CN110468734A - 钢拱肋顶推系统及钢拱肋顶推施工方法 - Google Patents
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Abstract
钢拱肋顶推系统及钢拱肋顶推施工方法，以有效减少拱肋高空吊装作业所带来的安全风险，提高拱桥施工效率，减少大型起重设备及桥位支架等附属工程量，从而节省工程投资。在钢拱肋两端的拱脚处设置用于拼装钢拱肋预制节段的左侧拼装顶推台座、右侧拼装顶推台座，左侧拼装顶推台座、右侧拼装顶推台座的顶端固定设置滑道梁，滑道梁顶面与钢拱肋底轮廓曲线相吻合，且设置作用于钢拱肋节段的顶推装置和止推装置。左侧拼装顶推台座、右侧拼装顶推台座之间于顺桥向若干点处设置的临时支墩，各临时支墩墩顶设置作用于钢拱肋节段底面上的滑移或者滚动装置，滑移或者滚动装置的作用点位于钢拱肋节段两侧腹板下。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁施工装置和施工方法，特别涉及一种将拱肋沿曲线切向顶推的系统及拱肋安装方法。
背景技术
顶推法多应用于等截面连续梁桥和斜拉桥的施工。梁体在桥头逐段浇筑或拼装，用千斤顶纵向顶推，使梁体通过各墩顶的临时支撑点就位。顶推法具有施工效率高，对桥梁下部的空间干扰少等优点，常用于直线桥梁施工，顶推作业在水平面内。
而对以拱肋作为主要受力的拱桥而言，拱肋是空间曲线构件，目前采用的施工方法主要有支架拼装法、斜拉扣挂悬拼法、转体法等。支架拼装法需要在拱肋下方搭设临时支架，施工工期长、拱架用钢量多、搭设及拆除工作量大，适用小跨径、浅水区的桥梁；斜拉扣挂悬拼法需搭设较高的塔架，配备大吨位缆索吊装系统，节段吊装及拼接均为高空作业，安全风险较高、临时工程量大，适用于中、大跨径钢拱肋(尤其是钢管混凝土拱桥或劲性骨架)的安装；转体法施工也需搭设低位支架和转体塔架，平转需要设置转盘，竖转需要设置临时铰等构造，在支架上拼装拱肋，然后利用塔架扣挂提起半跨拱肋使之脱离支架，并平面转体或竖向转体使拱肋就位、然后吊装合龙段合龙，转体法施工步骤多，转体过程风险较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种钢拱肋顶推系统，以有效减少拱肋高空吊装作业所带来的安全风险，提高拱桥施工效率，减少大型起重设备及桥位支架等附属工程量，从而节省工程投资。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的钢拱肋顶推系统，其特征是：在钢拱肋两端的拱脚处设置用于拼装钢拱肋预制节段的左侧拼装顶推台座、右侧拼装顶推台座，左侧拼装顶推台座、右侧拼装顶推台座的顶端固定设置滑道梁，滑道梁顶面与钢拱肋底轮廓曲线相吻合，且设置作用于钢拱肋节段的顶推装置和止推装置；左侧拼装顶推台座、右侧拼装顶推台座之间于顺桥向若干点处设置的临时支墩，各临时支墩墩顶设置作用于钢拱肋节段底面上的滑移或者滚动装置，滑移或者滚动装置的作用点位于钢拱肋节段两侧腹板下。
所述钢拱肋底轮廓曲线为圆弧线或者近似圆弧线，钢拱肋由左半拱、右半拱在拱顶部位合龙而成，左半拱、右半拱各包括若干相对称的钢拱肋预制节段。
本发明所要解决的另一技术问题是提供采用上述钢拱肋顶推系统的钢拱肋顶推施工方法，包括如下步骤：
①在左侧拼装顶推台座、右侧拼装顶推台座低位区分别拼装左半拱第一节段、右半拱第一节段，将导梁固结于左半拱第一节段和右半拱第一节段的前端；
②在滑道梁低端安装千斤顶，以滑道梁作反力架，沿钢拱肋底轮廓曲线向上顶推左半拱第一节段、右半拱第一节段至预定位置，并启动止推装置将其临时锁定，然后撤回千斤顶；
③在空出的左侧拼装顶推台座、右侧拼装顶推台座低位区分别拼装左半拱第二节段、右半拱第二节段，且分别与左半拱第一节段、右半拱第一节段固结形成左半拱联合节段、右半拱联合节段；
④将上个阶段撤回的千斤顶分别与左半拱第二节段和右半拱第二节段相连接，以滑道梁作反力架，沿钢拱肋底轮廓曲线向上顶推左半拱联合节段、右半拱联合节段至预定位置，并启动止推装置将其临时锁定，然后撤回千斤顶；
⑤重复上述步骤，直至左半拱、右半拱拼装完成并顶推构至两侧导梁的前段相遇，逐步拆除导梁，固结左半拱、右半拱拱顶连接缝合龙，固结左半拱、右半拱拱脚，形成无铰拱，完成钢拱肋体系转换。
本发明的有效效果是，在左侧拼装顶推台座、右侧拼装顶推台座低位区拼装钢拱肋预制节段，分段顶推至设计位置后再将其连接为整体结构，主要施工面集中在拱脚位置，避免了大规模的高空高难度作业，可有效避免拱肋高空吊装作业所带来的安全风险，且大大提高了拱桥施工效率，缩短施工工期；减少大型起重设备及临时支架等附属工程量，从而节省工程造价。
附图说明
本说明书包括如下十三幅附图：
图1是本发明钢拱肋顶推系统的立面示意图(顶推最大悬臂阶段)；
图2是本发明钢拱肋顶推系统的立面示意图(拱脚合龙阶段)；
图3是本发明钢拱肋顶推系统中的滑移装置的结构示意图；
图4是本发明钢拱肋顶推系统中的滑移装置的安装方式示意图；
图5是本发明钢拱肋顶推系统中的滚动装置的结构示意图；
图6至图13是本发明钢拱肋顶推施工方法的过程示意图。
图中示出构件名称及所对应的标记：左侧拼装顶推台座A、右侧拼装顶推台座B、钢拱肋底轮廓曲线C、施工平台10、临时支墩11、滑道梁12、导梁13、滑移或者滚动装置14、千斤顶15、钢垫块16、曲面厚钢板 17、不锈钢板18、滑板19、左半拱第一节段21a、右半拱第一节段21b、左半拱第二节段22a、右半拱第二节段22b、左半拱第三节段23a、右半拱第三节段23b、左半拱第四节段24a、右半拱第四节段24b、支座30、横臂31、滚轮32。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
参照图1和图2，本发明的钢拱肋顶推系统，在钢拱肋两端拱脚处设置用于拼装钢拱肋预制节段的左侧拼装顶推台座A、右侧拼装顶推台座 B，左侧拼装顶推台座A、右侧拼装顶推台座B的顶端固定设置滑道梁 12，滑道梁12顶面与钢拱肋底轮廓曲线C相吻合，且设置作用于钢拱肋节段的顶推装置和止推装置。左侧拼装顶推台座A、右侧拼装顶推台座B 之间于顺桥向若干点处设置的临时支墩11，各临时支墩11墩顶设置作用于钢拱肋节段底面上的滑移装置或者滚动装置，各滑移装置或者滚动装置的作用点位于钢拱肋节段两侧腹板下。在左侧拼装顶推台座A、右侧拼装顶推台座B低位区拼装钢拱肋预制节段，分段顶推至设计位置后再将其连接为整体结构，主要施工面集中在拱脚位置，避免了大规模的高空高难度作业，可有效避免拱肋高空吊装作业所带来的安全风险，且有利提高拱桥施工效率。减少大型起重设备及临时支架等附属工程量，从而节省工程投资。
参照图2，所述钢拱肋底轮廓曲线C为圆弧线或者近似圆弧线，钢拱肋由左半拱、右半拱在拱顶部位合龙而成，左半拱、右半拱各包括若干相对称的钢拱肋预制节段。
参照图1和图2，所述左侧拼装顶推台座A、右侧拼装顶推台座B和临时支墩11设置于施工平台10上，其中一临时支墩11设置于跨中位置，其余临时支墩11在其两侧对称设置。所述施工平台10可以是栈桥，或者是已完成的桥梁主梁，也可以是经过处理的岩土或者岩石地基。所述顶推装置为千斤顶15，安装于滑道梁12的低端，以施工平台10作反力架。所述止推装置设置于左侧拼装顶推台座A、右侧拼装顶推台座B的高端，位于滑道梁12两侧，对顶推到位的钢拱肋预制节段进行临时止推，防止其下滑。
参照图3和图4，所述滑移装置或者滚动装置14为由钢垫块16、曲面厚钢板17、不锈钢板18和滑板19构成的滑移装置，钢垫块16与临时支墩11固定连接，曲面厚钢板17焊接于钢垫块16的顶部，不锈钢板18 嵌套在曲面厚钢板17顶面上，滑板19放置在不锈钢板18顶面上。
参照图5，所述滑移装置或者滚动装置14也可以采用由支座30、横臂31和滚轮32构成的滚动装置，支座30固定安装在临时支墩11墩顶上，横臂31中部与支座30形成铰接，滚轮32间隔安装在横臂31的顶面上。
参照图6至图13，本发明的钢拱肋顶推施工方法，包括如下步骤：
①在左侧拼装顶推台座A、右侧拼装顶推台座B低位区分别拼装左半拱第一节段21a、右半拱第一节段21b，在高位区将导梁13固结于左半拱第一节段21a和右半拱第一节段21b的前端；
②在滑道梁12低端安装千斤顶15，以顶推平台10作反力架，沿钢拱肋底轮廓曲线C向上顶推左半拱第一节段21a、右半拱第一节段21b至预定位置，并启动止推装置将其临时锁定，然后撤回千斤顶15；
③在空出的左侧拼装顶推台座A、右侧拼装顶推台座B低位区分别拼装左半拱第二节段22a、右半拱第二节段22b，且分别与左半拱第一节段21a、右半拱第一节段21b固结形成左半拱联合节段、右半拱联合节段；
④将上个阶段撤回的千斤顶15分别与左半拱第二节段22a和右半拱第二节段22b相连接，以滑道梁12作反力架，沿钢拱肋底轮廓曲线C向上顶推左半拱联合节段、右半拱联合节段至预定位置，并启动止推装置将其临时锁定，然后撤回千斤顶15；
⑤重复上述步骤，直至左半拱、右半拱拼装完成并顶推构至两侧导梁 13的前段相遇，逐步拆除导梁13，固结左半拱、右半拱拱顶连接缝合龙，固结左半拱、右半拱拱脚，形成无铰拱，完成钢拱肋体系转换。
实施例：
新建高铁“清水坪乌江特大桥”的设计与施工。该桥梁为钢拱肋加劲的三跨钢桁连续梁，跨径组合为(96+240+96)m，拱肋为圆弧拱，拱肋矢高45.6m。
将传统的全支架拼装施工方法、矮支架节段拼装后竖向转体施工方法、斜拉扣挂方法与本申请提出的钢拱肋顶推施工方法在用钢量、所需设备、施工周期、施工安全性等方面比较如下：
全支架节段拼装方案预计施工措施用钢量为450t，需配置大型起吊设备，施工工期为5个月，预计投资为447.5万元；需要在高位支架上开展长时间、大面积的工作，施工风险高。
拱肋竖转方案的施工措施用钢量为500吨，扣索60t，拱肋现场安装 (含节段卧式拼装)工期需4个月，预计投资605.6万元；拱脚需设置竖转铰，扣索端部需锚固在上弦杆端部，构造复杂；同时竖转设备设置在扣塔顶部，需进行高空高难度作业，施工难度大，施工风险高。
拱肋斜拉扣挂法方案的施工措施用钢量为400吨，扣索80t，缆索吊系统40t，拱肋现场安装(含节段卧式拼装)工期需4个月，预计投资1000.9 万元；需要设置临时扣塔，另外边跨临时扣索锚固在边跨桁梁的上翼缘，中跨临时扣索锚固在已架设拱肋的上翼缘，扣索端部需锚固在上弦杆端部，构造复杂；另外本方案还要设置缆索吊系统，需进行高空高难度作业，施工难度大，施工风险高。
钢拱肋顶推施工方法的施工措施用钢量400吨，拱肋现场安装工期需 2.5个月，预计投资363.7万元。主要施工面集中在拱脚位置，避免了大规模的高空高难度作业，施工难度及施工风险均相对较低。
由此可以，本申请提出的钢拱肋顶推施工方法在避免大规模的高空高难度作业、降低安全风险、提高拱桥施工效率、缩短施工工期、节省工程造价、减少大型起重设备及临时支架等附属工程量等方面具有突出的优势。
本实施例中，将左半拱、右半拱各划分为左、右对称的五个拱段，即左半拱由左半拱第一节段21a、左半拱第二节段22a、左半拱第三节段23a、左半拱第四节段24a和左半拱第五节段构成，右半拱右半拱第一节段21b、右半拱第二节段22b、右半拱第三节段23b、右半拱第四节段24b和右半拱第五节段构成。
施工过程如下：
1.参照图6，将工厂预制成型的导梁13运输至左侧拼装顶推台座A、右侧拼装顶推台座B处，且吊装放置在高位区域，导梁13平面内投影不侵入拱肋范围，其尖端向前上，连接接头向后下；然后吊装左半拱第一节段21a、右半拱第一节段21b于左侧拼装顶推台座A、右侧拼装顶推台座 B的低位区，与导梁13精准对位并连接；
2，参照图7，将千斤顶15布置于左半拱第一节段21a、右半拱第一节段21b的拱脚方向端面上，以滑道梁12作反力架，向上顶推左半拱第一节段21a、右半拱第一节段21b，使左半拱第一节段21a、右半拱第一节段21b滑移至滑道梁12高位区，导梁13到达左侧拼装顶推台座A、右侧拼装顶推台座B外侧第一个临时支墩11墩顶，启用滑移装置以便导梁 13在墩顶上滑移，到达预定位置后启动止推装置将其临时锁定左半拱第一节段21a、右半拱第一节段21b，将千斤顶15撤回拱脚处；
3.参照图8，对已顶推至预定位置的左半拱第一节段21a、右半拱第一节段21b进行横桥向位置精确调整；将左半拱第二节段22a、右半拱第二节段22b吊装至于左侧拼装顶推台座A、右侧拼装顶推台座B的低位区，精准对位左半拱第一节段21a与左半拱第二节段22a、右半拱第一节段21b与右半拱第二节段22b的连接接头，将左半拱第一节段21a与左半拱第二节段22a、右半拱第一节段21b与右半拱第二节段22b固结成联合节段；
4，参照图9，将千斤顶15布置于联合节段的拱脚方向端面上，顶推联合节段至预定位置，前端导梁13抵达下一个临时支墩11墩顶，启动止推装置将联合节段临时锁定，将千斤顶15撤回拱脚处。
5.参照图10，将左半拱第三节段23a、右半拱第三节段23b吊装至于左侧拼装顶推台座A、右侧拼装顶推台座B的低位区，精准对位左半拱第二节段22a与左半拱第三节段23a、右半拱第二节段22b与右半拱第三节段23b的连接接头，将左半拱第二节段22a与左半拱第三节段23a、右半拱第二节段22b与右半拱第三节段23b固结成新的联合节段；
6.参照图11，将千斤顶15布置于联合节段的拱脚方向端面上，顶推联合节段至预定位置，前端导梁13抵达下一个临时支墩11墩顶，启动止推装置将联合节段临时锁定，将千斤顶15撤回拱脚处。
7.参照图12，将左半拱第四节段24a、右半拱第四节段24b吊装至于左侧拼装顶推台座A、右侧拼装顶推台座B的低位区，精准对位左半拱第三节段23a与左半拱第四节段24a、右半拱第三节段23b与右半拱第四节段24b的连接接头，将左半拱第三节段23a与左半拱第四节段24a、右半拱第三节段23b与右半拱第四节段24b固结成新的联合节段；
8.参照图12，将千斤顶15布置于联合节段的拱脚方向端面上，对左半拱、右半拱的联合节段进行差异顶推，当左半拱第一节段21a抵达跨中临时支墩11墩顶时，拆除其前端导梁13，待右半拱第一节段21b前端抵达跨中临时支墩11墩顶时，拆除其前端导梁13，焊接连接左半拱第一节段21a与右半拱第一节段21b，拱顶形成连续结构；
9.参照图13，在左侧拼装顶推台座A、右侧拼装顶推台座B上安装左半拱第五节段、右半拱第五节段，且将其与拱座(当采用梁拱组合体系时为主梁)及跨中侧拱肋均进行固结，全桥拱肋形成无铰拱，完成钢拱肋体系转换。
以上所述只是用图解说明本发明钢拱肋顶推系统及钢拱肋顶推施工方法的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。
Claims (10)
1.钢拱肋顶推系统，其特征是：在钢拱肋两端的拱脚处设置用于拼装钢拱肋预制节段的左侧拼装顶推台座(A)、右侧拼装顶推台座(B)，左侧拼装顶推台座(A)、右侧拼装顶推台座(B)的顶端固定设置滑道梁(12)，滑道梁(12)顶面与钢拱肋底轮廓曲线(C)相吻合，且设置作用于钢拱肋节段的顶推装置和止推装置；左侧拼装顶推台座(A)、右侧拼装顶推台座(B)之间于顺桥向若干点处设置的临时支墩(11)，各临时支墩(11)墩顶设置作用于钢拱肋节段底面上的滑移或者滚动装置(14)，各滑移装置或者滚动装置的作用点位于钢拱肋两侧腹板下。
2.如权利要求1所述的钢拱肋顶推系统，其特征是：所述钢拱肋底轮廓曲线(C)为圆弧线或者近似圆弧线，钢拱肋由左半拱、右半拱在拱顶部位合龙而成，左半拱、右半拱各包括若干相对称的钢拱肋预制节段。
3.如权利要求1所述的钢拱肋顶推系统，其特征是：所述左侧拼装顶推台座(A)、右侧拼装顶推台座(B)和临时支墩(11)设置于施工平台(10)上，其中一临时支墩(11)设置于跨中位置，其余临时支墩(11)在其两侧对称设置；所述施工平台(10)为栈桥或者已完成的桥梁主梁，或者是经过处理的岩土或者岩石地基；所述顶推装置为千斤顶(15)，安装于滑道梁(12)的低端，以拼装平台(10)作反力架；所述止推装置设置于左侧拼装顶推台座(A)、右侧拼装顶推台座(B)的高端，位于滑道梁(12)两侧。
4.如权利要求1所述的钢拱肋顶推系统，其特征是：所述滑移或者滚动装置(14)为由钢垫块(16)、曲面厚钢板(17)、不锈钢板(18)和滑板(19)构成的滑移装置，钢垫块(16)与临时支墩(11)固定连接，曲面厚钢板(17)焊接于钢垫块(16)的顶部，不锈钢板(18)嵌套在曲面厚钢板(17)顶面上，滑板(19)放置在不锈钢板(18)顶面上。
5.如权利要求1所述的钢拱肋顶推系统，其特征是：所述滑移或者滚动装置(14)为由支座(30)、横臂(31)和滚轮(32)构成的滚动装置，支座(30)固定安装在临时支墩(11)墩顶上，横臂(31)中部与支座(30)形成铰接，滚轮(32)间隔安装在横臂(31)的顶面上。
6.采用如权利要求1至5任意一顶所述钢拱肋顶推系统的钢拱肋顶推施工方法，包括如下步骤：
①在左侧拼装顶推台座(A)、右侧拼装顶推台座(B)低位区分别拼装左半拱第一节段(21a)、右半拱第一节段(21b)，将导梁(13)固结于左半拱第一节段(21a)和右半拱第一节段(21b)的前端；
②在滑道梁(12)低端安装千斤顶(15)，以施工平台(10)作反力架，沿钢拱肋底轮廓曲线(C)向上顶推左半拱第一节段(21a)、右半拱第一节段(21b)至预定位置，并启动止推装置将其临时锁定，然后撤回千斤顶(15)；
③在空出的左侧拼装顶推台座(A)、右侧拼装顶推台座(B)低位区分别拼装左半拱第二节段(22a)、右半拱第二节段(22b)，且分别与左半拱第一节段(21a)、右半拱第一节段(21b)固结形成左半拱联合节段、右半拱联合节段；
④将上个阶段撤回的千斤顶(15)分别与左半拱第二节段(22a)和右半拱第二节段(22b)相连接，以滑道梁(12)作反力架，沿钢拱肋底轮廓曲线(C)向上顶推左半拱联合节段、右半拱联合节段至预定位置，并启动止推装置将其临时锁定，然后撤回千斤顶(15)；
⑤重复上述步骤，直至左半拱、右半拱拼装完成并顶推构至两侧导梁(13)的前段相遇，逐步拆除导梁(13)，固结左半拱、右半拱拱顶连接缝合龙，固结左半拱、右半拱拱脚，形成无铰拱，完成钢拱肋体系转换。
7.如权利要求6所述的钢拱肋顶推施工方法，其特征是：所述步骤①中，首先将工厂预制成型的导梁(13)运输至左侧拼装顶推台座(A)、右侧拼装顶推台座(B)处，且吊装放置在高位区域，导梁(13)平面内投影不侵入拱肋范围，其尖端向前上，连接接头向后下；然后吊装左半拱第一节段(21a)、右半拱第一节段(21b)于左侧拼装顶推台座(A)、右侧拼装顶推台座(B)的低位区，与导梁(13)精准对位并连接；所述步骤②中，千斤顶(15)布置于左半拱第一节段(21a)、右半拱第一节段(21b)的拱脚方向端面上，以拼装平台(10)作反力架，向上顶推左半拱第一节段(21a)、右半拱第一节段(21b)，使左半拱第一节段(21a)、右半拱第一节段(21b)滑移至滑道梁(12)高位区，导梁(13)到达左侧拼装顶推台座(A)、右侧拼装顶推台座(B)外侧第一个临时支墩(11)墩顶，启用滑移装置以便导梁(13)在墩顶上滑移，到达预定位置后启动止推装置将其临时锁定左半拱第一节段(21a)、右半拱第一节段(21b)，将千斤顶(15)撤回拱脚处。
8.如权利要求6所述的钢拱肋顶推施工方法，其特征是：所述步骤③中，对已顶推至预定位置的左半拱第一节段(21a)、右半拱第一节段(21b)进行横桥向位置精确调整；将左半拱第二节段(22a)、右半拱第二节段(22b)吊装至于左侧拼装顶推台座(A)、右侧拼装顶推台座(B)的低位区，精准对位左半拱第一节段(21a)与左半拱第二节段(22a)、右半拱第一节段(21b)与右半拱第二节段(22b)的连接接头，将左半拱第一节段(21a)与左半拱第二节段(22a)、右半拱第一节段(21b)与右半拱第二节段(22b)固结成联合节段；所述步骤④中，千斤顶(15)布置于联合节段的拱脚方向端面上，顶推联合节段至预定位置，前端导梁(13)抵达下一个临时支墩(11)墩顶，启动止推装置将联合节段临时锁定左半拱第一节段(21a)、右半拱第一节段(21b)，将千斤顶(15)撤回拱脚处。
9.如权利要求6所述的钢拱肋顶推施工方法，其特征是：所述步骤⑤中，拱顶合龙过程中对左半拱、右半拱进行差异顶推，当左半拱第一节段(21a)抵达跨中临时支墩(11)墩顶时，拆除其前端导梁(13)，待右半拱第一节段(21b)前端抵达跨中临时支墩(11)墩顶时，拆除其前端导梁(13)，焊接连接左半拱第一节段(21a)与右半拱第一节段(21b)，拱顶形成连续结构。
10.如权利要求6所述的钢拱肋顶推施工方法，其特征是：所述步骤⑤中，在左侧拼装顶推台座(A)、右侧拼装顶推台座(B)上安装左半拱最后节段、右半拱最后节段，且将其与拱座或者主梁及跨中侧拱肋均进行固结，完成钢拱肋体系转换。
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