基于桥梁顶推施工的导梁控制技术分析
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摘要：在桥梁工程中，顶推施工是一种常见的技术方案，其中导梁结构的设置是否合理，直接影响整个施工进程。本文结合工程案例，首先
指出顶推施工技术特点，然后分析了导梁偏移的原因，最后总结了导梁控制技术要点，以供参考。
关键词：桥梁;顶推施工;导梁控制;技术要点
顶推施工法，就是先对梁体进行浇筑或拼装，然后利用顶推设备实现纵向移动，最终促使梁体就位。近年来，国家在基础设施建设上的投入力度加大，顶推施工在桥梁工程中的应用更加普遍。现场施工中，如何精准控制导梁的移动方向和速度，成为技术人员关注的要点，也是影响施工成败的关键[1]。以下结合实践，探讨了基于有限元建模条件下的导梁控制技术。
1 工程概况
以国内某铁路桥梁工程为例，在铁路桩号为K1005+227处，采用3×32m的预应力混凝土连续箱梁实现跨越，主墩编号为85#、86#，桥梁和铁路的交叉角度约为85°。该桥梁工程建设采用顶推施工法，钢导梁材质选用Q345D钢板，截面形式是双工字型格构，总长度为20m，顶板、底板厚度均为24mm，腹板厚度为36mm。导梁和主梁的连接处，有5.9m采用等截面，高度为2.8m;其余14.1m采用变截面，高度为1.3m～2.8m。在导梁端部设置支座横梁，方便千斤顶进行顶升作业，边推移边抬高，促使梁体接触墩顶滑道。此外，导梁顶推过程中，对底部进行绝缘处理，能避免对已有线路造成影响。
2 桥梁顶推施工技术特点
2.1 适用范围
顶推施工法的施工节段一般在10m～30m之间，每个节段施工周期为7～10天，适用于[2]：1中等跨径的简支梁、连续梁、等截面梁、拱桥纵梁、斜拉桥主梁等。2跨越河谷、公路、铁路情况下，跨度在40m～80m的桥梁工程，孔跨数量一般不低于4 跨，单向顶推总长度在300m;双向顶推最长达到1000m。3 施工场地狭窄，工期紧张，大型架桥机等设备难以进入现场，或者周边交通不便的工程。4既有铁路钢梁结构更换时，不再使用钢结构梁体的工程。
2.2 技术优势
顶推施工法的应用，技术优势如下：1施工用地小，梁体的生产制作可以在工厂内完成，提高构件质量。2 预制梁体节段，能避免高空作业，方便现场施工管理，提高施工安全性。3机械设备简单，不需要大量的起吊机、脚手架，施工期间不会影响正常的交通。4设备、模板等可以循环使用，整个施工期间基本不会出现噪声，满足文明施工、节能环保的要求。
2.3 技术缺点
顶推施工法的应用，其技术缺点如下：1对桥梁结构的几何外形有限制，其中曲线型梁轴、变截面梁段、变坡度桥梁不适用。2顶推作业期间，桥跨结构的受力不断变化，以预应力钢筋为代表的原材料用量增多。3顶推施工最多有两个工作面，会限制施工速度，桥梁长度越大，施工进度越慢。4临时束多，张拉工序繁琐，跨径超过70m施工经济性差。
3 导梁偏移的原因分析
3.1 牵引力因素
顶推施工中，张拉牵引力要求梁体两侧同步进行，且张拉方向和力度大小保持一致。然而在实际作业中，受到参数设计、环境、设备、技术等因素的影响，张拉牵引力可能出现偏差[3]。如果梁体左侧牵引力大于右侧，那么导梁会向左偏移;如果梁体左侧牵引力小于右侧，那么导梁会向右偏移。
3.2 挠度因素
顶推施工中，导梁需要跨越一定跨度，本工程中为20m。导梁在顶推前移过程中，其悬臂长度会不断增加，在重力作用下会导致前端挠度过大。如此一来，导梁和另一侧滑道的对接不准确，从而引起偏移现象。
3.3 线形因素
对导梁进行顶推时，如果定位有误差，或者千斤顶控制有误差，梁体的纵向位置就会偏离原来的设计方向，促使导梁出现纵向偏差。张拉作业中，两侧千斤顶的参数设置有误，或者张拉不同步、方向或大小不一致，导梁在移动过程中就会出现横向偏移。
4 顶推施工中导梁控制技术要点
4.1 有限元建模
利用MidasCivil有限元软件，以施工图纸为准对整个桥梁结构进行建模，分析结构特征、受力特点、计算精度等，建成空间杆系模型。其中，主梁和导梁均采用空间梁单元，将主梁划分为47个单元，长度为1m，使用强度等级为C50的混凝土;导梁划分为22 个单元，使用强度等级为Q345的钢材。
为了分析導梁顶推施工中的偏移情况，选取不利状态下的工况进行比较。依据建立的有限元模型，对导梁顶推过程进行模拟，分析导梁和支架的受力变形特点，避免和实际情况出现偏差，提高现场施工的安全性。在不同工况下，计算导梁在顶推过程中的受力，考虑到临时支架失效的受力特点，以保证计算结果的全面性[4]。结果显示，临时支架、滑道的强度和变形情况，导梁的强度等指标，均满足规范标准和安全要求。
4.2 长度控制
依据以往施工经验，顶推施工时导梁的长度，一般按照顶推跨度的60%～80%进行控制[5]。本工程中，为了保证主梁安全受力，减少对下方铁路通行的干扰，导梁长度按照顶推跨径的1 倍进行控制。该桥梁顶推跨径为19.7m，分别选择12m、16m、20m三种长度方案进行比选，观察导梁、主梁在不利工况下的应力和变形情况。利用有限元软件，建立主梁、导梁有限元模型，计算最大悬臂时的工况。结果显示，导梁的应力较低，变形处于允许范围内，采用长度为20m的导梁，能保证顶推施工的安全性，避免出现偏差问题。
4.3 横向限位控制
在主梁前端设置导梁，随着千斤顶的拖拉作用，导梁、主梁会相应滑移。如果导梁发生偏移，那么主梁也会跟着偏移，因此必须对导梁进行限位控制。本工程中，结合现场实际情况，选用2 种横向限位装置，在施工中交替使用。第1 种限位钢板的厚度为20mm，由双工字钢组成，可对挡板进行横向加固，第2 种钢板挡板的厚度为20mm，是由φ28mm的圆钢、厚度为62mm的钢垫块组成。相比于第1 种，最大的优点是可减少导梁和限位装置之间的摩擦力，而且布置简单、成本更低。
4.4 结论
利用有限元软件建立导梁的力学模型，分析不利工况下临时墩的受力、主梁和导梁的变形等情况，可以为实际施工提供科学依据。计算主梁和导梁的应力比，能避免施工过程中结构出现损坏，提高顶推施工的精准度。
结语
综上所述，在桥梁工程中，顶推施工法应用普遍，虽然具有诸多技术优势，但也存在一些工艺缺点。本文结合实际案例，分析了导梁偏移的原因，主要是牵引力、挠度、线形三个因素的影响。利用有限元分析软件，对导梁进行建模，模拟顶推施工中的受力情况，能实现控制目标，提高施工安全性。
参考文献
[1]刘亚帅.基于桥梁顶推施工的导梁控制技术研究与应用[J].建筑技术开发，2018，（14）：52-53.
[2]姚发海.大跨长联钢桁梁顶推关键技术[J].桥梁建设，2011，（2）：1-4.
[3]封晓平.桥梁顶推法施工的现状及发展趋势[J].交通世界（下旬刊），2018，（9）：122-123.
[4]高雷雷.多滑道顶推技术在大宽高比桥梁施工中的应用[J].施工技术，2018，（4）：85-88.
[5]王晶.关于桥梁施工中顶推施工技术要点的思考[J].价值工程，2017，（26）：131-132.
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