鄭州中心區(qū)鐵路跨線橋超大噸位轉(zhuǎn)體施工技術(shù)

肖建新

（中鐵大橋局集團(tuán)第一工程有限公司 鄭州 450053）

1 工程概況

1．1 橋梁結(jié)構(gòu)、環(huán)境特點(diǎn)及轉(zhuǎn)體意義

鄭州中心區(qū)鐵路跨線橋主橋?yàn)殡p塔單索面3跨預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，孔跨布置為106m＋248 m＋106m，全長(zhǎng)460m。位于鄭州火車站北樞紐，主跨248m，先后跨越京廣和隴?？瓦\(yùn)線、鄭州車輛段、京廣和隴海貨運(yùn)線，交通非常繁忙［1］。為避免施工造成的長(zhǎng)時(shí)間封鎖鐵道線或者頻繁干擾鐵路運(yùn)輸，其中跨越京廣、隴?？瓦\(yùn)線共7條股道的120梁段采用轉(zhuǎn)體法施工，以最大限度地減少對(duì)行車密集的京廣、隴海2大客運(yùn)鐵路干線的行車影響，以及常規(guī)施工對(duì)鐵路運(yùn)營的頻繁干擾，從而減少行車安全隱患，大大降低安全風(fēng)險(xiǎn)。［2］

跨線橋轉(zhuǎn)體前后橋梁位置關(guān)系見圖1。

圖1 跨線橋轉(zhuǎn)體前后橋梁位置圖（單位：m）

1．2 轉(zhuǎn)體體系概況

本橋上跨京廣隴?？瓦\(yùn)鐵路的梁段采用轉(zhuǎn)體施工，球鉸設(shè)在3號(hào)主墩承臺(tái)頂中心，轉(zhuǎn)體的構(gòu)件主要包括：上轉(zhuǎn)盤（含上球鉸）、墩身、支座及墊石、墩梁臨時(shí)固結(jié)、主梁轉(zhuǎn)體段（60．5m＋59．5 m）、主塔以及斜拉索（6對(duì)）、施工掛籃（1只）、配重及其他臨時(shí)荷載等。

轉(zhuǎn)體系統(tǒng)布置見圖2。

圖2 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)布置圖

牽引系統(tǒng)包括牽引索、助拉牽引索以及相應(yīng)的千斤頂反力座。牽引索采用15－15．2鋼絞線，固定端錨固在上轉(zhuǎn)盤內(nèi)；助拉索采用11－15．2鋼絞線，固定端錨固在上轉(zhuǎn)盤撐腳內(nèi)；承臺(tái)上設(shè)有千斤頂反力座和牽引反力座，牽引反力座用于轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的啟動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，千斤頂反力座用于轉(zhuǎn)體的啟動(dòng)、止動(dòng)、姿態(tài)微調(diào)等。

上轉(zhuǎn)盤為3向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，四周共設(shè)8對(duì)撐腳。撐腳中心線直徑為11．2m，施工時(shí)撐腳底離滑道頂26mm，轉(zhuǎn)體過程中起防傾覆作用。上轉(zhuǎn)盤與承臺(tái)之間設(shè)置球鉸，球鉸半徑8m。

1．3 轉(zhuǎn)體技術(shù)參數(shù)

設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)體總重量171 000kN；轉(zhuǎn)體梁段長(zhǎng)度60．5m（中跨）＋59．5m（邊跨）＝120m；平轉(zhuǎn)角度為逆時(shí)針60．4°。

2 轉(zhuǎn)體體系施工

2．1 球鉸施工

（1）球鉸構(gòu)造。主橋轉(zhuǎn)體系統(tǒng)球鉸位于3號(hào)主墩承臺(tái)中心，球鉸分為上球鉸、下球鉸及轉(zhuǎn)動(dòng)軸3部分，共重146．8kN。球鉸位置在上下轉(zhuǎn)盤之間，球鉸半徑8m，平面直徑為4m，球鉸由上下2塊45mm厚鋼質(zhì)球鉸組成，上球鉸為凸面，與下轉(zhuǎn)盤（球缺面）接觸，下球鉸為凹面，通過承臺(tái)內(nèi)鋼骨架固定在下轉(zhuǎn)盤的頂面上，上下球鉸球缺高度254mm，材質(zhì)均為16Mnq鋼板壓制而成的球面，背部設(shè)肋條，球鉸中心設(shè)直徑×壁厚為325mm×18mm鋼套，總長(zhǎng)度為4 050mm，為了便于運(yùn)輸分為2 025mm的2節(jié)，用法蘭連接。中心軸為260mm的實(shí)心軸，下球鉸上鑲嵌直徑×壁厚為60mm×18mm聚四氟乙烯滑片906塊，直徑×壁厚為100mm×18mm聚四氟乙烯滑片4塊，上下球鉸間填充黃油四氟粉，作潤(rùn)滑與上球面板組成摩擦副。

為了保證混凝土澆筑密實(shí)，在下球鉸面板上預(yù)留4個(gè)直徑80mm和4個(gè)直徑100mm振搗孔，預(yù)留孔制作為內(nèi)襯環(huán)＋振搗法蘭蓋的安裝形式。等混凝土澆筑完成后將振搗法蘭蓋安裝在下球鉸面上，然后在振搗法蘭蓋上安裝四氟滑片。另外，為了振搗時(shí)能排除混凝土中的氣泡，也便于混凝土澆筑后水分蒸發(fā)，下球鉸均勻設(shè)置了32個(gè)直徑20mm的出氣孔。

（2）球鉸制造驗(yàn)收。球鉸豎向承載力為171 000kN，由專業(yè)廠家制造，出廠和進(jìn)場(chǎng)時(shí)分別組織業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工單位進(jìn)行檢查驗(yàn)收。

（3）球鉸安裝。

①下球鉸安裝。球鉸安裝在3號(hào)墩承臺(tái)中央，承臺(tái)澆注混凝土?xí)r預(yù)留一個(gè)倒圓臺(tái)槽口，槽內(nèi)預(yù)埋好預(yù)埋件。先將球鉸上球鉸吊開放置一邊，并用塑料、膠布將凸面防護(hù)好。將下球鉸型鋼骨架吊起安放在承臺(tái)預(yù)留槽內(nèi)預(yù)埋件上，調(diào)整好位置，將其焊接固定，將下球鉸安放到位，利用調(diào)位螺母將其調(diào)整水平。

測(cè)量人員采用全站儀放出球鉸軸線和邊緣4個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值，控制球鉸偏位。采用水準(zhǔn)儀調(diào)整水平，將下球鉸準(zhǔn)確定位滿足設(shè)計(jì)要求后固定牢固。下球鉸安裝校正后做好防塵處理。

②預(yù)留槽口混凝土灌注。預(yù)留槽口共計(jì)需要C50混凝土22．8m3，球鉸部位灌注混凝土從一側(cè)通過球鉸下底面向另一側(cè)流動(dòng)，振動(dòng)棒從球鉸四周邊緣往里斜插使其流動(dòng)，同時(shí)在球鉸頂面振搗孔處插入振動(dòng)棒振動(dòng)，排出氣泡，混凝土溢出孔后封堵振搗孔?；炷琳駬v確保密實(shí)。澆注完成后，及時(shí)清理球面內(nèi)積水、混凝土殘?jiān)?，并用棉紗清理干凈?；炷琉B(yǎng)護(hù)直至上球鉸和滑片安裝前用篷布覆蓋，防止污染。

③安裝銷軸。將黃油與四氟粉按重量比120∶1的比例配制好后，在中心銷軸套管中放入黃油四氟粉，然后將中心銷軸輕放到套管中，放置時(shí)保證中心銷軸豎直并與周圍間隙一致。

④安裝滑片及上球鉸。將下球鉸再次清理干凈，按照設(shè)計(jì)要求安裝聚四氟乙烯滑片，在下球鉸凹球面上按照順序由內(nèi)到外安裝聚四氟乙烯滑片，滑片應(yīng)按照編號(hào)對(duì)應(yīng)放入凹槽內(nèi)，其頂面應(yīng)位于統(tǒng)一球面上，誤差小于1mm。將聚四氟乙烯滑片安裝完畢后，用黃油四氟粉填滿聚四氟乙烯滑板之間的間隙，使黃油面與四氟滑片面相平。整個(gè)安裝過程要保持球面清潔，不要將雜物帶至球面上。

將上球鉸的2段銷軸套管接好，用螺栓固定牢固。注意保護(hù)好上球鉸，將上球鉸凸球面涂抹黃油后，用防水塑料布將整個(gè)上球鉸嚴(yán)密包起來，放置于厚木板上。使用時(shí)將上球鉸吊起，去除防水塑料布，用紗布將凸球面擦試干凈，在凸球面上抹涂一層黃油四氟粉，然后將上球鉸對(duì)準(zhǔn)中心銷軸輕落至下球鉸上。用拉鏈葫蘆微調(diào)上球鉸位置，使之水平并與下球鉸外圈間隙一致。去除被擠出的多余的黃油，用寬膠帶紙將上、下球鉸邊緣的縫隙密封。

⑤試運(yùn)轉(zhuǎn)。球鉸安裝完成后，進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，檢查無異常，再將球鉸密封。

2．2 上轉(zhuǎn)盤施工

3號(hào)墩轉(zhuǎn)體上轉(zhuǎn)盤包括8組撐腳及上轉(zhuǎn)盤，其主體為3向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，撐腳為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。

2．3 墩身及轉(zhuǎn)體段主梁施工

主墩墩身混凝土采用整體鋼模一次澆筑，泵送入模。120m轉(zhuǎn)體段主梁采用支架現(xiàn)澆，包括0號(hào)塊（19．4m）、DB1（50．3m）和 DZ1（50．3m）分別一次澆筑完成。

上轉(zhuǎn)盤及墩身工程照片見圖3。

圖3 上轉(zhuǎn)盤及墩身

2．4 塔身及斜拉索施工

主塔為鋼筋混凝土獨(dú)柱式，梁面以上塔高64．5m，采用翻模法施工。塔身旁配1臺(tái)固定式塔吊輔助施工。轉(zhuǎn)體前施工完成6對(duì)斜拉索。

2．5 反力座施工

承臺(tái)施工完成后設(shè)置牽引索反力座、千斤頂反力座，采用混凝土吊罐進(jìn)行混凝土澆筑。

2．6 滑道及撐腳施工

滑道在承臺(tái)施工時(shí)在設(shè)計(jì)位置通過木板預(yù)留槽口，然后用砂漿找平，分塊將滑道鋼板安裝固定，測(cè)量監(jiān)控確?；榔秸取?/p>

為避免撐腳在體系轉(zhuǎn)換時(shí)抵死，在通過設(shè)計(jì)人員同意后將撐腳與滑道間的間隙由16mm調(diào)整為26mm，且撐腳施工時(shí)根據(jù)圖紙預(yù)留助拉牽引索鋼絞線。

2．7 牽引索施工

牽引索錨固于上轉(zhuǎn)盤中，上轉(zhuǎn)盤施工時(shí)將牽引索錨固在設(shè)計(jì)位置，錨固長(zhǎng)度大于7m，在錨固高度對(duì)應(yīng)的上轉(zhuǎn)盤相應(yīng)位置周圈預(yù)埋支撐牽引索的鋼筋頭，由于牽引索長(zhǎng)時(shí)間外露避免其銹蝕和過電，預(yù)留完成后將外露部分涂抹黃油，且用塑料管包裹保護(hù)。

2．8 臨時(shí)墩施工

為確保轉(zhuǎn)體后轉(zhuǎn)體段梁體形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)體后邊跨距離墩中心55m處設(shè)置鋼管臨時(shí)墩，臨時(shí)墩采用直徑×壁厚為1．0m×10mm的鋼管，待轉(zhuǎn)體完成且姿態(tài)微調(diào)后用型鋼將臨時(shí)墩與梁體抄實(shí)。

2．9 稱重施工

（1）稱重反力架。稱重反力架分別設(shè)置與中跨和邊跨距離墩中心55m處的隔板位置，其結(jié)構(gòu)為9m×5m的混凝土基礎(chǔ)，6根直徑×壁厚為0．426m×10mm的鋼管作為支撐柱，其上設(shè)置2［36的型鋼作為分配梁。并在每個(gè)反力架上安裝3臺(tái)2 000kN千斤頂及經(jīng)標(biāo)定過的傳感器。

（2）稱重。①在一端向上施力頂升梁體，當(dāng)梁體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的瞬間（通過轉(zhuǎn)盤處設(shè)置的百分表來判斷），記錄傳感器頂升力和百分表讀數(shù)；②通過頂升力與力臂求得力矩；③中跨、邊跨各頂升1次記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，分析后剔除不合理數(shù)據(jù)，由最小二乘法分析求得球鉸摩阻系數(shù)、偏心距；④根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)減少邊跨配重13．6t，調(diào)整偏向距，再次稱重使偏心距為0．05m，滿足預(yù)定偏心距；⑤稱重成果見表1。

表1 稱重成果一覽表

3 轉(zhuǎn)體施工準(zhǔn)備

3．1 轉(zhuǎn)體設(shè)備

轉(zhuǎn)體設(shè)備見表2。

表2 轉(zhuǎn)體施工主要機(jī)具設(shè)備儀器

3．2 轉(zhuǎn)體施工組織

轉(zhuǎn)體時(shí)成立轉(zhuǎn)體施工指揮組，下設(shè)監(jiān)控組、技術(shù)組、施工組、安全防護(hù)組、測(cè)量組、觀察應(yīng)急組、后勤組等，在專家組的指導(dǎo)和監(jiān)理組的監(jiān)督下加強(qiáng)信息傳遞，確保指令暢通。

4 轉(zhuǎn)體施工

4．1 轉(zhuǎn)體設(shè)備布置

（1）布置連續(xù)平轉(zhuǎn)千斤頂動(dòng)力泵站。

（2）布置轉(zhuǎn)體控制設(shè)備。①布置連續(xù)平轉(zhuǎn)千斤頂檢測(cè)傳感器；②連接現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。

（3）布置助拉千斤頂。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在開始轉(zhuǎn)體過程中，轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由靜摩擦轉(zhuǎn)為動(dòng)摩擦過程中，靜摩擦力有可能很大，需要利用助拉千斤頂提供一個(gè)拉力輔助結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，在2個(gè)千斤頂反力座后各布置1臺(tái)助拉千斤頂，當(dāng)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)啟動(dòng)后，助拉千斤頂自動(dòng)失去作用。

4．2 轉(zhuǎn)體同步控制方案

采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)確保連續(xù)平轉(zhuǎn)千斤頂動(dòng)作同步和牽引點(diǎn)位置同步。

4．3 轉(zhuǎn)體施工步驟

（1）轉(zhuǎn)體系統(tǒng)設(shè)備安裝準(zhǔn)備。在每個(gè)牽引點(diǎn)分別布置1臺(tái)40L雙比例液壓泵站，共布置2臺(tái)。每個(gè)助拉點(diǎn)布置1臺(tái)液壓泵站，共布置2臺(tái)。

（2）支架、塔吊拆除及掛籃安裝和配重。

（3）靜置。轉(zhuǎn)體段施工支撐支架拆除前對(duì)各觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)并作為原始記錄，支架拆除完成后靜置24h，每2h對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行一次測(cè)量并記錄（標(biāo)高、位置、測(cè)量溫度等），若有異常（如觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)高突變等），立即對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查并復(fù)測(cè)。

靜置過程中對(duì)轉(zhuǎn)盤、墩梁固結(jié)以及梁體等結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，檢查是否有裂縫等現(xiàn)象發(fā)生并記錄，若有異常及時(shí)處理。

（4）調(diào)整重心。為確保轉(zhuǎn)體過程中梁體的穩(wěn)定，且確保鐵路運(yùn)營線的安全，在稱重后，根據(jù)稱重結(jié)果調(diào)整重心在邊跨側(cè)距球鉸中心5～10cm之間，形成球鉸、邊跨側(cè)2個(gè)撐腳同時(shí)支撐的3點(diǎn)支撐狀態(tài)。

調(diào)整時(shí)應(yīng)根據(jù)稱重結(jié)果所測(cè)得的不平衡力矩，確定配重重量并配重。

（5）測(cè)量及監(jiān)控標(biāo)志。①在滑道轉(zhuǎn)盤上做好線速度控制標(biāo)記，在上轉(zhuǎn)盤外緣貼上坐標(biāo)米格紙帶，以便轉(zhuǎn)體過程中監(jiān)測(cè)并控制轉(zhuǎn)體速度；②對(duì)其他所需的觀測(cè)點(diǎn)提前做好標(biāo)記，并要預(yù)見轉(zhuǎn)體施工動(dòng)態(tài)變化過程中測(cè)點(diǎn)的可視性。

（6）監(jiān)控元件布設(shè)。按監(jiān)控單位要求布設(shè)應(yīng)力監(jiān)控元件。

4．4 預(yù)轉(zhuǎn)體

在正式轉(zhuǎn)體前先預(yù)轉(zhuǎn)體，根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)查確定轉(zhuǎn)動(dòng)1．5°后不進(jìn)入鐵路限界。在滑道上設(shè)置一根角鋼作為轉(zhuǎn)體強(qiáng)制限位裝置，保證預(yù)轉(zhuǎn)角度。鐵路給點(diǎn)并停電后，解除臨時(shí)支撐，觀察滑道上無障礙物后開始啟動(dòng)牽引千斤頂。

預(yù)轉(zhuǎn)時(shí)采用牽引千斤頂進(jìn)行分級(jí)加載，當(dāng)千斤頂加載至開始轉(zhuǎn)動(dòng)，到1．5°后轉(zhuǎn)動(dòng)停止，恢復(fù)臨時(shí)支撐。通過預(yù)轉(zhuǎn)體實(shí)施情況決定正式轉(zhuǎn)體不采用助拉千斤頂，將助拉索通過鋼筋固定于撐腳上，在轉(zhuǎn)體過程中隨撐腳一起轉(zhuǎn)動(dòng)。

4．5 轉(zhuǎn)體

根據(jù)鐵路局相關(guān)調(diào)度命令轉(zhuǎn)體分2次要點(diǎn)完成，每次要點(diǎn)60min。施工前對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行檢查，停電完成后，指揮組命令解除臨時(shí)支撐，施工人員分組打掉臨時(shí)支撐抄墊鋼板，去除型鋼支撐，觀察人員對(duì)解除過程和結(jié)果進(jìn)行觀察，解除完畢后向指揮組匯報(bào)施工與觀察情況，由指揮組發(fā)布張拉命令。

張拉開始后觀察人員對(duì)鋼絞線、反力座結(jié)構(gòu)以及撐腳和滑道進(jìn)行觀察，轉(zhuǎn)動(dòng)開始后及時(shí)將未隨撐腳一同移動(dòng)的四氟乙烯板向轉(zhuǎn)動(dòng)方向進(jìn)行倒運(yùn)，并對(duì)抽拔出的鋼絞線進(jìn)行梳理，保證轉(zhuǎn)體順利進(jìn)行。轉(zhuǎn)動(dòng)至距離設(shè)計(jì)位置2m時(shí)，改為點(diǎn)動(dòng)，通過點(diǎn)動(dòng)使梁體到達(dá)設(shè)計(jì)位置，并固定制動(dòng)裝置，確保轉(zhuǎn)體段的位置。然后認(rèn)真檢查轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)、牽引平臺(tái)、鎖定措施等情況，確認(rèn)一切正常后，結(jié)束轉(zhuǎn)體施工并消點(diǎn)。

4．6 姿態(tài)微調(diào)

轉(zhuǎn)體完成后調(diào)整線形，先調(diào)梁體中線，再調(diào)主塔垂直度，最后調(diào)主梁標(biāo)高線型。在轉(zhuǎn)體段和邊跨現(xiàn)澆段端頭設(shè)置十字交叉2根鋼絞線，用千斤頂張拉調(diào)整，調(diào)整完成后中心偏位為中跨20 mm，邊跨14mm。主塔垂直度采用3臺(tái)4 500 kN千斤頂在轉(zhuǎn)盤千斤頂反力座上頂上轉(zhuǎn)盤，通過百分表控制千斤頂?shù)男谐?，調(diào)整完成后主塔塔頂偏位為偏南5mm，偏西27mm。經(jīng)測(cè)量梁體線形滿足監(jiān)控要求。

用鋼筋將撐腳與滑道抄實(shí)并焊接牢靠，將千斤頂反力座上型鋼與上轉(zhuǎn)盤用鋼板抄實(shí)，保證梁體位置不因轉(zhuǎn)盤而變化。

5 結(jié)語

通過對(duì)鄭州中心區(qū)鐵路跨線橋超大噸位轉(zhuǎn)體施工的工程實(shí)踐，總結(jié)其技術(shù)要點(diǎn)如下：

（1）轉(zhuǎn)體時(shí)攜帶了大型施工臨時(shí)設(shè)施。在施工過程中，因場(chǎng)地限制及跨越京廣、隴海鐵路等共7條電氣化股道的復(fù)雜外部環(huán)境要求，掛籃、塔吊等大型臨時(shí)設(shè)施需要在轉(zhuǎn)體前安裝就位并參與轉(zhuǎn)體，故轉(zhuǎn)體平衡控制要求較高，現(xiàn)場(chǎng)采取了平衡配重、動(dòng)態(tài)監(jiān)控等工藝手段，完成了主體結(jié)構(gòu)攜帶多種大臨設(shè)施同步轉(zhuǎn)體的施工技術(shù)實(shí)施。

（2）采用了2階段轉(zhuǎn)體法。因該橋轉(zhuǎn)體時(shí)需跨越鄭州火車站北咽喉，平均約3min通行一趟客運(yùn)列車，若一次要點(diǎn)120min，須中斷京廣、隴海2大動(dòng)脈2h，勢(shì)必嚴(yán)重影響全國大部分列車的通行。施工中采用了2階段轉(zhuǎn)體法，即120min分2次給點(diǎn)，每次60min，中間間隔一定的時(shí)間，讓積壓的列車通行，從而有效緩解了交通運(yùn)輸壓力。

整個(gè)轉(zhuǎn)體過程安全、優(yōu)質(zhì)、高效，為類似橋梁施工積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

［1］ 中鐵二院工程集團(tuán)有限公司．鄭州市中心區(qū)鐵路跨線橋施工圖設(shè)計(jì)文件［Z］．成都：中鐵二院工程集團(tuán)有限公司，2007～2009．

［2］ 中鐵大橋局股份有限公司鄭州中心區(qū)鐵路跨線橋項(xiàng)目經(jīng)理部．鄭州市中心區(qū)鐵路跨線橋施工組織設(shè)計(jì)方案［Z］．鄭州：中鐵大橋局股份有限公司鄭州中心區(qū)鐵路跨線橋項(xiàng)目經(jīng)理部，2007～2010．