张 振 （合肥信睦工程建设有限公司，安徽 合肥 230001）

1 引言

随着我国铁路建设的飞速发展，部分老站需要扩能改造以满足正常的运输需求，而多数车站改造往往要求不停站。但在既有电气化铁路运输繁忙区段的枢纽车站新建跨线旅客天桥，受车站列车密集到发的影响，难以提供天桥架设施工的场地和时间，且存在施工和列车安全等风险。采用顶推法施工，可以利用场外施工场地，优化工艺流程，完善组织措施，减少施工与铁路运输的相互影响。本文以杭深铁路苍南站改扩建项目上跨5 股道钢桁架旅客天桥架设项目为依托，研究钢桁架顶推施工技术[1]。

本文利用MIDAS CIVIL 软件对钢桁架天桥进行受力分析，从而确保跨线旅客天桥顶推施工的安全性[2]。

2 工程概况

工程项目位于浙江省温州市苍南县灵溪镇山东村，为杭深线苍南站既有火车站改扩建工程，全站共5股道。

站场新建一座旅客天桥，采用箱型钢桁架结构形式，钢桁架全长约62.00m，宽9.10m，重约150t，分别跨35.87m 和15.50m 列车通道。天桥支座一端在站房混凝结构牛腿上，另两处分别在2站台和3站台设置支座。

天桥由两榀62.0m，高为5.3m 的桁架+桁架间上下弦横梁组成，屋面设纵梁檩条，底部铺设压型钢板组合楼盖板。桁架下弦杆为500mm×400mm×12mm×16mm，桁架上弦杆为400mm×400mm×12mm×16mm，桁架直、斜腹杆均为300mm×350mm×14mm×14mm，上弦间 横 梁 为 400～720mm×250mm×12mm×16mm，下弦间横梁为H500 mm×300mm×11mm×18mm，屋面檩条为 250mm×150mm×6mm×8mm，材质均为Q345C。

3 顶推施工方案设计

面对工期紧、施工难度高、安全风险大、交叉作业多等难点，对项目施工方案进行优化，决定采用顶推滑移施工法，在拼装平台设置专用的滑移轨道，并在滑移轨道上进行天桥拼装，通过液压爬行器施力，借助滑道、滑板等滑动装置，分阶段将天桥向前顶推，直至滑移到站房支座，既保证了安全高效完成作业任务，又不影响线路正常运营。

天桥钢桁架主体结构施工采用就近3 站台外侧搭设等高拼装平台，整体拼装成型后采用顶推滑移技术进行安装。

4 有限元分析

4.1 荷载选取

根据相关规范，需要考虑的计算荷载包括以下几个方面。①自重。软件直接定义，自重系数取1.1。②压型钢板组合楼盖自重。自重为70t。③桁架下弦配重。当天桥悬挑长度达到总长1/3时，在桁架尾端下弦杆增加50t 配重，配重均匀布置在桁架最后5m 范围内。④水平摩阻力。滚动摩擦系数取0.05。⑤风荷载。按《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2019）规定采用，查附录E 温州地区基本风压10年一遇为0.35kN/m2。

采用承载能力极限状态法计算，荷载组合系数为恒载取1.2，活载取1.4[3]。

4.2 计算工况分析及模型

通过分析，钢桁架结构顶推过程中，共有4种控制工况。

①工况一

钢桁架开始顶推，但未到达2 号台，此时悬挑长度18.00m，为钢桁架第一个控制工况。

②工况二

此时钢桁架接触2 号台滚轴结构后继续顶推，未到达接收墩，顶推过程悬挑长度达到22.00m，斜腹杆与弦杆交点位于2 号台支点位置，此工况是为了检算斜腹杆的受力情况。

③工况三

此时桁架没有到达接收墩，顶推过程悬挑长度为25.60m，支点位于第七和第八根斜腹杆中间时，为钢桁架控制工况。

④工况四

此时桁架没有到达接收墩，顶推过程悬挑最大长度为26.75m，考虑为不利工况。

模型中，钢桁架各构件均采用梁单元，材料选用Q345C。

4.3 强度计算结果

①工况一计算结果

由计算结果可知，下弦杆最大组合应力为100MPa＜305MPa，最大剪应力为40MPa＜175MPa，强度满足规范要求。

②工况二计算结果

由计算结果可知，下弦杆最大组合应力为70MPa＜305MPa，最大剪应力为12MPa＜175MPa，强度满足规范要求。

③工况三计算结果

由计算结果可知，下弦杆最大组合应力为418MPa＞305MPa，最大剪应力为58MPa＜175MPa，抗弯强度不满足规范要求。

④工况四计算结果

由计算结果可知，下弦杆最大组合应力为394MPa＞305MPa，最大剪应力为85MPa＜175MPa，抗弯强度不满足规范要求。

通过以上工况计算，钢桁架强度计算汇总如表1所示。

表1 计算结果汇总表

4.4 刚度计算结果

考虑当钢桁架悬挑最长时，最不利。

由图中结果显示，当悬挑最长26.75m 时，钢桁架最大挠度为f=满足规范要求[4]。

4.5 斜腹杆稳定性验算

桁架斜腹杆采用300mm×350mm×14mm×14mm 钢箱梁，材质Q345C，截面面积为A=17416mm2，惯性距I=2.475×108mm4。通过有限元分析，在工况四中斜腹杆的轴力设计值最大，为N=739kN。对应计算长度为6.3m。

根据《钢结构设计标准》（GB 50017-2017）附录D，查表得φ=0.842，305.0MPa，稳定性满足规范要求。

4.6 抗倾覆稳定性验算

天桥顶推过程中，当钢桁架滑过2号台时，悬挑长度达到最大26.75m 时，为最不利工况，计算受力简图如图18 所示。

图1 天桥结构示意图（mm）

图2 钢桁架整体拼装示意图

图3 钢桁架顶推施工示意图

图4 工况一边界条件

图5 工况二边界条件

图6 工况三边界条件

图7 工况四边界条件

图8 工况一组合应力（单位：MPa）

图9 工况一剪应力（单位：MPa）

图10 工况二组合应力（单位：MPa）

图11 工况二剪应力（单位：MPa）

图12 工况三组合应力（单位：MPa）

图13 工况三剪应力（单位：MPa）

图14 工况四组合应力（单位：MPa）

图15 工况四剪应力（单位：MPa）

图16 挠度（单位：mm）

图17 轴力设计值（kN）

图18 计算受力示意图（单位：mm）

P1=250÷62.37×26.75=107t（悬挑段钢桁架重量），P2=250-107=143t（支点右侧钢桁架重量），P3=50t（配重）。

风荷载。温州地区10 年一遇基本风压为w=0.35kN/m2。考虑最不利工况，支点左侧风荷载Pw1方向向下，支点右侧风荷载Pw2方向向上[5]。

由此，

M倾=1.2×P1×13.375+1.4×（Pw1×13.375+Pw2×17.81）=21598kN·m，

M抗=1.2×P2×17.81+1.2×P3×33.12=5043.4kN·m。

钢桁架抗倾覆安全系数M抗∕M倾=50434/21598=2.3＞2.0，抗倾覆满足规范要求[6]（抗倾覆安全系数2.0 参考《桥梁悬臂浇筑施工技术标准》（CJJ/T281-2018）第7.3.1 节，桥梁主体施工时，抗倾覆安全系数不得小于2.0）。

4.7 下弦杆加固措施

下弦杆采用500mm×400mm×12mm×16mm 钢箱梁，根据4.3 节强度计算结果，需要对距离顶推前端14.848～29.196m 段下弦杆进行加固，内侧帮焊12mm 钢板，材质均为Q345 C，如图19所示。

图19 下弦杆加固示意图（单位：mm）

图20 组合应力（单位：MPa）

图21 剪应力（单位：MPa）

加固后下弦杆计算结果。

由计算结果可知，下弦杆最大组合应力为278MPa＜305MPa，最大剪应力为53MPa＜175MPa，弦杆加固后强度满足规范要求。

5 结语

通过对杭深铁路苍南站钢桁架旅客天桥顶推施工工况进行受力分析，得出以下结论。

①天桥顶推过程中，当钢桁架悬挑长度大于20m 时，下弦杆应力超过抗弯强度设计值305MPa。为了确保弦杆承载力满足要求，需要对下弦杆进行补强加固。

②天桥顶推过程中，钢桁架其他杆件强度均满足规范要求。

③天桥顶推过程中，当悬挑最长26.75m 时，钢桁架最大挠度97mm＜133.75mm，满足规范要求。

④顶推过程中钢桁架抗倾覆稳定系数为2.3＞2.0，满足规范要求。

综上所述，采用顶推法施工能减小对铁路运输的影响，确保在不停站情况下进行施工，改善施工作业环境[7]，提高施工质量，加快施工进度，确保施工安全，减少大型机械设备的投入，节约施工成本。

经理论计算并结合现场实践，如图22 所示，表明了顶推施工的安全性和便利性，为以后类似工程提供借鉴经验。

图22 现场实施照片