接的方式将预埋板与主梁21底部固定连接，完成顶推作业体系到调整梁底纵坡作业体系的切换工作，实现永久支座14的固结状态。

本发明实施例中，所述顶推驱动装置3包括对称固定设于后导梁23两侧的驱动组件，所述驱动组件输出动力驱动齿轮33与齿条34啮合，所述齿条34沿纵向对称布设于梁体2两侧，通过齿条支撑架38固定设于临时钢支撑墩12及临时支架13顶部，其中，所述齿条34通过螺栓连接固定设与在齿条支撑架38上，齿条支撑架38设于临时钢支撑墩12顶部纵梁上，通过齿条支撑架梁38调整齿条34的线性度和平行度，以保证齿条34按设计要求布置。所述驱动组件包括支撑架、电机31、减速机32及滑动轮35；其中，所述支撑架包括固定架36，与固定架36内侧通过铰链39实现铰接的浮动架37；所述固定架36通过设于后导梁23两侧的安装架实现与后导梁23固定连接。所述滑动轮35转动设于浮动架37底部，其与齿条34外侧接触；通过与齿轮33配合使用，将齿条34夹在滑动轮35和齿轮33之间，可以保证齿轮33始终与齿条34啮合；在梁体2移动过程中，齿轮33始终与齿条34啮合始终与齿条34配合，通过浮动支架37左右浮动，能自适应齿条34与齿轮33的啮合。所述电机31固定设于浮动架37上，其通过减速机32放大扭矩驱动齿轮33与齿条34啮合，从而带动梁体2行进；其中电机31采用一机一备原则进行设置，为双电机设置，与减速机32配合使用，在顶推驱动装置工作过程中，可以防止电机故障导致系统瘫痪，确保系统的稳定性。

本发明实施例中，所述导向纠偏装置5包括纠偏支架51、纠偏轮52及推力油缸53。所述纠偏支架51固定设于临时钢支撑墩12顶部，位于梁体2两侧。所述纠偏轮52转动设于纠偏支架51内侧，并与梁体2两侧接触，在梁体2滑动时对其进行限位导向，防止梁体2横向偏移。所述推力油缸53固定设于纠偏支架51上，其与监测控制单元通信连接，在检测到梁体2横向偏移超出阈值后，监测控制单元控制推力油缸53驱动活塞杆伸出，将梁体横向顶推到安全值范围内。优选地，所述推力油缸53活塞杆顶部设有缓冲层，可采用橡胶等缓冲材料制成，通过设有缓冲层，避免与梁体2刚性接触。

本发明实施例中，为实现大吨位梁体的顶推行进，通过在梁体1与桥梁支撑结构1之间设有滑动支撑装置4以减小摩擦力。所述滑动支撑装置4包括复合钢板41、滑板42、上支撑板43、橡胶垫44及下支撑板45。所述复合钢板41设有多组，其沿纵向固定设于梁体1底部，其包括基础钢板和不锈钢板，所述不锈钢板与基础钢板面整面贴合，可通过爆炸焊接或压制等工艺形成，以此保证不锈钢板与基础钢板完全紧密贴合，防止在滑动过程中不锈钢板因摩擦力过大而出现脱落现象，避免了因传统方式中不锈钢板与基础钢板采用周围焊接方式连接，导致中间部分未紧密连接，从而出现受到外力时发生卷曲或脱落现象。所述下支撑板45固定设于临时钢支撑架12顶部，其顶部开有通槽，通槽槽底嵌设有橡胶垫44；所述上支撑板43为T型结构，其底部与通槽的槽宽相适配并嵌入通槽内，其顶部开有凹槽，所述凹槽内固定设有滑板42；所述滑板42与复合钢板41形成摩擦副，摩擦系数小，从而减小顶推力。本发明实施例中，通过上支撑板43和及下支撑板45配合，可将顶推力传递到临时钢支撑架12上，同时所述梁体2的重量可依次通过复合钢板41、滑板42、上支撑板43、橡胶垫44、下支撑板45传递到临时钢支撑架12上，其中，所述橡胶垫44可起到竖向承载的自动调节功能，可以保证各个支撑结构受力均匀，防止梁体2的局部点受力情况。

本发明的快速顶推施工工艺，可以实现在一个铁路时间窗口两个小时内完成桥梁的跨线，在顶推过程梁体2无需顶升，对梁体2有较好的保护，避免梁体2在多次顶升过程中出体变形或产生内部缺陷。

本发明的快速顶推施工工艺，采用齿轮齿条传动结合滑动支座式支撑结构的快速顶推实施工艺，其顶推速度可大于30m/h，整体顶推工艺简单，可实现一次性落梁，无需顶升，连续快速顶推，顶推过程实时监测，动态纠偏。

本发明的快速顶推施工工艺，采用齿轮齿条结构传动，传动精度高、效率高，运动平稳，可实现桥梁在顶推任意位置实现自锁及梁体的正反向顶推。

本发明的快速顶推施工工艺，齿条布置在临时钢支撑墩12及临时支架13上，顶推过程中顶推水平力分散在临时钢支撑墩12及临时支架13上，对临时钢支撑墩12的产生的水平力推力较小，保证了整体系统的结构稳定，使梁体1的顶推作业安全可靠。

本发明的快速顶推施工工艺，所述电机31采用变频电机驱动，通过PLC进行控制，使顶推速度可在设计范围内任意调节，也可通过调节左右驱动装置的频率来实现梁体主动纠偏。

本发明的快速顶推施工工艺，通过监控控制单元对梁体1的位移、速度、加速度、内应力等传感器所采集的各种信息的归纳、分析、整理，实现桥梁顶推过程中的动态监测与智能控制的一体化，并实现自动纠偏、自动就位及过载报警保护。

本发明的快速顶推施工工艺，通过采用滑动支撑装置4，使梁体2滑动时摩擦系数小于等于0.03，使顶推驱动装置3输出的顶推力小，对梁体2结构安全起到保护作用。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。