湘潭鐵路橋轉(zhuǎn)體施工技術(shù)及不平衡稱重試驗(yàn)

唐志奇

（中鐵二十五局集團(tuán)公司第三工程公司，湖南 長(zhǎng)沙 410075）

湘潭鐵路橋轉(zhuǎn)體施工技術(shù)及不平衡稱重試驗(yàn)

唐志奇

（中鐵二十五局集團(tuán)公司第三工程公司，湖南 長(zhǎng)沙 410075）

本文以長(zhǎng)株潭城際鐵路湘潭特大橋（75.5+125+75.5）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的轉(zhuǎn)體施工為工程背景，講述了連續(xù)梁轉(zhuǎn)體過程中的關(guān)鍵技術(shù)、技術(shù)方法、施工措施和稱重試驗(yàn)等。工程實(shí)踐表明，該橋轉(zhuǎn)體施工效果良好，成橋線形符合設(shè)計(jì)要求，可為國內(nèi)同類工程提供參考。

曲線連續(xù)梁；稱重試驗(yàn)；轉(zhuǎn)體施工；控制技術(shù)

1 工程概況

新建長(zhǎng)株潭城際鐵路CZTZH-Ⅲ標(biāo)湘潭特大橋214#～217#墩跨越湘潭東車站，采用轉(zhuǎn)體法施工。主橋上部為（75.5+125+75.5）m預(yù)應(yīng)力混凝土曲線連續(xù)梁，曲率半徑1200m，為避免因曲線梁橫向偏心導(dǎo)致轉(zhuǎn)體過大的不平衡力矩，球鉸及下承臺(tái)需考慮橫橋向偏心，215#、216#墩分別為33.4cm、31.5cm。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)123m，215#墩設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)重量90630kN，轉(zhuǎn)動(dòng)角度為逆時(shí)針36°，216#墩設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)重量96200kN，轉(zhuǎn)動(dòng)角度逆時(shí)針26°。梁體平面位置如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)體梁平面位置圖

2 轉(zhuǎn)體施工難點(diǎn)分析

（1）滑道安裝、下轉(zhuǎn)盤上下球鉸，需嚴(yán)格控制測(cè)量精度；（2）曲線梁梁體較窄，轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)，轉(zhuǎn)動(dòng)過程中必須保證內(nèi)外側(cè)梁體平衡；（3）為保證轉(zhuǎn)體橋按設(shè)計(jì)位置就位，測(cè)量效率和精度需嚴(yán)格把關(guān)。（4）本工程主墩臨近既有線施工，主跨部分為臨近既有鐵路懸臂掛籃施工，掛籃施工完畢后進(jìn)行梁部轉(zhuǎn)體施工，工序緊湊，技術(shù)含量高，運(yùn)輸影響大，施工組織安排要求嚴(yán)謹(jǐn)詳實(shí)。

3 轉(zhuǎn)體施工技術(shù)

3.1 轉(zhuǎn)體重心偏移

如圖2所示，曲線連續(xù)梁橫橋向重心偏向曲線內(nèi)側(cè)，為避免偏心導(dǎo)致轉(zhuǎn)體過大的不平衡彎矩，球鉸及下承臺(tái)需考慮橫橋向偏心。

圖2 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)橫向偏心分析

3.2 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

轉(zhuǎn)體施工主要是轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的施工。轉(zhuǎn)體系統(tǒng)又由牽引系統(tǒng)、撐腳、滑道、上下球鉸、上盤、下承臺(tái)組成。由牽引系統(tǒng)通過液壓千斤頂提供動(dòng)力，使上下球鉸產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，撐腳和滑道控制平衡，防止傾覆，從而使梁體旋轉(zhuǎn)合攏。

工作程序：下球鉸的精確安裝→下盤的承臺(tái)施工→上球鉸的精確安裝→上轉(zhuǎn)盤的施工→主墩的施工→懸臂掛籃的施工→箱粱支架的拆除→釋放上下盤鎖定→進(jìn)行平衡配重→試轉(zhuǎn)→正式轉(zhuǎn)體→轉(zhuǎn)體的準(zhǔn)確就位→封固上、下盤球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)體系→合攏中跨→拆除臨時(shí)支承→現(xiàn)澆邊跨合龍段→頂、底板通長(zhǎng)束預(yù)應(yīng)力施工[1-2]。

4 稱重試驗(yàn)技術(shù)

4.1 轉(zhuǎn)動(dòng)體平衡狀態(tài)分析

當(dāng)T構(gòu)砂箱拆除后，整個(gè)梁體的平衡狀態(tài)可能出現(xiàn)下列兩種形式:

（1）轉(zhuǎn)動(dòng)體球鉸的摩阻力矩MZ大于轉(zhuǎn)動(dòng)體不平衡力矩MG

（2）轉(zhuǎn)動(dòng)體球鉸的摩阻力矩Mz小于轉(zhuǎn)動(dòng)體不平衡力矩MG

4.2 轉(zhuǎn)動(dòng)體球鉸靜摩擦系數(shù)及偏心距

根據(jù)工程實(shí)踐及研究成果，用四氟乙烯片并且填充了黃油的球鉸靜摩阻系數(shù)和轉(zhuǎn)體偏心距可采用下列公式計(jì)算：

式中，N為轉(zhuǎn)體重量；R為下轉(zhuǎn)盤球鉸中心轉(zhuǎn)盤的球面半徑。

4.3 測(cè)點(diǎn)的布置

在兩幅梁的上承臺(tái)下面縱向布置4臺(tái)千斤頂和在撐腳處布置位移傳感器，實(shí)施兩幅梁的不平衡力矩的測(cè)試。

4.4 稱重試驗(yàn)結(jié)果分析

我單位于2015年6月23號(hào)對(duì)215#進(jìn)行了縱向、橫向平衡稱重試驗(yàn)。縱向稱重首先在邊跨側(cè)實(shí)施頂力P1，P-Δ曲線在大于4065.3kN時(shí)發(fā)生突變，所以P1=4065.3kN，然后在跨中側(cè)實(shí)施頂力P2，同理得P2=6097.6kN。根據(jù)相關(guān)公式得出：不平衡力矩MG=6096.9kN·m，摩阻力矩MZ=30488.7kN·m, 偏心距e=0.067m,靜摩阻系數(shù)μ=0.056。橫向稱重首先在曲線外側(cè)實(shí)施頂力P1，然后在曲線內(nèi)側(cè)實(shí)施頂力P2，由P-Δ曲線的變化情況得到P1=3666.8kN、P2=5658.0kN。根據(jù)相關(guān)公式得出：不平衡力矩MG=4416.4kN·m，摩阻力矩MZ=27641.9kN·m, 偏心距e=0.048m,靜摩阻系數(shù)μ=0.051。

我單位于2015年6月24號(hào)對(duì)216#進(jìn)行了縱向、橫向平衡稱重試驗(yàn)?？v向稱重首先在邊跨側(cè)實(shí)施頂力P1，然后在跨中側(cè)實(shí)施頂力P2，由PΔ曲線的變化情況得到P1=6097.6kN、P2=7253.3kN。根據(jù)相關(guān)公式得出：不平衡力矩MG=3467.1kN·m，摩阻力矩MZ=40052.7kN·m, 偏心距e=0.036m,靜摩阻系數(shù)μ=0.07。橫向稱重首先在曲線外側(cè)實(shí)施頂力P1，然后在曲線內(nèi)側(cè)實(shí)施頂力P2，由P-Δ曲線的變化情況得到P1=5218.4kN、P2=6854.8kN。根據(jù)相關(guān)公式得出：不平衡力矩MG=3007.7kN·m，摩阻力矩MZ=35961.6kN·m, 偏心距e=0.031m,靜摩阻系數(shù)μ=0.063。

4.5 配重方案

由于摩阻力矩遠(yuǎn)大于不平衡力矩，所以本次試驗(yàn)215#、216#墩的配重方案均采用平衡配重方案進(jìn)行配重。由稱重結(jié)果，215#墩縱向不平衡彎矩MG=6096.9kN·m，中跨偏重?？紤]到中跨側(cè)在稱重試驗(yàn)前已將掛籃拆除，用重約60t配重塊在懸臂端部進(jìn)行平衡，因此可將懸臂端配重塊卸載一部分進(jìn)行平衡配重。懸臂端力臂長(zhǎng)約60m，因此懸臂端卸載重量為6096.9/10/60=10.2t,重心位置在曲線內(nèi)側(cè)橫向距離梁體中心線2.5m處。由稱重結(jié)果，215#墩橫向不平衡彎矩MG=4416.4kN·m，曲線內(nèi)側(cè)偏重。因此將配重塊布置在215#墩支點(diǎn)位置曲線外側(cè)，配重塊重心位置距梁體中心線4m。因此215#墩橫向配重重量為4416.4/10/（4+0.334）=102t，由于215#墩縱向配重10.2t重心位置在曲線外側(cè)橫向距離梁體中心線2.5m處，所以215#墩橫向配重重量102-10.2×2.5/4=95.6t。配重方案如圖3、圖4所示。

圖3 215#墩縱向配重示意平面圖

圖4 215#墩橫向配重示意平面圖

由稱重結(jié)果，216#墩縱向不平衡彎矩MG=3467.1kN·m，中跨偏重?？紤]216#配重時(shí)配重塊運(yùn)到懸臂端較困難，考慮在邊跨6、7塊位置進(jìn)行縱向配重，懸臂端力臂長(zhǎng)約20m，因此邊跨6、7塊配重量為3467.1/10/20=17.3t，配重塊重心位置在曲線外側(cè)橫向距離梁體中心線4m。由稱重結(jié)果，216#墩橫向不平衡彎矩MG=3007.7kN·m，曲線內(nèi)側(cè)偏重。因此將配重塊布置在216#墩支點(diǎn)位置曲線外側(cè)，配重塊重心位置距梁體中心線4m。因此216#墩橫向配重重量為3007.7/10/（4+0.315）=69.7t，由于216#墩縱向配重17.3t重心位置在曲線外側(cè)橫向距離梁體中心線4m處，所以216#墩橫向重重量為69.7-17.3=52.4t。配重方案如圖5、圖6所示。

圖5 216#墩縱向配重示意平面圖

圖6 216#墩橫向配重示意平面圖

5 轉(zhuǎn)體梁試轉(zhuǎn)

在正式轉(zhuǎn)體的前兩天，需要對(duì)轉(zhuǎn)體進(jìn)行試轉(zhuǎn)，檢查一遍牽引動(dòng)力系統(tǒng)是否存在問題。下面兩個(gè)重要數(shù)據(jù)的測(cè)試工作在試轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)做好：（1）每分鐘轉(zhuǎn)速，即每分鐘懸臂端轉(zhuǎn)動(dòng)的水平弧度距離及主橋的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，轉(zhuǎn)體速度必須控制在設(shè)計(jì)的要求范圍之內(nèi)。（2）控制采取點(diǎn)動(dòng)方式操作，懸臂端所轉(zhuǎn)動(dòng)水平弧線距離在每點(diǎn)動(dòng)一次的數(shù)據(jù)測(cè)量組應(yīng)進(jìn)行測(cè)量，為精確定位提供操作依據(jù)。在試轉(zhuǎn)的過程中，應(yīng)檢查轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)關(guān)鍵受力部位是否產(chǎn)生裂紋，有無故障，是否平衡穩(wěn)定。若發(fā)現(xiàn)異常情況，試轉(zhuǎn)則應(yīng)停止，找到原因和采取相關(guān)措施調(diào)整后才能繼續(xù)試轉(zhuǎn)。2015年7月7日試轉(zhuǎn)過程中發(fā)現(xiàn)216#墩轉(zhuǎn)速緩慢，原因可能就是由于油泵供油速度過慢。為了滿足封鎖要求，根據(jù)多年的工程經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)216#采用一個(gè)油泵控制連續(xù)千斤頂兩個(gè)頂，增加一個(gè)油泵用并聯(lián)連接方式，兩個(gè)千斤頂控制兩個(gè)油泵，加快供油速度，增快轉(zhuǎn)速。

6 轉(zhuǎn)體梁正式轉(zhuǎn)體

連續(xù)千斤頂逐級(jí)加載，每次1噸直至轉(zhuǎn)動(dòng)開始，如果開始轉(zhuǎn)動(dòng)則連續(xù)千斤頂進(jìn)入自動(dòng)連續(xù)工作狀態(tài)。轉(zhuǎn)體過程盡量一次到位，在接近到位1m左右的時(shí)候采用點(diǎn)動(dòng)操作方式，點(diǎn)動(dòng)時(shí)間由試轉(zhuǎn)時(shí)確定。（1）對(duì)試轉(zhuǎn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出控制轉(zhuǎn)體的相關(guān)數(shù)據(jù)。（2）轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)前人員分工要明確，根據(jù)各個(gè)施工環(huán)節(jié)、關(guān)鍵部位對(duì)現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)人員做好周密分工，分工協(xié)作，各司其職，由現(xiàn)場(chǎng)的總指揮來統(tǒng)一安排。（3） 結(jié)構(gòu)物、氣象的條件、要點(diǎn)的審批、液壓的控制系統(tǒng)等需滿足轉(zhuǎn)體要求并全部都要就緒好，轉(zhuǎn)體人員收到指揮長(zhǎng)的轉(zhuǎn)體指示后，立即啟動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)備，并要讓其在“自動(dòng)”狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)作。（4）設(shè)備運(yùn)行時(shí)，各崗位人員應(yīng)時(shí)刻注意監(jiān)控和觀察動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和橋面轉(zhuǎn)體情況，必須高度集中注意力，每當(dāng)左右幅梁每轉(zhuǎn)過5度，向指揮長(zhǎng)進(jìn)行匯報(bào)一次。（5）轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)快要到達(dá)設(shè)計(jì)位置100cm時(shí)系統(tǒng)馬上“暫?！?。動(dòng)力系統(tǒng)改由“手動(dòng)”狀態(tài)下改為點(diǎn)動(dòng)操作。每一次點(diǎn)動(dòng)操作后，測(cè)量人員應(yīng)報(bào)軸線走行現(xiàn)狀的數(shù)據(jù)一次，這樣反復(fù)的循環(huán)，直到結(jié)構(gòu)的軸線精確就位。

7 結(jié)束語

新建長(zhǎng)株潭城際鐵路CZTZH-Ⅲ標(biāo)轉(zhuǎn)體橋跨越湘潭東車站于2015年7月7日試轉(zhuǎn)成功，2015年7月9日正式轉(zhuǎn)體完成。在試轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)體過程中，對(duì)球鉸受力進(jìn)行監(jiān)控，整個(gè)過程受力正常。實(shí)際檢測(cè)靜滑動(dòng)摩擦系數(shù)0.05～0.06，動(dòng)滑動(dòng)摩擦系數(shù)0.02～0.03，與設(shè)計(jì)相符；梁體轉(zhuǎn)動(dòng)就位后，主跨軸線誤差7mm，邊跨軸線誤差5mm，高程誤差11mm，達(dá)到合攏的誤差要求。通過長(zhǎng)株潭城際鐵路曲線連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的實(shí)踐為今后類似轉(zhuǎn)體橋的轉(zhuǎn)體施工積累經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。

[1]楊明亮.武黃城際鐵路大跨度曲線T構(gòu)上跨京廣鐵路施工技術(shù)[J].鐵道建設(shè)技術(shù),2013（7）：1-3.

[2]寶成德.橋梁轉(zhuǎn)體施工工藝的研究與應(yīng)用[J].遼寧交通科技,2003(6):15-16.

The construction technology of Xiangtan railway bridge and the swivel unbalanced weighing test

TANG Zhi-qi

(China Railway twenty-five Bureau Group Third Engineering Company, Changsha Hunan 410075)

This paper to Changzhutan Intercity Railway Xiangtan bridge 75.5+125+75.5 m prestressed concrete continuous beam rotation construction as the engineering background, tells the story of the continuous rotating beam in the process of the key technology, technology and methods, construction measures and weighing test. Engineering practice shows that, the bridge rotation construction effect is good, bridge line meets the design requirements, for the similar engineering.

Continuous curve beam; Weighing test; Swivel construction; Control technology

TU74

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2016.05.005

1672–7304(2016)05–0010–03

（責(zé)任編輯：張時(shí)瑋）

唐志奇（1971-），男，湖南湘潭人，工程師，研究方向：鐵路工程技術(shù)管理。