無錫地鐵二號線跨滬寧高速橋關(guān)鍵點設(shè)計

摘要：無錫地鐵二號線跨滬寧高速節(jié)點橋，為80+138+80m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，根據(jù)可查的文獻(xiàn)為目前鐵路上最大跨徑的混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。采用先懸臂澆筑后水平轉(zhuǎn)體的施工方法，也是據(jù)可查文獻(xiàn)首次將這兩種施工方法相結(jié)合的橋梁。本橋具有跨度大、橋面窄、施工復(fù)雜的特點。本文主要總結(jié)分析該橋從方案設(shè)計至施工圖設(shè)計中的難點、關(guān)鍵點，包括方案的選擇、橋梁的上部構(gòu)造、轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的構(gòu)造、轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的計算、施工中臨時固結(jié)措施、橋梁結(jié)構(gòu)受力優(yōu)化等。

關(guān)鍵詞：地鐵;預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁;懸臂澆筑與轉(zhuǎn)體;轉(zhuǎn)體系統(tǒng);臨時固結(jié)

1概況

地鐵2號線在滬寧高速附近沿錫滬路走向，在樁號YSK17+414～YSK17+712范圍橫跨滬寧高速公路橋梁，與滬寧高速橋相交約70⁰，受多方面因素影響，地鐵橋梁跨徑為80+138+80m，橋?qū)?.3m。施工采用先懸臂澆筑再水平轉(zhuǎn)體。滬寧高速橋在此處為跨徑3x20m的簡支梁，橋?qū)?2m，采用樁基礎(chǔ)。橋梁所處位置圖如下圖1所示。

2橋型方案選擇

如下圖所示，原錫滬路為機非車道+車行道+機非車道的三塊板形式（無中分帶），現(xiàn)建設(shè)地鐵后錫滬路中央設(shè)置分隔帶，而滬寧高速下受現(xiàn)有道路寬度限制，不能設(shè)置綠化帶。因而為滿足交通組織的要求，采取兩種方案：方案一是門式墩方案，即主跨支在門式墩上，門式墩和邊墩之間進(jìn)行有分隔帶到?jīng)]分隔帶的道路渠化（圖2）;方案二是采用大跨度方案，一跨跨過滬寧高速和道路渠化段（圖1）;

圖1" 地鐵橋梁平面圖（大跨度方案）

門式墩方案

對于門式墩方案，由于門式墩跨度大（約20m）及滬寧高速上方不得設(shè)置支架的要求，為盡量減少梁體重量，需采用鋼結(jié)構(gòu)主梁，及采用頂推施工的方法;經(jīng)過多次專家論證，考慮到門式墩影響景觀、鋼結(jié)構(gòu)噪聲較大、后期養(yǎng)護(hù)量大、頂推施工對滬寧影響時間長等因素，不采用門式墩方案。

對于大跨度方案，設(shè)計考慮采用了三種方案：一、175m無推力自錨式拱，由于受到線路標(biāo)高影響，拱矢高較小，受力不利;二、138m拱梁體系，梁結(jié)構(gòu)采用轉(zhuǎn)體到位后施工拱，但是如果拱設(shè)置于梁梁端則下部結(jié)構(gòu)較大，沒有空間;如果拱設(shè)置于梁中心，則需要改變線路平面，且拱施工時候?qū)麑幗煌ㄒ灿幸欢ㄓ绊?故不予采用;三、即推薦方案采用138m的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。橋梁立面布置圖如圖3所示

圖3" 橋梁立面圖

3施工方法的選擇

本橋跨越的滬寧高速是G2京滬線和G42滬寧線的并行段且處于無錫東出口附近，高速公路斷面寬，交通量大，根據(jù)高速管理部門要求，為了保障高速公路的通行安全，此處必須采用轉(zhuǎn)體施工。

按照常規(guī)轉(zhuǎn)體施工方法，本可在平行于高速公路方向搭支架現(xiàn)澆后，再進(jìn)行轉(zhuǎn)體。但是由于在轉(zhuǎn)體前施工場地限制，現(xiàn)澆梁體的空間受限，所以最后決定轉(zhuǎn)體前采用懸臂澆筑的施工方法。根據(jù)可查的文獻(xiàn)，這是首次將懸臂澆筑和轉(zhuǎn)體施工相結(jié)合的施工方法。

4 上部結(jié)構(gòu)

本橋采用80+138+80三跨一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土直腹板變截面連續(xù)箱梁，梁頂寬9.3m，梁底寬6.8m?？缰懈拱鍍艟?.9m，懸臂長1.25m。支點截面梁高8.6m，跨中截面梁高3.4m。箱梁梁高按1.8次拋物線變化，梁高曲線方程為：H=3.4+（5.2/661.8）x^1.8（單位：m）。

箱梁頂板厚度30cm，沿全橋一致。懸臂澆筑段底板厚度從跨中截面的30cm到支點截面的110cm，按1.8次拋物線變化，底板厚度由30cm按1.8次拋物線變厚至1.1m。邊跨現(xiàn)澆段3.5m范圍內(nèi)箱梁底板厚由30cm變化為60cm，其間按直線變化，其余均為30cm。

腹板厚度從跨中截面的45cm按直線變化到支點截面的80cm，合攏段箱梁腹板厚度為45cm。

箱梁懸臂板端部厚度為18cm，根部厚度為65cm。

圖4" 1/2 墩頂截面" 1/2跨中截面

箱梁內(nèi)在墩頂及中跨跨中設(shè)置橫隔板，邊跨端部橫隔板寬1.5m，中墩橫隔板寬3.0m，中垮跨中及9（9’）塊設(shè)置橫隔板，橫隔板寬0.5m。為滿足施工和管理需要，在每道橫隔板均設(shè)置了人孔，在中墩頂也設(shè)置了人孔。為保持箱內(nèi)通風(fēng)干燥，在箱梁腹板和底板上均留有通風(fēng)孔和排水孔。

主梁采用懸臂澆筑方法施工，共分17個節(jié)段，一般梁節(jié)段長度為3m、4m。

上部結(jié)構(gòu)縱向按全預(yù)應(yīng)力設(shè)計。箱梁截面橫向鋼筋與腹板箍筋都為受力鋼筋。豎向設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力。

上部主要計算指標(biāo)如下圖所示：

80+138+80m連續(xù)梁主要計算成果表

5下部結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)體系統(tǒng)

5.1下部基礎(chǔ)

本橋由于一個主墩承臺附近有一根高壓石油管線，為避讓管線，一個主墩承臺（B18墩）相對于正常布置的B19主墩承臺轉(zhuǎn)了90度，為保證縱向水平剛度，將固定支座設(shè)在B19墩。

本橋主墩橫斷面如下圖所示，由于道路中分帶及道路渠化的限制，墩底橫向尺寸3.5m，墩頂布置支座的需要（支座間距6.2m），墩頂橫向尺寸8.4m，如此大跨徑的結(jié)構(gòu)，采用此墩構(gòu)造受力較為不利，因此在墩頂橫向加了預(yù)應(yīng)力。同時對墩頂進(jìn)行有限元計算，分析懸臂澆筑階段各工況下，墩的受力情況，保證墩處于安全狀態(tài)。

圖5" 主墩構(gòu)造圖

5.2轉(zhuǎn)體構(gòu)造

轉(zhuǎn)動支承系統(tǒng)是平轉(zhuǎn)法施工的關(guān)鍵設(shè)備，由上轉(zhuǎn)盤和下轉(zhuǎn)盤構(gòu)成。上轉(zhuǎn)盤支承轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，下轉(zhuǎn)盤與基礎(chǔ)相聯(lián)。通過上轉(zhuǎn)盤相對于下轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，達(dá)到轉(zhuǎn)體目的。轉(zhuǎn)動支承系統(tǒng)必須兼顧轉(zhuǎn)體、承重及平衡等多種功能

轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由下轉(zhuǎn)盤、球鉸、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)、助推系統(tǒng)、止動系統(tǒng)組成。

下轉(zhuǎn)盤是轉(zhuǎn)體重要支撐結(jié)構(gòu)，布置有轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的下球鉸、撐腳的環(huán)形滑道、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)的反力座，助推系統(tǒng)、止動系統(tǒng)等。B18墩下轉(zhuǎn)盤長14.8m，寬10.5m，高4m，B19墩下轉(zhuǎn)盤長14.5m，寬10.5m，高4m。下轉(zhuǎn)盤布置有縱、橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋、上下層普通鋼筋網(wǎng)。

上轉(zhuǎn)盤半徑10.2m，高度2.3m，上、下轉(zhuǎn)盤間距0.8m。上轉(zhuǎn)盤布置有縱、橫、豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋、上下層普通鋼筋網(wǎng)。

上轉(zhuǎn)盤撐腳為轉(zhuǎn)體時保持轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)平穩(wěn)的保險腿。從保持轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和方便施工出發(fā)，在上轉(zhuǎn)盤周圍對稱布置6個撐腳。在撐腳的下方（即下盤頂面）設(shè)有1.1m寬的滑道，滑道中心半徑4.1m，轉(zhuǎn)體時保險撐腳可在滑道內(nèi)滑動，以保持轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)平穩(wěn)。每個上轉(zhuǎn)盤設(shè)有6個撐腳，每個撐腳為雙圓柱形，下設(shè)24mm厚鋼走板。雙圓柱為兩個Φ700mm×20mm的鋼管，撐腳鋼管內(nèi)灌注C50微膨脹混凝土。

牽引索采用12- 15.2鋼絞線，在上轉(zhuǎn)盤內(nèi)錨固端采用P錨，牽引索在上轉(zhuǎn)盤纏繞90度后，以半徑R=450cm切入上轉(zhuǎn)盤1/4圓進(jìn)行埋設(shè)。

為保證平轉(zhuǎn)過程的連續(xù)性，轉(zhuǎn)體啟動時采用鋼絞線牽引與千斤頂頂推相結(jié)合方式對上轉(zhuǎn)盤施加力矩，啟動后采用鋼絞線連續(xù)牽引方式;牽引反力座在轉(zhuǎn)體啟動時，兼做千斤頂頂推反力座。在轉(zhuǎn)體止動擋塊前設(shè)置木板墊塊，并預(yù)留千斤頂空間，以便準(zhǔn)確調(diào)整梁體位置。

上下轉(zhuǎn)盤預(yù)留鋼筋，轉(zhuǎn)體完成后將上下轉(zhuǎn)盤間灌注混凝土，使轉(zhuǎn)盤連為一體。

a）轉(zhuǎn)盤立面圖""""" """""""""""""""b）轉(zhuǎn)盤側(cè)面圖

C）轉(zhuǎn)體前平面圖""""""" """"""""""""""d）轉(zhuǎn)體后平面圖

圖6" 轉(zhuǎn)體構(gòu)造圖

本橋轉(zhuǎn)動體系采用鋼球鉸，鋼球鉸是目前大噸位轉(zhuǎn)體采用的球鉸結(jié)構(gòu)，其摩擦小、支座方便、精度高、自動向心減小偏心彎矩等優(yōu)點。球鉸分上下兩片。球體半徑R6000mm，球面直徑Φ3000mm，采用廠家成套產(chǎn)品。球鉸是轉(zhuǎn)動體系的核心，它是轉(zhuǎn)體施工的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。

5.3轉(zhuǎn)體系統(tǒng)計算簡介

轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的計算內(nèi)容有：

1）牽引力計算。

2）球鉸混凝土承壓面計算

3）撐腳計算

4）上轉(zhuǎn)盤計算

5）下轉(zhuǎn)盤計算

6）上下轉(zhuǎn)盤連成整體后，成橋節(jié)段承臺計算。

以上3）、4）、5）內(nèi)容計算均牽涉到不平衡彎矩的計算，由于本橋轉(zhuǎn)體前是懸臂澆筑因而其不平衡彎矩計算大大高于一般的轉(zhuǎn)體施工。關(guān)于此計算并無同一規(guī)范要求，一般包括墩兩側(cè)混凝土重量差異、墩兩側(cè)節(jié)段不平衡澆筑、掛籃不平衡移動、齒板不對稱、施工機具擺放不對稱、其他施工活載的不對稱等。

對于上轉(zhuǎn)盤的計算應(yīng)考慮不同撐腳受力時，上轉(zhuǎn)盤均能滿足受力要求，因而配置的受力鋼筋或預(yù)應(yīng)力鋼筋是雙向的。

對于下轉(zhuǎn)盤按照上部結(jié)構(gòu)通過球鉸球冠將力傳給下轉(zhuǎn)盤，按照規(guī)范承臺計算模式進(jìn)行計算。

另外上下轉(zhuǎn)盤的計算還要考慮施工階段6個撐腳與下轉(zhuǎn)盤卡死，其均勻受力，而球鉸由于四氟片的有壓縮性，導(dǎo)致上轉(zhuǎn)盤為四周支撐，上部結(jié)構(gòu)作用于轉(zhuǎn)盤中間的工況。

鑒于篇幅，轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的計算不一一列出。

6.施工期間臨時固結(jié)措施設(shè)計

對于結(jié)構(gòu)在施工階段的穩(wěn)定性，本橋跟單獨的懸臂澆筑及轉(zhuǎn)體施工不同，其在施工階段主要存在2個不穩(wěn)定點：一個是球鉸之間的上下轉(zhuǎn)盤之間有較小的相對轉(zhuǎn)動，由于懸臂施工時間長和對標(biāo)高控制的要求，這在懸臂澆筑階段需要消除，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性（轉(zhuǎn)體階段施工時間短，輕微轉(zhuǎn)動對結(jié)構(gòu)影響不大）;二是跟一般的懸臂澆筑一樣墩梁之間的連接。設(shè)計在懸臂施工階段和轉(zhuǎn)體施工階段針對這2個點采取多重穩(wěn)定措施：

（1）在懸臂施工階段：轉(zhuǎn)動球鉸上下轉(zhuǎn)盤通過鋼板將6個保險撐與下裝盤卡死，防止橋墩的輕微的轉(zhuǎn)動發(fā)生（如下圖1所示），并在上下轉(zhuǎn)盤的封錨鋼筋進(jìn)行了臨時焊接;墩梁間設(shè)置混凝土臨時支座，并張拉預(yù)應(yīng)力拉桿，保證在施工階段各不利工況下梁體不傾覆（如下圖2所示）;另外在主墩2側(cè)設(shè)置4根鋼管混凝土立柱，作為保證梁體穩(wěn)定的附加措施，進(jìn)一步提高梁體的穩(wěn)定。（如下圖3所示）;

圖1" 轉(zhuǎn)體球鉸臨時固定措施

圖2" 墩梁臨時固結(jié)措施

圖3" 墩旁支架

（2）在轉(zhuǎn)體施工階段：為了轉(zhuǎn)體進(jìn)行，將墩旁支架拆除，墩梁固結(jié)主要靠臨時支座及預(yù)應(yīng)力拉桿完成，雖然比懸臂階段少了墩旁支架這樣一個安全措施，但是轉(zhuǎn)體時候梁體的不平衡彎矩遠(yuǎn)小于懸臂階段（不平衡澆筑、施工機械偏載等均以消除），其抗傾覆系數(shù)滿足規(guī)范要求（在沒有墩旁支架工況下，在懸臂節(jié)段設(shè)計傾覆安全系數(shù)不小于2）。為保證轉(zhuǎn)體的進(jìn)行，將上下轉(zhuǎn)盤間的鋼板抽出，進(jìn)行轉(zhuǎn)體，轉(zhuǎn)體緩慢進(jìn)行，如前所述轉(zhuǎn)體時間短，保險撐和下轉(zhuǎn)盤間細(xì)小間隙引起的轉(zhuǎn)動很小，對結(jié)構(gòu)基本沒有影響，在極端情況下整個橋墩向一邊傾覆也有直徑10m的保險撐支撐，在設(shè)計轉(zhuǎn)盤和撐腳時計算均能滿足。

7 結(jié)構(gòu)受力優(yōu)化

本橋跨度大，而且橋面窄（僅9.3m寬），橋梁寬跨小于常規(guī)橋梁。為增大橫向剛度，增加橋梁底板寬度為6.8m。經(jīng)計算橫向頻率及橫向撓度均滿足規(guī)范要求。

為減小后期撓度對軌道影響，調(diào)整預(yù)應(yīng)力線形，使工后徐變降為最小。同時適當(dāng)加大中墩頂梁高，降低中墩處底板應(yīng)力水平，增加整體剛度，有效控制后期下?lián)稀?/p>

為適應(yīng)橋下渠化要求，主墩橫向?qū)挾葍H為3.5m，而主墩布置支座要求，墩上部寬度達(dá)到8.4m，為滿足墩頂受力要求，墩頂設(shè)置預(yù)應(yīng)力。

上下轉(zhuǎn)盤受力除考慮正常受力外，考慮極端情況下（掛藍(lán)掉落、階段滯后澆筑等），轉(zhuǎn)盤受彎、保險撐受力等工況。

下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震計算，墩按照延性構(gòu)構(gòu)件計算;調(diào)整墩的配筋和樁間距，使靜力計算和抗地震計算的樁長基本相當(dāng)，達(dá)到節(jié)約材料的目的。

8. 結(jié)語

無錫地鐵二號線跨滬寧高速節(jié)點橋受各方面因素制約較多，在跨徑、橋?qū)捒绫?、橋梁施工方法、橋梁墩形、基礎(chǔ)布置等方面都不同于一般結(jié)構(gòu)的橋梁，在設(shè)計中均有一定的難度和突破。本橋針對以上難點及設(shè)計時多方面的考慮進(jìn)行了總結(jié)。希望對今后同類型的橋梁設(shè)計能提供一定的參考作用。

參考文獻(xiàn)：

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