基于智能监控系统的超宽大跨钢箱梁无人值守步履式顶推施工工法.pdf

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1、1/24 基于智能监控系统的超宽大跨钢箱梁无人值守步履式顶推施工工法基于智能监控系统的超宽大跨钢箱梁无人值守步履式顶推施工工法1 前言前言 自平衡式顶推施工被广泛应用于桥梁工程中，主梁及临时结构的线形、内力和应力监控成为主梁顶推施工过程中保证结构安全与质量的重要手段。目前传统的顶推施工监控中常采用人工测量或有线传感器的方式对结构的线形、内力和应力进行数据采集，人工利用有限元软件对其进行计算分析与处理，并出具相应的施工指令，指导后续顶推施工。传统的顶推施工监控具有以下缺点：（1）受现场因素干扰较大，数据实时性、有效性和准确性难以保障；（2）采集到相关数据后，需要人工手动计算得出施工指令，施工工期

2、长，施工效率低；（3）桥梁顶推施工设备例如千斤顶的运行及控制未接入到监控系统，主要由现场操作人员查看设备的状态参数，收到施工指令后手动进行控制，响应时间长，操作精度低，影响施工效率和质量。在超宽大跨度桥梁顶推施工过程中，临时墩数量多且结构复杂，位移、内力和应力的监测测点多，常规的顶推施工及监控难以适用，因此提出了基于 4G 物联网的智能监测控制一体化步履式顶推施工工法，对步履式顶推施工的全过程进行实时采集、自动计算分析与控制，对关键监测数据设置了三级预警，保证顶推施工安全、高效地顺利进行。目前，依托基于智能监控系统的超宽大跨钢箱梁无人值守步履式顶推施工关键技术，已申请了 2 项软件著作权、3

3、项实用新型专利：桥梁顶推实时监控平台 1.0，计算机软件著作权，登记号：2020SR1256040、武港院济南凤凰路顶推监控系统 V1.0，计算机软件著作权，登记号：2021SR0673412、一种用于顶推施工的临时墩自适应调节装置，实用新型专利，专利号:202020247555.7、基于 4G 物联网的桥梁顶推施工监控系统，实用新型专利，专利号:ZL 2020 2 0685664.7、一种适用于长距离钢箱梁施工温度变化的滑板系统，实用新型专利，申请号:202021958031.5。2021 年 04 月 17 日该工法被评为中交二航局企业工法。该工法依托于超宽长联钢箱梁步履式自平衡智能顶推技

4、术研究课题，2021 年 5 月 28 日通过中国公路学会鉴定，总体上达到了国际领先水平。2/24 2 工法特点工法特点 2.0.1 研发了自动步履式顶推、钢箱梁精确调位和桥梁结构状态无人化测量一体化的智能工装系统，通过无线通信网络将各顶推施工设备进行云端互联与数据交互，形成集线形监测、自动纠偏、精准顶推、安全预警的桥梁顶推智能化施工技术，降低了人工决策带来的误差风险，解决了响应时间长、施工效率低等难题，极大地提高了施工工效，产生了显著的经济和社会效应。2.0.2 开发了基于数字孪生的钢箱梁顶推施工智能监控平台，提出了以数据驱动的设备工装控制、施工安全与动态控制评估的信息化体系，建立了集设备工

5、装作业、结构及环境状态的实时全息感知数据库，搭建了以 BIM 构件为核心的数字孪生仿真场景，从多参数全方位反映施工现场真实状态，提高了超宽大跨钢箱梁快速顶推施工的智能化水平。2.0.3 研究了钢箱梁多支点同步起顶、推移及横向纠偏控制算法，确保了 104 台步履式千斤顶顶推的同步性及主梁的横向偏位满足精度要求，实现了钢箱梁的高精度合龙：轴线偏差5mm、合龙口高差2mm。3 适用范围适用范围 本工法适用于跨越深沟峡谷、大江大河以及城市交通要道等工况的钢梁步履式顶推施工项目，对于传统拖拉式、顶推施工项目也具有借鉴意义。4 工艺原理工艺原理 4.0.1 本工法采用基于 4G 物联网的桥梁步履式顶推施工

6、智能监控系统，智能控制各模块的合理运行，对超宽大跨钢箱梁的步履式顶推施工进行自动化、智能化、信息化的管理，自主开发了无人值守自动顶推控制系统，赋予顶推设备工序自主识别与信息自动反馈能力，以实时准确掌握各临时墩支点反力和钢箱梁姿态状态。该系统实时采集与反馈步履式顶推设备顶升、顶推及纠偏动作的响应速度和位移参数，通过电磁比例换向阀，对顶推速度进行实时调整，保证多点位设备速度同步性，提高了施工工效，同时节约了大量劳动力，成功解决了顶推过程中关键数据采集不实时、数据无法自动计算分析并得出施工指令等难题，确保了顶推施工的高效性、安全性。3/24 图图4.0.1-1 无人值守自动顶推控制系统运行流程图无人

7、值守自动顶推控制系统运行流程图 4.0.2 基于 4G 物联网的桥梁步履式顶推施工智能监控系统主要由桥梁结构监测模块、设备控制模块、综合数据处理模块、远程控制终端四个模块构成，如图 4.0.2-1。系统通过4G 物联网连接各个模块，实时采集顶推施工相关数据后无线传输至综合数据处理模块进行自动分析与处理，得出后续施工指令无线传输至设备控制模块，控制顶推设备的合理运行，实现了顶推过程的自动化和智能化。图图4.0.2-1 顶推施工智能监控系统模块构成顶推施工智能监控系统模块构成 4.0.3 桥梁结构监测模块由安装在桥梁结构上的各类传感器和若干台 4G 路由器组成，安装在桥梁结构上的各个传感器通过通信

8、线缆连接到 4G 路由器，由采集站用 4G 通信的方式将实时数据发送到云端服务器，系统的运行流程图如图 4.0.3-1。该系统可以有效解决顶推过程中设备与搁置墩受力转换时临时墩受力不可控的技术难题，通过对钢箱梁敏感性及临时墩不同受力方式的应力实时监测，合理调整临时墩顶推设备与搁置墩分布方式，实现顶推过程中临时墩及钢箱梁局部受力明确且可控。当顶推数据出现异常时，云端服务器会向远程控制终端发出数据超限警报，并自动计算分析得出纠偏指令，及时向设备控制模块发出调整指令，极大降低了顶推过程中的风险及误差。4/24 图图4.0.3-1 顶推施工智能监控系统运行流程图顶推施工智能监控系统运行流程图 5 施工

9、工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点 5.1 施工工艺流程施工工艺流程 基于智能监控系统的超宽大跨钢箱梁无人值守步履式顶推施工工艺流程如图 5.1-1 所示。图图5.1-1 基于智能监控系统的超宽大跨钢箱梁无人值守步履式顶推施工工艺流程图基于智能监控系统的超宽大跨钢箱梁无人值守步履式顶推施工工艺流程图 智能监控系统钢梁顶推钢导梁上墩梁段顶推至设计位置梁段吊装及连接导梁拆除、钢箱梁合龙监控元件布置与安装临时工程施工顶推装置布置与安装实测值预警值是自动预警及纠偏否 5/24 5.2 施工要点施工要点 5.2.1 临时工程施工临时工程施工（1）临时墩采用钢管桩基础，大规模沉桩之前先进行静载试验，

10、确定桩基承载力极限值，满足设计要求后方可进行下一步施工。钢管桩采用 80t 履带式起重机吊装 DZ120 型振动锤进行打桩施工，打桩前需进行测量和定位，保证钢管桩位置和垂直度，钢管桩打入深度根据图纸各个位置受力情况不同，以贯入度为主，同时需要确保单桩承载力。桩基施工完成后，需复测桩顶标高，满足相对误差要求小于 5mm，如图 5.2.1-1。图图 5.2.1-1 临时墩基础施工临时墩基础施工 图图 5.2.1-2 临时墩支架搭设临时墩支架搭设（2）临时墩顶部对应钢箱梁腹板位置各安装 2 台步履式千斤顶和 1 处反力座，布置如图 5.2.1-3。顶推设备具有一定的竖向调节能力（行程 300mm）及

11、水平纠偏能力（行程50mm）。反力座与纵梁之间设 MGE 滑板与不锈钢板，同时涂抹钙基润滑脂，大幅度降低因钢箱梁伸缩导致临时墩承受的水平力。图图 5.2.1-3 千斤顶与反力座布置位置千斤顶与反力座布置位置 图图 5.2.1-4 步履式千斤顶步履式千斤顶 6/24 图图 5.2.1-5 反力座位置不锈钢板设置反力座位置不锈钢板设置 图图 5.2.1-6 反力座底部反力座底部 MGE 滑板设置滑板设置（3）钢导梁采用在专业钢结构工厂分节加工，然后现场拼装的方式进行施工，如图5.2.1-7 所示。钢导梁为两片工字形变高度实腹钢板梁，两片钢板梁采取桁架焊接，为增加钢导梁的刚度，桁架起点处与桥面梁段间

12、焊接。（4）提梁站由提升系统、纵移天车、天车连系梁、滑轨及垫梁组成，采用履带式起重机整根吊装施工，其现场施工如图 5.2.1-8 所示。图图 5.2.1-7 钢导梁施工钢导梁施工 图图 5.2.1-8 提梁站施工提梁站施工（5）拼装平台主要为顶推钢箱梁的拼装提供平台，其长度满足 2 个标准节段钢箱梁的拼装，其现场施工如图 5.2.1-9 所示。（6）首节钢箱梁段吊装至拼装平台上，并与钢导梁连接，其现场施工如图 5.2.1-10 所示。图图 5.2.1-9 拼装平台施工拼装平台施工 图图 5.2.1-10 首节梁段吊装首节梁段吊装 7/24 5.2.2 监控元件布置与安装监控元件布置与安装 为确

13、保步履式顶推过程中结构的状态与监控的目标相一致且符合设计要求，需要对结构的几何参数、应力、温度三个方面进行实时全方位监测。在桥梁顶推施工中，各监控测点布置应根据桥梁跨度、主梁构造以及现场环境等具体而定，以济南凤凰路黄河大桥为例，来说明监控元件的布置与安装。（1）几何监测元件的布置与安装）几何监测元件的布置与安装 顶推过程中，主要针对主梁线形、导梁线形、顶推支点标高等进行几何参数的监测，其中，导梁线形监测，临时墩倾斜监测采用倾角传感器测量，临时支架与主梁位移监测采用拉杆式位移计测量。主梁线型测点断面示意图如图 5.2.2-1 所示，主梁线型监测布置如图5.2.2-2 所示，钢导梁测点布置如图 5

14、.2.2-3 所示，临时墩倾斜测点和变形监测布置点见图5.2.2-4 所示，现场倾角仪及监测云盒的安装分别如图 5.2.2-5 和图 5.2.2-6 所示。图图5.2.2-1 主梁线形测点断面布置示意图主梁线形测点断面布置示意图 图图5.2.2-2 主梁线形监测点布置示意图主梁线形监测点布置示意图 8/24 图图5.2.2-3 钢导梁线形测点布置示意图钢导梁线形测点布置示意图 图图5.2.2-4 临时墩倾斜测点和变形监测布置示意图临时墩倾斜测点和变形监测布置示意图 图图5.2.2-5 倾角仪安装示意图倾角仪安装示意图 图图5.2.2-6 监测云盒安装示意图监测云盒安装示意图（2）应力监测元件的

15、布置与安装）应力监测元件的布置与安装 顶推过程中，在主梁的多个断面以及临时墩支架布置振弦式表面应变计 BGK-4000 传感器，测量其应变（应力）值，主梁应力监测断面布置和主梁应力监测点布置分别如图5.2.2-7 和图 5.2.2-8 所示，临时墩应力应变测点布置及应变计现场安装示意图分别如图5.2.2-9 和图 5.2.2-10 所示。图图5.2.2-7 主梁应力监测断面布置示意图主梁应力监测断面布置示意图 9/24 图图5.2.2-8 主梁应力监测点布置示意图主梁应力监测点布置示意图 图图5.2.2-9 临时墩应力测点布置示意图临时墩应力测点布置示意图 图图5.2.2-10 临时墩应变计安

16、装示意图临时墩应变计安装示意图（3）温度监测元件的布置与安装）温度监测元件的布置与安装 大跨度桥梁的内力和变形对温度场变化十分敏感，因此顶推过程中进行几何测试、应力测试的同时都需要进行温度场测试，以对实测数据进行修正便于分析。温度测量包括施工阶段环境温度及主梁的温度场分布，其中主梁的温度场监测固定测点位置与应力测点位置相同，应变采集时同步测量温度数据。图图5.2.2-11 温度、应力监测元件布置示意图温度、应力监测元件布置示意图（4）监控摄像头的布置与安装）监控摄像头的布置与安装 为确保顶推施工时导梁上墩时的安全性，在导梁前端设置了监控摄像头，对顶推状态的信息进行实时监控和传输，如图 5.2.

17、2-12 所示。10/24 图图5.2.2-12 导梁上部监控摄像头布置及监控画面导梁上部监控摄像头布置及监控画面 5.2.3 顶推装置布置与安装顶推装置布置与安装 步履式平移顶推系统主要包括滑动面结构、上部滑移结构、下部支撑结构、支撑油缸、横向调整油缸、顶推油缸，通过智能控制系统控制来实现组合和顺序动作，以满足施工要求，顶推设备如图 5.2.3-1 所示。全桥布置步履式顶推设备 104 套，每排临时墩布置 4套步履式千斤顶，在墩顶的上、下游对称布置，现场布置示意图如图 5.2.3-2 所示。顶推装置的智能控制系统主要由总控系统，分控系统、通讯网络、和传感系统组成，如图 5.2.3-3所示。由

18、布置在千斤顶及反力座上的监控元件实时采集与反馈步履式顶推设备顶升、顶推及纠偏动作的响应速度和位移参数，通过电磁比例换向阀，对顶推速度进行实时调整，保证多点位设备速度同步性，如图 5.2.3-4 所示。图图5.2.3-1 步履式千斤顶构造示意图步履式千斤顶构造示意图 图图5.2.3-2 步履式千斤顶安装示意图步履式千斤顶安装示意图 11/24 图图 5.2.3-3 顶推设备控制系统原理图顶推设备控制系统原理图 图图 5.2.3-4 顶推系统位移计布置示意图顶推系统位移计布置示意图 顶推设备安装完成后，连接好系统的油路及电路，进行调试以保证在手动、自动模式运行下，执行元件按设定的运动方式运行。联机

19、调试时，检查其进行的动作是否正确，调节行程检测装置的检测元件，确保检测装置的接触及检测正常。每个临时墩设备联调联试完成后，安装临时墩之间的有线与无线两套通讯系统，通讯检测正常后，通过无人值守自动顶推控制系统对所有顶推设备进行远程动作调试，并至少使顶推设备三向动作自动来回运行三个工作行程，监测设备各项参数设定及传感反馈系统工作是否正常，确保顶推设备多点同步精度控制在2mm。顶推施工相关设备，如液压千斤顶、监控摄像头等通过设备自带 PLC 电路连接到 4G路由器，将设备运行参数和数据上传到云服务器，其中，各设备的控制参数如下：（1）步履式千斤顶：设备电源、实时顶推力、实时顶升高度、实时顶推距离、累

20、积顶推距离、反力座脱空间隙大小。（2）监控摄像头：设备电源、实时监控画面、历史监控画面、摄像头角度、摄像头焦距。12/24 5.2.4 智能监控系统智能监控系统 步履式顶推施工时，智能监控系统的总体运行流程如图 5.2.4-1 所示，其中，桥梁结构监测模块与传感器间采用有线串口连接，设备控制模块与设备之间采用通信线缆连接，综合数据处理模块与远程控制终端采用 4G 方式传输信息。图图 5.2.4-1 智能监控系统运行流程图智能监控系统运行流程图（1）智能监控系统各模块安装完成后，对各监控模块进行精确调试。智能监控系统调试完成后，一方面通过桥梁结构监测模块采集桥梁结构和临时结构的几何参数、应力、温

21、度等关键数据，另一方面通过设备控制模块采集步履式千斤顶的设备电源、实时顶推力、累积顶推距离、实时顶推距离等数据和监控摄像头的监控画面，桥梁结构监测模块和设备控制模块采集的相关数据均通过 4G 路由器和互联网传送至综合数据处理模块。综合数据处理模块会对目前桥梁结构的顶推状态自动进行计算分析，确定步履式千斤顶的顶升力、竖向及横向顶升范围及顶升速度等关键参数，然后得出最优的施工指令，通过 4G 路由器和互联网传送至设备控制模块，步履式千斤顶收到施工指令后，开始步履式顶推施工。（2）顶推过程中，桥梁结构监测模块实时采集桥梁结构和临时结构的相关数据，设备控制模块实时采集各步履式千斤顶的运行数据以及监控摄

22、像头的监控画面，均传输到综合数据处理模块，保存在云服务器数据库，综合数据处理模块对数据进行分析，通过互联网监控传感器元件安装综合数据处理模块调试钢梁顶推施工测点数据自动采集及分析实测值与控制指标（预警值）自动对比向远程控制终端推送预警警报智能监控系统运行实测值预警值自动计算出后续施工指令否是桥梁结构监测模块连接设备控制模块连接自动计算出纠偏指令顶推设备纠偏顶推结束是施工结束否 13/24 传输至远程监控终端显示在电脑 web 端和移动端，分别如图 5.2.4-2 和图 5.2.4-3 所示。技术人员在远程控制终端可以通过 4G/3G/WIFI 方式查看综合数据处理模块中的各类实时与历史数据、分

23、析与计算结果、预警信息等，并能通过控制终端向设备控制模块发送设备操作指令。图图5.2.4-2智能监控系统桥梁结构监测平台智能监控系统桥梁结构监测平台 图图5.2.4-3 智能监控系统顶推设备监控平台智能监控系统顶推设备监控平台（3）智能监控系统中将不同施工阶段将相应的传感器数据用图表和曲线形式展示在主页，通过实时数据驱动桥梁顶推施工模型在三维仿真界面进行情景还原，采用三维视角展示桥梁结构姿态和受力状态，提供了直观的施工控制界面，如图 5.2.4-4 所示。14/24 图图5.2.4-4 智能监控系统顶推施工实时监控平台智能监控系统顶推施工实时监控平台（4）综合数据处理模块对实时采集的数据进行分

24、析，并与理论值控制指标（预警值）进行对比，当实时数据超过控制指标时，会立即向远程控制终端发送预警信息。综合数据处理模块根据结构和设备数据判断当前施工进度和施工计划的偏差，自动更新有限元模型及相关参数，根据分析结果，确定出各关键参数的调整方案，制定出自动纠偏的施工指令，进行自动纠偏。5.2.5 钢梁顶推施工钢梁顶推施工 步履式平移顶推装置的工作原理是竖向千斤顶顶起钢梁，水平千斤顶完成向前顶推，落梁后搁置于垫块上，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，竖向顶升和水平顶推各墩同步精度均控制在 3mm 以内，同墩两侧的同步精度均控制在 3mm 以内。顶推施工步骤及流程

25、如图 5.2.5-1 所示。（a）千斤顶准备(b)竖向起顶钢梁 15/24 (c)钢梁前移(d)竖向搁置 (e)千斤顶纵向回程(f)顶推施工步骤 图图5.2.5-1 顶推施工步骤及流程顶推施工步骤及流程 5.2.6 钢导梁上墩钢导梁上墩 钢导梁上墩流程为：（1）钢导梁即将上墩时，利用钢导梁上的监控摄像头对其前端与临时墩的距离、高度等关键参数进行采集和处理，确保钢导梁上墩时的安全性；（2）钢导梁上墩后，起顶钢导梁前端上墩段，将主梁向前继续顶推。钢导梁上墩示意图如图 5.2.6-1所示。16/24 图图 5.2.6-1 钢导梁上墩示意图钢导梁上墩示意图 5.2.7 梁段顶推至设计位置梁段顶推至设计

26、位置 钢导梁上墩后，对梁段进行持续顶推，直至 2 个拼装梁段顶推离开拼装平台，到达预先设计位置后，停止顶推，开始后续梁段的吊装及焊接。5.2.8 自动预警及纠偏自动预警及纠偏 钢箱梁顶推过程中，为了确保定顶推过程中的安全性和主梁线型的精确控制，智能监控系统中针对临时墩及主梁的应力和位移设置了三级预警和自动纠偏的功能。当采集的数据超过理论值控制指标（预警值）时，智能监控系统会立即向远程控制终端发出超限警报，根据预警机制和指标生成实时超限警报文本，通过互联网或移动通信网络向远程控制终端发送实时预警信息。顶推过程中，桥梁结构和顶推设备的理论控制指标（预警值）设置如表 5.2.8-1 所示。表表 5.

27、2.8-1 顶推过程理论控制指标（预警值）顶推过程理论控制指标（预警值）序号 项目 控制指标（预警值）1 同步顶升及推进精度 1mm 2 支反力（顶推设备）500kN 3 支反力（总反力）10%4 反力座顶面标高（左右幅）10mm 5 钢箱梁腹板局部承压应力 290MPa 6 临时墩钢管桩承压应力 215MPa 7 临时墩顶位移 10cm 8 钢箱梁轴线（顶推过程）5mm 17/24 序号 项目 控制指标（预警值）9 钢箱梁轴线（顶推完成）5mm 预警信息发出后，智能监控系统中综合数据处理模块会利用当前采集的超限数据结合有限元模型进行计算分析，得出纠偏的施工指令，进行自动纠偏。图图5.2.8-

28、1 自动纠偏工作流程示意图自动纠偏工作流程示意图 5.2.9 导梁拆除、钢箱梁合龙导梁拆除、钢箱梁合龙（1）重复 5.2.5-5.2.8 步骤，当主桥导梁抵达中塔塔肢附近时，进行导梁的拆除。（2）主桥钢箱梁设置合龙口，采用顶推方式合龙，主桥钢箱梁设置合龙口，采用顶推方式合龙，主桥合龙口设置在中塔墩身轴线往小里程方向约 3.5m 处。（3）合龙前，需对合龙口两侧箱梁顶底分别布置 5 个观测点，对合龙口两侧梁段的空间尺寸、温度、两侧悬臂箱梁顶标高等进行 48 小时观测，观测频度为 2 小时，根据观测的结果绘出不同温度不同时间合龙口两侧梁段的空间尺寸，确定合龙时的温度与时间。图图5.2.9-1 导梁

29、拆除、钢箱梁合龙导梁拆除、钢箱梁合龙 18/24 6 材料与设备材料与设备 6.1 主主要施工要施工材料材料 投入的材料均为常规材料，主要包括顶推临时墩、拼装平台及导梁、提梁站等。表表 6.1-1 主主要要材料表材料表 序号 材料名称 规格 用途 1 钢材 Q235B 次要受力结构 2 钢材 Q345B 主要受力结构 3 销轴 40Cr 提梁站铰接座连接 4 不锈钢板 t=3m 反力座滑动副 5 滑板 MGE 反力座滑动副 6 高强螺栓 8.8 级 提梁站连接板、法兰盘连接 7 橡胶垫板 t=10mm 反力座垫板 6.2 主主要施工设要施工设备备 主要施工设备使用见下表 6.2-1。其他辅助设

30、备（施）、材料、仪器等按施工需要配备，不再列出。表表 6.2-1 施工施工材料表材料表 序号 设备名称 型号 备注 1 提梁站 410t 钢梁起吊 2 步履式千斤顶 1200t/800t 钢梁顶推 3 液压平板运输车 284t/8 轴 钢梁节段运输 4 履带式起重机 80t/150t/400t 支架搭设、提梁站及导梁拼装 5 振动锤 DZ120 支架搭设 6 倾角仪 ACA-626T 主梁线形/临时墩偏位监测 7 应力传感器 BGK-4000 箱梁、临时墩应力监测 8 温度传感器 SX200 箱梁温度监测 9 拉伸式位移计 WYS-L 临时墩位移监测 19/24 序号 设备名称 型号 备注 1

31、0 工控机 UNO-2184G 临时墩采集 11 温度采集模块 ACT-4126 温度采集 12 振弦采集模块 ACT-4238 应力采集 13 LORA 模块 JCB-501 倾角无线组网 14 4G 路由器 JCB-502 将采集数据无线传输至服务器 15 智能云盒 JCB-406 无线传输至服务器，自带 APP 7 质量控制质量控制 7.1 技术规技术规范范标准标准 7.1.1 公路桥涵施工技术规范（JTGT 3650-2020）；7.1.2 公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2017）。7.2 质量质量控制控制措措施施 7.2.1 提前做好打入式钢管桩 静载试验，根据承载力

32、特征值确定合理的桩基入土深度，确保单桩承载力满足设计要求，有效确保支架稳定性及可控的沉降量。7.2.2 严格控制钢管垂直度及顶口平面偏差，钢管桩立柱顶面平面偏差不大于 10cm，桩帽安装前测量桩顶标高，误差控制在 2cm 以内。桩顶横梁安装完后，在横梁上精确放样，主梁顶面高程误差控制在 2cm 以内。7.2.3 顶推过程中，做好迎接钢导梁上墩措施，将下挠的导梁前端，用千斤顶顶升，决不允许导梁前端撞击临时墩的现象出现。7.2.4 在钢箱梁顶推过程中，要随时观测临时墩变形情况，并实时监测主梁姿态及顶推千斤顶反力情况。随时测定钢梁顶推线型、偏位情况以及关键部位的应力应变情况，若偏差异常立即处理。严格

33、控制支架的安装精度，以保证节段的安装精度。7.2.5 钢箱梁顶推合龙后，及时对中塔处钢箱梁进行纵向锁定，同时对各临时墩墩顶位移进行实时观测，避免钢箱梁在温度急剧变化下的伸缩对临时墩顶产生较大的水平力，及时采用千斤顶纵向回顶反力座复位。20/24 8 安全措施安全措施 8.0.1 增强全员安全意识。认真贯彻执行“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，打好安全基础，使各级明确自己的安全目标，制定各自的安全规划，达到全员参加，全员实施的目的，体现“安全生产、人人有责”的原则。8.0.2 施工作业活动分解包括分部分项工程及工序（单位）作业划分，按照顶推施工工艺，将施工作业的层次进行分解，明确主要工序、

34、施工方法、作业程序、机械设备等特点。开始实施前，项目部技术负责人或方案编制人对施工管理人员、作业队伍负责人进行安全技术交底，技术人员和安全管理人员对作业班组人员进行安全技术交底，针对施工过程中的风险源做好安全教育。在重要工序实施前，组织班组人员进行专项安全技术交底。8.0.3 进入施工现场的施工人员，正确穿戴安全帽。高空作业按要求系挂安全带，现场配置足够的消防器材。施工现场设置安全标志，对可能存在危险的区域设专人进行巡查。8.0.4 墩顶施工完成后安装操作平台，保证没有物件坠落，确保人员高处作业安全。8.0.5 顶推施工前，对钢梁和钢导梁进行全面检查，除顶推施工设备外，其他可能物品要全部清理，

35、以免上顶推掉落而影响。8.0.6 钢梁顶推之前对各临时墩进行精确测量，误差超限的及时调整，方可进行顶推。滑道表面应平整，顶推时应观测各临时墩、梁墩顶及导梁的标高。8.0.7 顶推过程以受力为主，位移跟踪为辅的方法进行控制，各顶推点设置压力及位移传感器，实时监测各点的支反力和位移同步性，当误差超过允许值时自动停止、检查并调整。8.0.8 顶推过程中，必须保证梁底始终与承载梁密贴不得脱空，确保结构安全。9 环保措施环保措施 9.0.1 按照中华人民共和国环境保护法，环境保护坚持“预防为主、防治结合”的方针，努力实现可持续发展战略。9.0.2 安排专人进行临时便道清扫及防尘网覆盖工作；现场配备洒水车

36、，对施工便道进行洒水清理，每天最少两次，以控制施工扬尘对环境和居民的影响。9.0.3 妥善处理废土，弃土避免堵塞河道；施工中的废油、废沥青和其它固体废物不得堆放在水体旁。9.0.4 混凝土浇注施工时，采取防雨水冲刷措施，以防止大量混凝土、水泥浆水流入江而污染附近水体。21/24 9.0.5 大型设备挖掘机、装载机等不易封闭的机械严控夜间作业，白天应控制其作业时间，避开午休时间。9.0.6 对进出施工现场的道路，不乱挖乱弃，降低粉尘对环境的污染。千斤顶油顶下设置封闭顶座，油顶回油时的漏油以及意外漏油可全部流在顶座内。10 效益分析效益分析 10.1 经济效益经济效益 10.1.1 无人值守顶推施

37、工无人值守顶推施工技术经济效益技术经济效益 无人值守步履式顶推施工技术的成功应用，顶推过程中劳务需求减少超 50%，很好地解决了因疫情原因导致的钢箱梁顶推施工过程中所面临的劳务短缺难题，平均按 15 人考虑（10 个月），顶推施工总工期节省约 3 个月。具体节约费用如下：（1）人工费：300（元/天*人）390 天32 人-300（元/天*人）300 天15 人=239.4万元；（2）水电费：20000（元/月）3 月=6 万元；材料费增加费用：5000（元/套）104 套=52 万元；（3）节省设备使用费：5000 元/月/套3 月104 套=156 万元；采用无人值守顶推施工技术节约费用：

38、239.4 万元+6 万元+156 万元-52 万元=349.4 万元。10.1.2 钢箱梁顶推钢箱梁顶推远远程智能监控平台程智能监控平台技术经济效益分析技术经济效益分析（1）经采用基于智能监控系统的钢箱梁顶推施工方案后，总工期由原先的 390 天缩减为 300 天，每两节段平均顶推工期由原先 9.75 天缩减为 7.5 天，按照现场施工期间设备租赁费（不含顶推设备）、人工费等约 5 万元/天，共节约（390-300）5 万=450 万元；（2）现场监测人员由原先 5 人（南北两岸各 2 名，监测负责人 1 名）缩减为 1 名，监测人员人工费平均按照 320 元/天计，共节约人工成本 5390

39、320-1300320 元=52.8万元。采用基于数字孪生的钢箱梁顶推远程智能监控平台技术，节约费用：450+52.8=502.8万元。综上所述，基于智能监控系统的超宽大跨钢箱梁无人值守步履式顶推施工工法的应用实施，共节约费用 349.4+502.8=852.2 万元。22/24 10.2 社会效益社会效益 10.2.1 该工法依托济南凤凰路黄河大桥钢箱梁顶推施工，有效解决了施工数据采集不实时、数据无法自动计算与分析得出施工指令、施工设备无法实时通信等问题，实现了钢梁顶推过程中结构数据自动采集与分析、信息自动推送及预警、自动化顶推施工和远程监测，在国内首次实现了钢箱梁无人值守自动顶推施工，推动

40、了桥梁顶推技术的进步和革新，有效提高步履式顶推施工效率以及安全性，为我国顶推施工技术乃至整个桥梁施工行业向智能化、无人化方向发展提供了有益探索和丰富的施工经验。通过对本工法的研究，提高了我国工程建设的水平，也带来了显著的社会效益，得到了监理、业主和业内同行的高度赞赏。10.2.2 该工法技术先进、安全可靠、经济环保、节约工期、推广价值高，为我国正在或将来修建的其它类似环境桥梁施工提供理论依据和实用技术，对促进和推动受限条件下主梁顶推施工智能控制技术的发展和全面进步，具有重要与不可忽视的作用。11 应应用用实例实例 11.1 济南凤凰路黄河大桥概况济南凤凰路黄河大桥概况 工法已成功应用于济南凤凰

41、路黄河大桥钢箱梁的顶推施工。济南凤凰路黄河大桥采用三塔空间缆自锚式悬索桥，主桥跨径布置：70+168+428+428+168+70=1332m，中跨竖向垂跨比为 1/6.15，边跨竖向垂跨比为 1/15.1，中跨横向垂跨比为 1/115.46，边跨横向垂跨比为 1/112.1。主梁全宽 61.7m，道路中心线处钢梁高为 4m，吊索处钢梁高为 3.858m，桥梁设双向八车道，预留双线轨道交通实施空间，并设非机动车道和人行道。主梁采用材质为Q345qE 的闭口钢箱梁+12cm 桥面板组合梁，钢箱梁采用桁架空腹式隔板外设人非挑臂。主梁标准节段长 9m，每间隔 4.5m 设置一道横隔板，除端横梁和中横

42、梁为实腹式横隔板外，其余均为空腹式横隔板。主梁竖曲线为单向坡 1%，节段与节段之间的接缝为铅垂面。桥塔处桥面板顶面开洞以通过桥塔，在开洞两侧设置纵梁。桥塔和锚固区处支点横梁间距均采用实腹式横梁结构，横梁腹板上设置横向和纵向加劲肋，在支座位置设置支承加劲。济南凤凰路黄河大桥总体布置及主梁断面图如图 11.1-1、图 11.1-2、图 11.1-3 所示。23/24 图图 11.1-1 主桥跨径布置图（单位：主桥跨径布置图（单位：m）图图 11.1-2 主桥主梁标准断面图（单位：主桥主梁标准断面图（单位：mm）图图 11.1-3 桥塔处主梁标准断面图（单位：桥塔处主梁标准断面图（单位：mm）11.

43、2 济南凤凰路黄河大桥钢箱梁顶推施工济南凤凰路黄河大桥钢箱梁顶推施工 济南凤凰路黄河大桥主桥采用从两端向中间顶推，然后中间合龙工艺。主桥分 2 段顶推，分段位置为正中间偏南（小里程侧）3.5m，其中南主桥顶推长 662.5m，北主桥顶推长669.5m。具体施工流程为：拼装平台及临时墩施工；步履式顶推设备安装及调试；提梁站安装及调试；梁段吊装及连接；梁段顶推；主梁顶推合龙。济南凤凰路黄河大桥第一片钢箱梁吊装开始于 2019 年 10 月 31 日，主桥顶推施工从2019 年 11 月开始，2020 年 10 月完成所主梁的顶推合龙。其中，疫情爆发期间，部分武汉技术人员进行远程操控，使钢箱梁顶推顺利进行，最大限度降低了疫情对工期的影响。主桥采用步履式顶推施工如图 11.2-1 所示。24/24 图图 11.2-1 主梁步履式顶推施工主梁步履式顶推施工 11.3 工程监测与评价工程监测与评价（1）采用基于智能监控系统的步履式顶推施工技术，确保了施工过程中主梁线型的实时监控与信息化管理，主桥实现了毫米级的高精度合龙。（2）步履式顶推利用智能化监控系统，实现了顶推过程的自动化管理，提高了施工工效，保证了顶推施工的安全性，优化了施工质量。