顶管施工中继间示意图（合理布设循序推进）
顶管施工中继间示意图（合理布设循序推进）临时跨径的设定要素合理设定临时跨径的大小是优秀施工设计的前提，通过对武汉青山长江大桥、武汉江汉六桥、长沙福元路湘江大桥等几座跨江、跨线桥梁顶推施工进行分析，找出影响临时跨径设定的影响要素，选择合理的临时跨径施工设计方法，以达到优化的目的。图3 钢梁与垫梁力系转换图4 顶推千斤顶收缸回程步履式顶推施工自问世以来，由于相比以前“拖拉式”顶推具有摩擦力小、顶推过程平稳等特点，迅速在全国普及。临时跨径过大会增加顶推风险，临时跨径过小会导致临时墩的数量增多，同样设备数量增多、控制难度大，水面临时墩数量多会占用更多泄洪通道，汛期临时墩冲刷更严重，存在较大的安全隐患，经济性较差。
武汉青山长江大桥
步履式顶推设备是集顶升、平移、横向调整于一体的顶推设备，能实现钢箱梁的顺桥向、横桥向、竖向的移动或调整，利用“顶”“推”“落”“回”四个步骤：钢梁整体顶升 向前推送 之后将钢梁置于桥墩临时支垫上 顶推油缸回缩还原，不断循环以实行顶推过程。
图1 钢梁顶升
图2 钢梁前移
图3 钢梁与垫梁力系转换
图4 顶推千斤顶收缸回程
步履式顶推施工自问世以来，由于相比以前“拖拉式”顶推具有摩擦力小、顶推过程平稳等特点，迅速在全国普及。临时跨径过大会增加顶推风险，临时跨径过小会导致临时墩的数量增多，同样设备数量增多、控制难度大，水面临时墩数量多会占用更多泄洪通道，汛期临时墩冲刷更严重，存在较大的安全隐患，经济性较差。
合理设定临时跨径的大小是优秀施工设计的前提，通过对武汉青山长江大桥、武汉江汉六桥、长沙福元路湘江大桥等几座跨江、跨线桥梁顶推施工进行分析，找出影响临时跨径设定的影响要素，选择合理的临时跨径施工设计方法，以达到优化的目的。
临时跨径的设定要素
桥梁类型、跨径、结构、桥下空间等各不相同，采用步履式顶推施工主要是为了跨越障碍（水面、跨线等），在施工设计时必须满足通过性要求。此跨径设定需满足特定条件，在非特定条件下的临时跨径影响要素有主梁及导梁的刚度、顶推设备的结构形式、桥位处地理位置、地质条件等。
主梁及导梁刚度
步履式顶推相比“拖拉式”顶推具有很多优点，但受限于通过液压系统四个顶推步骤循坏，施工速度是最大的弱点（拼装与顶推时间比约3:1），而顶推施工过程中经常需要增减垫块来改变钢主梁的高程，此项工作主要依靠人工完成，需要的时间较长，会给施工进度带来较大影响。而在钢梁顶推过程中，导梁前端会下挠，即将到达临时墩时需要对导梁进行抬高以顺利通过临时墩，所以在设定临时跨径时控制好导梁前端下挠，既能保证结构安全性，也能大幅提高施工便利性。
从上表统计数据可以看出，螺洲大桥由于采用主纵梁代替导梁，前端荷载过大，下挠达到了1000mm。而江汉六桥由于通航要求，临时跨径按90m设置，导梁前端下挠达到了655mm，使顶推临时墩受力分配不均，带来了较大的安全隐患，所以不得不对临时墩进行了加固处理。而其他桥梁顶推时导梁前端下挠较小，顶升安全性及施工便利性得到了保证。
针对主梁及导梁刚度小的问题，可以采取一些方式进行优化。
增加钢主梁刚度。关于临时跨径因通航或跨线等原因设置明显过大时，可以采取江汉六桥增加背撑的方式增加钢梁前端及导梁刚度，以减小大悬臂状态下导梁前端下挠程度。此优化方案背撑受力较大，背撑与钢主梁连接点受力根据顶推过程不断发生变化，易产生局部破坏，且经济性较差。
图5 背撑增加钢主梁与导梁刚度
图6 导梁前端台阶式处理
增加导梁刚度。一般情况下适当增加导梁长度也可以满足顶推时钢主梁悬臂通过的要求，但长度增加会导致导梁自重偏大，对钢主梁也会带来不利影响，所以应在尽量减小导梁自重的前提下增加其刚度。一般采用双拼工字型或桁架结构导梁能较好地适应长度和刚度要求，同时在工字型导梁腹板上开孔，既可以减小自重，也可以减小风阻，提高结构的安全性。此优化方案能解决绝大部分问题，经济性较好。
导梁前端进行台阶式处理，可以有限地提高导梁前端到达临时墩时的施工便利性。此优化方案经济性最好，但过大的挠度不仅影响施工进度，而且易造成导梁和主梁结构损坏，带来更大的结构安全风险。
顶推设备的结构形式
步履式顶推设备结构形式多样，顶升力大小不一，在进行施工设计设定临时跨径时也会产生较大的影响。主要有以下几种情况：
（1）顶推设备顶升力较小。顶推设备的顶升力小，必然会增加更多的顶推设备，相应的临时墩数量增加，临时跨径变小。设备数量增多也会带来同步性控制难度大的问题。
主要方法是先进行顶推过程计算，逐步确定导梁、临时跨径及临时墩后，按照计算的临时墩反力选择规格合适、数量合理的顶推设备。
（2）顶推设备上部滑块结构尺寸偏小。部分顶推设备顶升力满足要求，但其上部滑块结构尺寸偏小，与钢主梁接触面积较小，易产生局部变形。
在武汉青山长江大桥引桥钢槽梁顶推施工时，采用顶推设备的顶升力达到了1200t，但上部滑块长度约1.6m。如果临时跨径设定过大，顶升时钢梁底部会因局部受力过大产生局部变形，所以即使导梁前端挠度较小，但临时跨径设定值未超过34.2m。
解决措施主要是按照设备最大顶升力（非临时墩反力），对上部滑块与钢主梁接触部位进行局部受力计算，根据计算结果对不满足要求的上部滑块进行改造。同时在钢主梁内增加筋板以增大局部承载力，确保钢主梁结构安全。
（3）顶推设备横向纠偏距离偏小。步履式顶推过程中由于各种原因会导致钢主梁产生轴线偏位，轴线偏位达到一定值需进行横向纠偏，而较多引桥钢梁设计为水平弯曲，在顶推时按照顶推一段距离进行一次横向纠偏方式实现曲线顶推，临时跨径设定过大 顶推时会频繁地进行横向纠偏，施工效率差。
桥位处地理位置及地质条件
还有桥位处地理位置、地质条件会对临时跨径的设定带来影响。
桥位处于水中、陆地或是以上两者均存在，也会影响临时跨径大小，其地质条件不同，临时跨径大小也不同。一般情况下水中临时墩较大，临时跨径也较大；陆上临时墩较小，临时跨径也较小。特别是在钢主梁拼装平台位置，临时跨径会更小。
临时跨径会根据地质条件进行适当调整，如表1中提到的武汉某跨线桥，其拼装平台位置临时跨径较小的临时墩采用了扩大基础，而在其主要跨线位置临时跨径最大的临时墩采用了钢管桩。根据不同的地质条件，采用了不同的基础形式，既满足了顶升临时墩要求，也提高了顶推施工便利性，更节约了造价。
设定临时跨径的步骤
经过对以上几座不同类型的跨江、跨线桥梁上构钢梁步履式顶推施工过程，及施工设计时临时跨径的设定影响要素进行分析，可以看出，虽然上述桥梁步履式顶推施工均顺利完成，但未能做到安全性和经济性最优。武汉青山长江大桥临时跨径偏小，江汉六桥临时跨径偏大，螺洲大桥采用主纵梁做导梁带来了安全风险。主要原因是步履式顶推施工招标阶段，在进行顶推施工设计时往往先确定顶推设备后设定临时跨径，这样导致临时跨径大小与钢梁不匹配，对施工安全性、便利性和经济性带来了不利的影响。正确地设定临时跨径的顺序是先根据钢梁进行计算确定，然后根据设备、地质条件等进行优化，以达到最优的目的。设计时设定临时跨径的步骤如下：
（1）先按经验确定采用导梁的自重、长度、结构形式等，然后对钢主梁及导梁建立模型进行计算，控制导梁前端下挠量（设备顶升高度）。根据计算结果确定临时跨径大小。
（2）根据已确定的临时跨径计算结果，选取结构尺寸及顶升力满足要求的顶推设备。
（3）根据计算得到的顶升力及临时墩反力和桥位地质情况，设计临时墩大小。
（4）结合实际情况适当优化临时跨径大小完成设计。
通过分析可以看出，步履式顶推临时跨径影响要素按影响力大小排序如下：钢梁刚度、顶推设备的顶升力及结构尺寸、临时墩大小、地质条件。
对于步履式顶推时，临时跨径设定的范围可参考大跨径桥梁钢主梁顶推参数，临时跨径宜设为60～90m，一般跨径桥梁钢主梁顶推临时跨径宜40～70m，普通跨线桥梁钢梁顶推临时跨径宜30～50m，可进行步履式顶推的下承式钢拱桥，在主梁顶推时，临时跨径一般设为主跨的1/2。
本文刊载 / 《桥梁》杂志 2020年 第5期 总第97期
作者 / 祁江波 王利光
作者单位 / 武汉青山长江大桥建设有限公司
