一种弯桥多级差速顶推正交联动步履式千斤顶及施工方法

本发明涉及桥梁工程，尤其是涉及一种弯桥多级差速顶推正交联动步履式千斤顶及施工方法。

背景技术：

1、顶推法广泛应用于等截面连续梁桥的施工中，包括单点顶推和多点顶推，近年来多采用步履式千斤顶多点顶推施工方法，该方法不影响桥下通车、通航，能够较好的应用于直桥的顶推施工。曲线梁桥顶推施工，传统顶推工艺是先沿圆曲线切线方向顶推前进，当梁体与设计线路之间偏差达到限值时，通过调整水平千斤顶进行纠偏，需要边顶推边纠偏，纠偏难度较大。横琴口岸莲花大桥（曲线半径60m）钢箱梁首次采用差速顶推工艺，在曲线顶推过程中，通过差速顶推控制系统，内外侧千斤顶运动角速度相同，线速度不同，使得两侧千斤顶在顶推过程中产生顶推行程差。由于顶推法不影响桥下通车，因而在跨线桥梁施工中应用较多，如新建的跨既有高速公路的立交匝道桥，曲线梁桥的顶推施工目前均是以直代曲，导致即使采用差速顶推，也需要比较频繁的横向纠偏，如横琴口岸莲花大桥的差速顶推施工，单次顶推300mm，顶推3次纠偏一次，其主要原因是顶推路径与圆曲线不一致，导致顶推过程中步履式千斤顶未能达到预期位置。

2、如图1(a)，图中o表示弯桥的圆心，r1、r2分别表示内外侧千斤顶位置的圆弧半径，内外侧顶推千斤顶分别放置在q1、q2点，理想状态是分别顶推到q3、q4点，以直代曲时，步履式千斤顶走直线，沿线段l1、l2顶推，因q1、q3点之间的距离d不变，故当q1点顶推到l1线段的中点q1'时，q3点需要顶推到q3'点，此点远超过线段l3的中点，但q1、q3点均位于半径为r1的圆弧s1上，其顶推速度是相同的，这就导致了矛盾，即使按差速顶推，也不能够满足曲线桥顶推的要求。若能沿圆弧顶推，即沿圆弧s1、s2顶推，如图1(b)，则当q1点顶推到s1圆弧段的中点q1'时，顶推圆弧角度为θ，q3点刚好顶推到s3圆弧段的中点q3'，满足变形要求。能否开发一种新型步履式千斤顶，能够适应任意曲线半径桥梁的圆弧顶推施工，具有重要的工程实用价值。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、施工方便的弯桥差速顶推正交联动步履式千斤顶，并提供其施工方法。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种弯桥多级差速顶推正交联动步履式千斤顶，包括底座、横向水平千斤顶、纵向水平千斤顶、导向架、纵向滑箱、竖向千斤顶；所述导向架一端铰接安装在底座上，另一端自由，纵向滑箱放置在导向架中，只能沿导向架侧板方向滑动，圆柱形的竖向千斤顶置于纵向滑箱内，可自由转动，纵向水平千斤顶固定在导向架铰接端的导向架u型端板上，与纵向滑箱连接，用于纵向顶推，横向水平千斤顶固定在底座上，位于导向架的自由端侧，与导向架滑动铰接，初始状态时横向水平千斤顶与纵向水平千斤顶垂直，通过控制横向水平千斤顶和纵向水平千斤顶的顶推速度，实现竖向千斤顶的圆弧顶推，适应任意曲率半径桥梁的顶推施工。

3、上述弯桥多级差速顶推正交联动步履式千斤顶，所述底座包括底板、滑道、横向水平千斤顶固定块、圆弧铰挡块、圆弧铰盖板、横向定位点、纵向定位线；滑道位于底板上；横向水平千斤顶固定块有两个，对称安装在底板一端的两侧，用于固定横向水平千斤顶，适应弯桥顺时针和逆时针两种顶推情况，圆弧铰挡块和圆弧铰盖板焊接在底板的另一端中间位置，呈圆环形，二者的外圆弧半径相同，圆弧铰盖板的内圆弧半径略小，使其宽度比圆弧铰挡块大，横向定位点对称设置在底板的圆弧铰挡块侧，两个横向定位点的连线过圆弧铰挡块的圆心，用于定位。

4、上述弯桥多级差速顶推正交联动步履式千斤顶，所述滑道采用光滑的不锈钢板或者聚四氟乙烯板，尽量减小摩擦系数，减小顶推力。

5、上述弯桥多级差速顶推正交联动步履式千斤顶，所述横向水平千斤顶包括横向水平千斤顶外壳、横向水平千斤顶活塞、横向水平千斤顶限位块、半圆顶推连接件、圆头插销；横向水平千斤顶限位块有两块，横断面近似呈倒直角三角形，对称安装在横向水平千斤顶外壳中间偏上位置，最小锐角位于横向水平千斤顶外壳高度一半的位置，形成两个平行的竖平面，用于固定横向水平千斤顶，半圆顶推连接件固结在横向水平千斤顶活塞端面中间位置，外端为半圆柱体，下面连接有圆头插销。

6、上述弯桥多级差速顶推正交联动步履式千斤顶，所述横向水平千斤顶固定块包括：前半圆环挡板、l形圆弧侧板、后半圆挡板；两块l形圆弧侧板对称布置，形成主体，l形圆弧侧板的内圆弧半径与横向水平千斤顶外壳的直径相同，前半圆环挡板与后半圆挡板之间的距离与横向水平千斤顶外壳的圆柱高度相同，通过前半圆环挡板、l形圆弧侧板、后半圆挡板形成的空间对横向水平千斤顶外壳进行限位，使其各方向均不能移动，相当于固结于底板上，前半圆环挡板的高度比横向水平千斤顶外壳的厚度小，使横向水平千斤顶活塞能够自由伸缩，前半圆环挡板、后半圆挡板分别承受顶推过程中的拉力、压力。

7、上述弯桥多级差速顶推正交联动步履式千斤顶，所述纵向水平千斤顶包括纵向水平千斤顶外壳、纵向水平千斤顶活塞、普通插销；普通插销用于与纵向滑箱连接，横向水平千斤顶活塞的直径比纵向水平千斤顶活塞的直径大，大于2倍以上为宜。

8、上述弯桥多级差速顶推正交联动步履式千斤顶，所述导向架包括导向架侧板、导向架前端板、导向架u型端板、纵向水平千斤顶固定孔、圆弧铰、内限位底板、滑动连接耳板、耳板限位条、导向架定位线；两块导向架侧板和导向架前端板、导向架u型端板形成一个凸形框，导向架u型端板中间的开孔为纵向水平千斤顶固定孔，用于固定纵向水平千斤顶，圆弧铰位于导向架u型端板一侧中间位置，其直径与圆弧铰挡块的内直径相同，使导向架能够一端自由转动，内限位底板位于导向架的凸形框内，呈梯形，三边与导向架u型端板相连，自由边用于纵向滑箱的定位，耳板限位条为两块l型板，焊接在导向架侧板的自由端侧，用于固定滑动连接耳板，使得滑动连接耳板可以承拉和承压，并且可以沿导向架侧板滑动，滑动连接耳板用于连接横向水平千斤顶，导向架定位线刻于导向架前端板外侧中间靠下位置，用于导向架的初始状态定位，初始状态时，导向架定位线与底座上的纵向定位线对齐。

9、上述弯桥多级差速顶推正交联动步履式千斤顶，所述滑动连接耳板包括开孔连接圆柱、弧形连接板、方形限位块；开孔连接圆柱内的开孔直径与圆头插销相同，作用是横向水平千斤顶回缩时，拉回导向架，弧形连接板为一长方体侧面挖除半个圆柱体，圆柱体的直径与开孔连接圆柱的直径相同，开孔连接圆柱连接于弧形连接板靠下位置，圆柱体的直径也与半圆顶推连接件的圆柱体直径相同，用于承受横向水平千斤顶的顶推压力，方形限位块比弧形连接板略高，两端置于耳板限位条内。

10、上述弯桥多级差速顶推正交联动步履式千斤顶，所述纵向滑箱包括纵向滑箱框、纵向滑箱空间、纵向滑箱耳板；纵向滑箱框为开孔正四棱柱，边长与导向架的内限位底板的自由边同宽，保证纵向滑箱只能沿导向架侧板产生纵向位移，纵向滑箱框内的圆柱体空间为纵向滑箱空间，直径与竖向千斤顶相同，使竖向千斤顶能够自由旋转，纵向滑箱耳板共两片，中间有圆孔，直径与普通插销中间位置的直径相同，焊接在纵向滑箱框边框的中间位置，用于连接纵向滑箱与纵向水平千斤顶。

11、一种弯桥多级差速顶推施工方法，包括以下步骤：

12、步骤1：根据待顶推施工的弯桥结构特征布置步履式千斤项，纵桥向至少布置2组，每组横桥向根据纵梁腹板的数量至少布置2台步履式千斤顶，竖向千斤顶布置于腹板的正下方，调整底板，使两个横向定位点的连线位于弯桥半径上；

13、步骤2：设置一级差速比，设横桥向布置了n台步履式千斤顶，其位置对应的圆弧半径分别为r1、r2、...、rn，则一级差速比设置为：

14、，

15、式中，为圆弧半径ri位置的竖向千斤顶的顶推速度；

16、也即：

17、；

18、步骤3：确定各横桥向位置的竖向千斤顶的顶推弧长，先确定rn位置的步履式千斤顶的竖向千斤顶的顶推弧长为sn，即：

19、，

20、式中，t为时间；

21、则横向桥ri位置的竖向千斤顶的顶推弧长为：

22、；

23、顶推弧长需要满足：

24、，

25、，

26、式中，smax、ri的单位为m；

27、步骤4：设置二级差速比，确定横向水平千斤顶、纵向水平千斤顶的顶推距离，横向定位点到横向水平千斤顶中心的距离为a，纵向水平千斤顶、横向水平千斤顶的顶推速度与竖向千斤顶的顶推速度比取为：

28、，

29、，

30、纵向水平千斤顶、横向水平千斤顶的顶推距离分别为：

31、，

32、单次顶推完成时，竖向千斤顶的理论位置与实际位置的横向偏位小于0.004mm；

33、步骤5：按照设置好的两级差速比，循环顶推施工，严格监控并控制精度，直到将桥梁顶推就位，全程无需进行横向纠偏作业。

34、本发明的技术效果在于：发明的弯桥多级差速顶推正交联动步履式千斤顶及施工方法能够通过两级差速比的调整，适用任意曲线半径弯桥的圆弧顶推施工，达到顶推过程中不需要进行纠偏的理想状态，并且与传统顶推方法相比，可以大幅增大每次顶推的纵桥向距离，减少顶推次数，进一步提高弯桥顶推施工效率。