CN114775452A - 一种钢箱梁分体式步履顶推装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢箱梁分体式步履顶推装置及其施工方法，包括滑箱、滑道、三块MGE滑板、四台顶升千斤顶和平移千斤顶。本发明为顶升顶外置的一种步履顶推装置，采用分体式步履顶推通过竖向顶推结合水平滑箱联合完成顶推工作，由于顶升顶外置所以装置的结构高度可大幅降低，这即有利于减小后期的落梁高度及难点，又省却了大量的临时垫墩的加工制造，并且顶升与顶推分两个动作完成，左右纠偏与前进顶推合并一体，顶进过程中通过顶推感应装置反馈数据、监控、内力分析等为一体，不仅能实时监控钢箱梁的顶升工况，而且在顶推平移过程中实时对其轴线位置进行监控，并实时动态纠偏，使顶推钢主梁处于安全的范围内平移，大大提高了其安全性。

Description

一种钢箱梁分体式步履顶推装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁施工技术领域，具体为一种钢箱梁分体式步履顶推装置及其施工方法。

背景技术

随着国家建设的不断推进，跨线桥及跨江河域桥日益增多，在桥梁施工方法中，顶推法为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滑动支座面就位的施工方法，因其施工占地面积少、施工全过程不中断、构造全面性好，且设备及模板能够反复运用，在施工全过程中没有噪音且施工速度更快等优势而被迅速的推广。

现有技术中，如中国专利号为：CN 105696472 A的“一种桥梁顶推滑移装置”，包括其上分别设置有凹槽的上、下支承板，所述上支承板的凹槽内安装有球冠衬板，球冠衬板的上部平面与上支承板的凹槽底部相接触，球冠衬板的下部球面与螺柱的径向端面相契合，所述的螺柱连接锁紧螺母且其上部的凸缘与上支承板的侧壁相接触；所述下支承板的凹槽内安装活塞杆，活塞杆上设置有与下支承板的侧壁形成密封的密封圈，下支承板的侧壁内安装有与活塞杆螺纹连接的限位环，下支承板的底部开有连接液压系统且与所述活塞杆底部的环形流道相通的液压孔，所述的下支承板嵌装在滑道内。但现有技术在实际应用中，施工时因梁底设计高程不一，最高点与最低点的高差较大时，采用传统步履式顶推以无法满足高度变化要求。

所以我们提出了一种钢箱梁分体式步履顶推装置及其施工方法，以便于解决上述中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢箱梁分体式步履顶推装置及其施工方法，以解决上述背景技术提出的施工时因梁底设计高程不一，最高点与最低点的高差较大时，采用传统步履式顶推以无法满足高度变化要求的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种钢箱梁分体式步履顶推装置，包括滑箱、滑道、三块MGE滑板、四台顶升千斤顶和平移千斤顶；

所述滑箱的下表面通过三块MGE滑板与滑道的内侧上表面滑动连接，所述滑箱的内部空腔与平移千斤顶的前端活动安装，且平移千斤顶的后端与滑道的后端内侧固定安装，四台所述顶升千斤顶分别设在滑箱的外侧，所述滑道的两侧分别对称活动安装有千斤顶纠偏部件和钢棒纠偏部件。

优选的，所述滑道包括不锈钢底壳、纠偏反力座和顶推反力座，所述不锈钢底壳的两侧分别固定安装有两个纠偏反力座，且不锈钢底壳的后端与顶推反力座的外侧固定安装。

优选的，每个所述顶升千斤顶均包括堵头、油缸和螺压环，所述油缸的内侧活动插接有活塞，且油缸的前端固定安装有前密封板，所述活塞的前端与螺压环的后端固定安装，所述油缸的后端与堵头的外侧固定安装，且堵头的后端固定安装有螺压板。

优选的，所述千斤顶纠偏部件包括球头a及其一端活动安装的纠偏头a和另一端活动安装的纠偏千斤顶。

优选的，所述钢棒纠偏部件包括球头b及其一端活动安装的纠偏头b和另一端活动安装的钢棒，所述钢棒的一端外侧螺纹连接有圆螺母，且圆螺母的外侧固定安装有钢棒定位环，所述钢棒的另一端螺纹连接有螺母。

优选的，每块所述MGE滑板的两侧顶部均固定安装有限位挡条，且限位挡条的外侧固定安装有纠偏挡条，所述纠偏挡条的外侧与纠偏头a和纠偏头b的内侧活动安装。

一种钢箱梁分体式步履顶推装置的施工方法，包括以下步骤：

S1、安装顶推装置：搭设临时支架及分配梁平台，安装顶推装置，在其上进行钢桥拼装焊接，此时顶推装置的滑箱承受钢桥重量，而竖向的四台顶升千斤顶均不受力，根据钢桥长度计算，每隔5m配置一组顶推装置；

S2、水平顶推：钢桥拼装焊接完成具备顶推时，全桥顶推装置的滑箱同步水平顶推前移，每个前移行程可达500mm；

S3、竖向顶升：到达行程后，竖向的四台顶升千斤顶顶升钢桥使水平的滑箱与钢桥分离，顶升梁体与滑箱脱空，此时全桥重量全部由竖向的四台顶升千斤顶承受，而水平的滑箱不受力；

S4、滑箱回程：竖向的四台顶升千斤顶承受全部重量，水平的滑箱收缩回程，回程后竖向的四台顶升千斤顶均收缩，全桥重量又全部由滑箱承受，依次反复重复此工作至完成钢桥顶进。

优选的，所述顶推装置还包括由多个主控单元和上位机远控所构成的控制系统，所述主控单元由西门子S7-300PLC、开关量扩展模块EM222和模拟量扩展模块EM231、西门子触摸屏组成；所述上位机远控用于联动多个主控单元，其通过RS485网络对每个主控单元进行操作和数据采集。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明为顶升顶外置的一种步履顶推装置，采用分体式步履顶推通过竖向顶推结合水平滑箱联合完成顶推工作，由于顶升顶外置所以装置的结构高度可大幅降低，这即有利于减小后期的落梁高度及难点，又省却了大量的临时垫墩的加工制造；

2、本发明不需要做较多的临时支撑体系，通过竖向千斤顶调整支撑高度，并通过步履顶推设备滑动迁移，摩擦力全部是在顶推装置内部进行，支墩基本不承受水平荷载，节省支架材料，经济效益明显；

3、本发明的分体式步履顶推法施工将顶升与顶推分体布置，顶升与顶推分两个动作完成，左右纠偏与前进顶推合并一体，顶进过程中通过顶推感应装置反馈数据、监控、内力分析等为一体，施工过程中不仅能实时监控钢箱梁的顶升工况，而且在顶推平移过程中实时对其轴线位置进行监控，并实时动态纠偏，分体顶升及顶推对顶推设备要求更为简单化，使顶推钢主梁处于安全的范围内平移，大大提高了其安全性。

附图说明

图1为本发明一种钢箱梁分体式步履顶推装置的立体图；

图2为本发明一种钢箱梁分体式步履顶推装置的侧视图；

图3为本发明一种钢箱梁分体式步履顶推装置的俯视图；

图4为本发明一种钢箱梁分体式步履顶推装置内侧的侧视图；

图5为本发明一种钢箱梁分体式步履顶推装置的安装结构示意图；

图6为本发明一种钢箱梁分体式步履顶推装置纠偏头a的结构示意图；

图7为本发明一种钢箱梁分体式步履顶推装置纠偏头b的结构示意图；

图8为本发明一种钢箱梁分体式步履顶推装置的钢垫板结构布置图；

图9为本发明一种钢箱梁分体式步履顶推装置的主要性能参数统计图；

图10为本发明一种钢箱梁分体式步履顶推装置的每节段顶推时间统计图；

图11为本发明一种钢箱梁分体式步履顶推装置顶升千斤顶的结构示意图。

图中：

1、滑箱；2、滑道；3、MGE滑板；4、顶升千斤顶；5、平移千斤顶；6、千斤顶纠偏部件；7、钢棒纠偏部件；20、不锈钢底壳；21、纠偏反力座；22、顶推反力座；40、螺压板；41、堵头；42、活塞；43、油缸；44、前密封板；46、螺压环；60、球头a；61、纠偏头a；62、纠偏千斤顶；70、球头b；71、纠偏头b；72、钢棒；73、圆螺母；74、钢棒定位环；75、螺母；30、限位挡条；31、纠偏挡条。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施条例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着国家建设的不断推进，跨线桥及跨江河域桥日益增多，但建设过程中由于地理位置、气候、通车通航、桥梁结构等诸多因素的影响，施工过程中既要保证施工进度，又要保证施工安全和质量。传统钢桥步履式顶推施工的技术难处在于，第一：克服由自重产生的摩擦阻力，推动梁体向前移动。第二：分体式步履顶推对于桥梁底部存在预拱度或弧线等不水平桥梁可分段通过分体千斤顶交替调整顶推设备高度，比传统步履式顶推设备适用性更强。由分体式步履顶推装置为顶升顶外置的一种步履顶推装置，由于顶升顶外置所以装置的结构高度可大幅降低，这即有利于减小后期的落梁高度及难点，又省却了大量的临时垫墩的加工制造。通过滑道减少了顶推过程中的滑动摩擦力，同时也克服了钢桥纵坡坡度大、梁底标高弧线等不易施工难。

实施例1

请参阅图1-11，本发明提供一种技术方案：一种钢箱梁分体式步履顶推装置，一种钢箱梁分体式步履顶推装置，其特征在于，包括滑箱1、滑道2、三块MGE滑板3、四台顶升千斤顶4和平移千斤顶5。

滑箱1的下表面通过三块MGE滑板3与滑道2的内侧上表面滑动连接，滑箱1的内部空腔与平移千斤顶5的前端活动安装，且平移千斤顶5的后端与滑道2的后端内侧固定安装，四台顶升千斤顶4分别设在滑箱1的外侧，滑道2的两侧分别对称活动安装有千斤顶纠偏部件6和钢棒纠偏部件7。滑道2包括不锈钢底壳20、纠偏反力座21和顶推反力座22，不锈钢底壳20的两侧分别固定安装有两个纠偏反力座21，且不锈钢底壳20的后端与顶推反力座22的外侧固定安装。

每个顶升千斤顶4均采用YD800/25.5-450型号的千斤顶，且均包括堵头41、油缸43和螺压环46，油缸43的内侧活动插接有活塞42，且油缸43的前端固定安装有前密封板44，活塞42的前端与螺压环46的后端固定安装，油缸43的后端与堵头41的外侧固定安装，且堵头41的后端固定安装有螺压板40。

千斤顶纠偏部件6包括球头a60及其一端活动安装的纠偏头a61和另一端活动安装的纠偏千斤顶62。钢棒纠偏部件7包括球头b70及其一端活动安装的纠偏头b71和另一端活动安装的钢棒72，钢棒72的一端外侧螺纹连接有圆螺母73，且圆螺母73的外侧固定安装有钢棒定位环74，钢棒72的另一端螺纹连接有螺母75。

每块MGE滑板3的两侧顶部均固定安装有限位挡条30，且限位挡条30的外侧固定安装有纠偏挡条31，纠偏挡条31的外侧与纠偏头a61和纠偏头b71的内侧活动安装，组成具有较小摩擦系数的滑动摩擦副，MGE滑板3与滑箱1底面接触来减小滑箱1在移动时的摩擦力。

本实施例的工作原理：分体式步履平移顶推装置采用分离式油顶，工作原理是顶升千斤顶4顶起钢梁，平移千斤顶5进行向前移动和纠偏，千斤顶回油完成一个行程的顶推工作，顶推过程中是一个自平衡的顶推动作过程。

通过竖向顶起钢箱梁，顶推滑箱1置于四处竖向的顶升千斤顶4中间，调整滑箱1标高钢桥拼装焊接完成具备顶推条件时，将竖向的顶升千斤顶4回程下落，使钢桥与滑箱1密贴接触此时竖向的顶升千斤顶4不受力，滑箱1通过自动液压控制系统同步水平推进，完成向前推移并根据实时测量结果调整横向位置，滑箱1达到一个行程时停止工作，此时竖向的顶升千斤顶4顶升钢桥，滑箱1与钢桥分离并完成一个行程的顶推工作及回程，反复进行顶推前进。

分体式步履顶推装置为顶升顶外置的一种步履顶推装置，由于顶升顶外置所以装置的结构高度可大幅降低，这即有利于减小后期的落梁高度及难点，又省却了大量的临时垫墩的加工制造。

一种钢箱梁分体式步履顶推装置的施工方法，具体的包括以下步骤：

步骤一、安装顶推装置：搭设临时支架及分配梁平台，安装顶推装置，在其上进行钢桥拼装焊接，此时顶推装置的滑箱1承受钢桥重量，而竖向的四台顶升千斤顶4均不受力，根据钢桥长度计算，每隔5m配置一组顶推装置。

步骤二、水平顶推：钢桥拼装焊接完成具备顶推时，全桥顶推装置的滑箱1同步水平顶推前移，每个前移行程可达500mm。

步骤三、竖向顶升：到达行程后，竖向的四台顶升千斤顶4顶升钢桥使水平的滑箱1与钢桥分离，顶升梁体与滑箱1脱空，此时全桥重量全部由竖向的四台顶升千斤顶4承受，而水平的滑箱1不受力。

步骤四、滑箱回程：竖向的四台顶升千斤顶4承受全部重量，水平的滑箱1收缩回程，回程后竖向的四台顶升千斤顶4均收缩，全桥重量又全部由滑箱1承受，依次反复重复此工作至完成钢桥顶进。

实施例2

施工工艺流程及操作要点

(1)顶推系统布置

①顶推设备选择

根据顶推建模受力验算，本工程全桥布置多套顶推设备满足受力及相关施工规范要求。顶推过程中单侧最大支点反力最大值为1340t(水中临时墩)、单侧引桥墩最大支点反力为1070t，单个支点采用两套顶推设备，每套顶推设备两个900顶升力支撑油顶。顶推施工过程中具有一定的竖向调节能力(不小于20cm)及水平纠偏能力(不小于10cm)，如图9所示，分体式步履顶推设备的主要性能参数统计图。

根据设计单位要求，顶推应力扩散范围调整为0.8m(横桥向)×1.5m(纵桥向)，故单个顶推设备钢垫梁尺寸为0.8m(横桥向)×1.5m(纵桥向)，单个顶推支撑油顶垫梁为0.8m(横桥向)×0.8m(纵桥向)，如图8所示，钢垫板结构布置图。

(2)顶推系统简介

分体式步履自动化顶推设备由机械系统、液压系统、电控系统组成。

①机械系统

分体式步履千斤顶单个顶推器其水平方向的顶推力为100t，行程500mm；竖向起顶力为450t，起顶行程为200mm；横向纠偏顶的顶力为100t，行程为100mm。

②液压系统

液压系统包括一个液压泵站。

③控制系统

主控单元由西门子S7-300PLC、开关量扩展模块EM222和模拟量扩展模块EM231、西门子触摸屏组成，控制系统中的电动机和电磁阀；位移传感器和压力传感器进行各千斤顶的压力和位移量的采集，通过编制特殊算法的程序来完成各千斤顶的动作，触摸屏为各种操作和数据的显示界面，由于采用触摸屏，使得系统操作面板布置非常简洁，人机界面友好。

整个系统分成多个主控单元，每个主控单元可以独立控制，如果要联动则需通过上位机，对全部的主控单元进行联动控制。将某个主控单元设置成上位机，通过RS485网络(西门子PROFIBUS-DP协议)对主控单元进行操作和数据采集。

主泵站，能调节主泵站的压力，手动或自动控制电机的起停、控制泵站的卸荷及电机的故障报警及其它的操作。还可以发出滤器的压差报警，并实现应急停止。

顶升油缸升降，通过位移传感器能精确控制(精度在1mm以内)油缸的位置，能在屏上动态显示当前的位置值。并能通过输入位移值来驱动油缸到指定位置。

顶推油缸伸缩，通过位移传感器能精确控制(精度在1mm以内)油缸的位置，能在屏上动态显示当前的位置值。并能通过输入位移值来驱动油缸到指定位置。

调整油缸为双作用缸，可以左、右边同步控制伸缩，通过位移传感器能精确控制位移量(精度在1mm以内)。

结构

(1)本系统采用模块化结构。

(2)每一个控制模块都可以作为独立的同步位置控制模块使用。

(3)每一个控制模块具有完全相同的结构与功能，可以互为备用。

(4)模块在系统中承担的角色从触屏上自由选择定义。

(5)系统只有一级网络，各模块可分可合，结构简洁可靠。

原理

(1)本系统采用智能数字步进控制方式。

(2)系统最大误差不会超过步长+力均载偏移值。

(3)网络间采用回访应答机制。

(4)断网、网络通信受到干扰这些情况都不会使同步精度超过允许误差，网络中任何一台泵站或者千斤顶出现故障，整个系统的工作都会在步进下一步前暂停工作，直到故障排除。

实施例3

步履式平移顶推装置采用分离式油顶，工作原理是支撑油顶顶起钢梁，顶推油顶进行向前移动和纠偏，千斤顶回油完成一个行程的顶推工作，顶推过程中是一个自平衡的顶推动作过程。

青年路北延新通扬运河桥工程运用BIM技术模拟顶推过程，钢梁顶推从20#桥台后侧9.0m位置顶推至主墩12#位置。钢桥桥面系及主拱、导梁安装完成后开始进行顶推，首先升起支撑顶升油缸，调节顶推设备顶面的垫梁高度，确保支撑油顶回落后各支点顶推设备垫梁顶面与梁底接触紧密，然后回落撑顶顶升油缸，使钢梁与顶推设备顶面紧密贴合(受力稳定)，然后开启顶推设备向前完成一个顶推行程；开启支撑顶顶升油缸，直到滑移结构完全脱离钢梁，支撑顶油顶静止，顶推设备顶推油顶回油返回初始位置，最后支撑顶油顶回落，使钢梁回落至顶推设备垫梁上，并开始下一个往复行程。导梁前进过程中动态观测其下挠数据，严格控制顶推标高，前端导梁先滑移至支撑油顶上方，支撑油顶顶升导梁至超过滑移标高后，放置顶推设备，完成导梁上墩。整个顶推工作累计总顶推长度248.8m。顶升油缸顶升，位移油缸前进，直至钢梁落下一个循环结束需15分钟，共顶推0.5米，每节段顶推时间如图10所示。

一、顶推卸载(落梁)

根据现场实际情况，顶推至12#主墩位置后，调整横、纵桥向位置，然后落梁。落梁利用3个水中临时墩加2个主墩，共5个支点40套支撑油顶进行整体逐步落梁。落梁分两个步骤；

第一步：顶推精确调整后，支撑油顶顶升高15cm左右，移除主墩支座位置的8套顶推设备，在移除的主墩支座位置放置临时支撑钢垫梁(每层15cm厚)，然后采用回油支撑千斤顶把钢拱梁降落至临时支撑垫梁上；

第二步：落梁高度约95cm，分六次反复调整(每次下落高度15cm左右)支撑千斤顶及支座位置支撑垫梁高度，直至钢拱梁最终下落至永久支座位置。每分体式步履顶推装置共有两种纠偏结构：千斤顶纠偏装置和钢棒纠偏装置。两种纠偏装置端部的纠偏头结构相同，其通过4颗螺栓与球头相连，可适应±4°的角度变化。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钢箱梁分体式步履顶推装置，其特征在于，包括滑箱(1)、滑道(2)、三块MGE滑板(3)、四台顶升千斤顶(4)和平移千斤顶(5)；

所述滑箱(1)的下表面通过三块MGE滑板(3)与滑道(2)的内侧上表面滑动连接，所述滑箱(1)的内部空腔与平移千斤顶(5)的前端活动安装，且平移千斤顶(5)的后端与滑道(2)的后端内侧固定安装，四台所述顶升千斤顶(4)分别设在滑箱(1)的外侧，所述滑道(2)的两侧分别对称活动安装有千斤顶纠偏部件(6)和钢棒纠偏部件(7)。

2.根据权利要求1所述的钢箱梁分体式步履顶推装置，其特征在于：所述滑道(2)包括不锈钢底壳(20)和顶推反力座(22)，所述不锈钢底壳(20)的两侧分别固定安装有两个纠偏反力座(21)，且不锈钢底壳(20)的后端与顶推反力座(22)的外侧固定安装。

3.根据权利要求1所述的钢箱梁分体式步履顶推装置，其特征在于：每个所述顶升千斤顶(4)均包括堵头(41)、油缸(43)和螺压环(46)，所述油缸(43)的内侧活动插接有活塞(42)，且油缸(43)的前端固定安装有前密封板(44)，所述活塞(42)的前端与螺压环(46)的后端固定安装，所述油缸(43)的后端与堵头(41)的外侧固定安装，且堵头(41)的后端固定安装有螺压板(40)。

4.根据权利要求1所述的钢箱梁分体式步履顶推装置，其特征在于：所述千斤顶纠偏部件(6)包括球头a(60)及其一端活动安装的纠偏头a(61)和另一端活动安装的纠偏千斤顶(62)。

5.根据权利要求4所述的钢箱梁分体式步履顶推装置，其特征在于：所述钢棒纠偏部件(7)包括球头b(70)及其一端活动安装的纠偏头b(71)和另一端活动安装的钢棒(72)，所述钢棒(72)的一端外侧螺纹连接有圆螺母(73)，且圆螺母(73)的外侧固定安装有钢棒定位环(74)，所述钢棒(72)的另一端螺纹连接有螺母(75)。

6.根据权利要求5所述的钢箱梁分体式步履顶推装置，其特征在于：每块所述MGE滑板(3)的两侧顶部均固定安装有限位挡条(30)，且限位挡条(30)的外侧固定安装有纠偏挡条(31)，所述纠偏挡条(31)的外侧与纠偏头a(61)和纠偏头b(71)的内侧活动安装。

7.一种钢箱梁分体式步履顶推装置的施工方法，其特征在于，使用了上述1-6中任一项所述的一种钢箱梁分体式步履顶推装置，包括以下步骤：

S1、安装顶推装置：搭设临时支架及分配梁平台，安装顶推装置，在其上进行钢桥拼装焊接，此时顶推装置的滑箱(1)承受钢桥重量，而竖向的四台顶升千斤顶(4)均不受力，根据钢桥长度计算，每隔5m配置一组顶推装置；

S2、水平顶推：钢桥拼装焊接完成具备顶推时，全桥顶推装置的滑箱(1)同步水平顶推前移，每个前移行程可达500mm；

S3、竖向顶升：到达行程后，竖向的四台顶升千斤顶(4)顶升钢桥使水平的滑箱(1)与钢桥分离，顶升梁体与滑箱(1)脱空，此时全桥重量全部由竖向的四台顶升千斤顶(4)承受，而水平的滑箱(1)不受力；

S4、滑箱回程：竖向的四台顶升千斤顶(4)承受全部重量，水平的滑箱(1)收缩回程，回程后竖向的四台顶升千斤顶(4)均收缩，全桥重量又全部由滑箱(1)承受，依次反复重复此工作至完成钢桥顶进。

8.根据权利要求7所述的一种钢箱梁分体式步履顶推装置的施工方法，其特征在于：所述顶推装置还包括由多个主控单元和上位机远控所构成的控制系统，所述主控单元由西门子S7-300PLC、开关量扩展模块EM222和模拟量扩展模块EM231、西门子触摸屏组成；所述上位机远控用于联动多个主控单元，其通过RS485网络对每个主控单元进行操作和数据采集。

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