青連鐵路跨膠黃鐵路轉(zhuǎn)體施工設(shè)計(jì)

陳文奇

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司,天津市 300142）

1 概述

青連鐵路連接山東、江蘇兩省，是我國(guó)“五縱五橫”綜合運(yùn)輸大通道南北沿海運(yùn)輸通道（黑河至三亞）的重要組成部分。線路出洋河口站后，左右線分別起橋，并行既有膠黃鐵路兩側(cè)行進(jìn)，左線在84～85號(hào)墩跨越既有膠黃左右線后，與右線并為雙線?？缭教幉捎茫?8+80+48）m連續(xù)梁，全長(zhǎng)177.5m，里程段落DK43+285.07～DK43+462.77，施工影響的膠黃鐵路范圍全長(zhǎng)405m，里程段落K25+580～K25+985。既有膠黃鐵路為Ⅰ級(jí)雙線電氣化鐵路，青連左線與既有膠黃左右線交叉角度分別為145°43′和144°50′。主橋平面圖如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)體主橋平面圖（單位:cm）

為減小連續(xù)梁施工對(duì)既有膠黃鐵路運(yùn)營(yíng)的影響，設(shè)計(jì)采用平行于既有膠黃鐵路支架現(xiàn)澆法施工0～1號(hào)塊、掛籃懸澆法施工連續(xù)梁2～10號(hào)塊，然后采用墩底轉(zhuǎn)體法施工并合龍。轉(zhuǎn)體立面布置圖如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)體立面布置圖（單位:cm）

轉(zhuǎn)體施工工序主要流程如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)體施工工序流程圖

2 總體布置

2.1 上部結(jié)構(gòu)

梁部采用單線（48+80+48）m連續(xù)梁，梁底縱向按照二次拋物線漸變，跨中梁及邊支點(diǎn)處高3.6m，中支點(diǎn)處梁高6.4m，箱梁為整體橋面形式，梁面寬8.1m，箱寬4.4m，橋面板上設(shè)置擋砟墻、電纜槽、欄桿、接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)等附屬結(jié)構(gòu)。為防止轉(zhuǎn)體完成后橋面系施工在營(yíng)業(yè)線上方對(duì)營(yíng)業(yè)線行車安全造成影響，應(yīng)在轉(zhuǎn)體施工前完成轉(zhuǎn)體部分附屬結(jié)構(gòu)的安裝施工，對(duì)橋面封閉式防護(hù)后再進(jìn)行轉(zhuǎn)體施工。

2.2 下部結(jié)構(gòu)

橋墩采用圓端形實(shí)體橋墩，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。本橋83、84號(hào)墩的轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)尺寸相同，為滿足轉(zhuǎn)體需要，承臺(tái)采用上下兩層，上層承臺(tái)為八邊形，厚度3.7m；下承臺(tái)為正方形，厚度2.5m。樁基采用16根1.25m鉆孔灌注樁。為保證既有膠黃鐵路的路基穩(wěn)定性，基坑防護(hù)采用1.25m防護(hù)樁，樁間距1.5m，樁頂設(shè)置冠梁。

3 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)

上下轉(zhuǎn)盤(pán)、球鉸、撐角及滑道、轉(zhuǎn)動(dòng)牽引系統(tǒng)共同組成了轉(zhuǎn)體系統(tǒng)，轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)是實(shí)施轉(zhuǎn)體施工的核心構(gòu)件。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)立面布置圖如圖4所示。本橋轉(zhuǎn)體系統(tǒng)順時(shí)針轉(zhuǎn)體34°，轉(zhuǎn)體時(shí)間59min，轉(zhuǎn)體角速度不應(yīng)大于0.01r/min，T構(gòu)端部水平線速度不大于0.39m/min。

圖4 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)立面布置圖（單位:cm）

3.1 下轉(zhuǎn)盤(pán)

下轉(zhuǎn)盤(pán)即橋墩基礎(chǔ)的下承臺(tái)，它對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)體系統(tǒng)起到支撐作用，在轉(zhuǎn)體結(jié)束后，通過(guò)混凝土澆筑與上轉(zhuǎn)盤(pán)共同形成橋墩承臺(tái)[1]。該橋下轉(zhuǎn)盤(pán)采用C50混凝土，正方形，高250cm。

下轉(zhuǎn)盤(pán)應(yīng)分兩步施工，首先澆筑混凝土至球鉸骨架底高程，然后安裝滑道及下球鉸，最后進(jìn)行千斤頂?shù)姆戳ψ笆Ｓ嗷炷恋臐仓?/p>

3.2 球鉸

球鉸為鋼制結(jié)構(gòu)，下球鉸為凹面向上的凹形，上球鉸為凸面向下的凸形。該橋上下球鉸厚度均為4cm，其中上球鉸直徑420cm，下球鉸直徑300cm。球鉸是轉(zhuǎn)體施工最關(guān)鍵的構(gòu)件，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸，實(shí)現(xiàn)整個(gè)轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)。球鉸主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下。

3.2.1 球鉸制作精度

（1）球面粗糙度不應(yīng)大于Ra12.5μm。

（2）球面各處的曲率應(yīng)保證一致，半徑差值不應(yīng)大于0.5mm。

（3）球面邊緣任意兩點(diǎn)的高程差不應(yīng)大于1mm。（4）橢圓度不應(yīng)大于1.5mm。

（5）球面上布置的四氟板頂面曲率應(yīng)相同，半徑差不應(yīng)大于0.9mm。

（6）球鉸上、下凹凸面的中心軸及球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)軸的中心軸必須重合。

3.2.2 球鉸安裝精度

（1）球鉸頂面邊緣各點(diǎn)必須水平，高程差不應(yīng)大于1mm。

（2）球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)中心應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)位置施工，順橋向施工誤差不應(yīng)大于1mm，橫橋向施工誤差不應(yīng)大于1.5mm。

3.2.3 球鉸安裝要點(diǎn)

（1）安裝期間球鉸的球面不應(yīng)產(chǎn)生變形，同時(shí)應(yīng)保證球鉸面粗糙度及橢圓度。

（2）承臺(tái)混凝土，特別是球鉸附近的混凝土應(yīng)振搗密實(shí)。

（3）采取有效措施，防止雜物進(jìn)入上下球鉸之間。

下球鉸現(xiàn)場(chǎng)安裝圖如圖5所示。

球鉸應(yīng)在工廠制造加工完成，在下球鉸面球面上設(shè)置467塊銑鉆四氟板鑲嵌孔，同時(shí)為方便球鉸下方混凝土的施工，在下球鉸球面上預(yù)留了4個(gè)混凝土振搗孔及一定數(shù)量的排氣孔和壓漿孔。

為滿足球鉸中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)精確定位下球鉸中心軸，并且在中心軸處固定預(yù)埋套筒后方可灌注下轉(zhuǎn)盤(pán)混凝土。待下轉(zhuǎn)盤(pán)混凝土灌注完畢后，在預(yù)埋套筒中放入直徑26cm的定位鋼銷軸，然后安裝聚四氟乙烯滑動(dòng)片。施工前應(yīng)對(duì)下球鉸上的四氟乙烯滑動(dòng)片鑲嵌孔進(jìn)行編號(hào)，待對(duì)球面及鑲嵌孔進(jìn)行清理后，根據(jù)編號(hào)依次將滑動(dòng)片放置在鑲嵌孔內(nèi)，要求安裝完畢后四氟板頂面曲率應(yīng)相同，半徑差不應(yīng)大于0.9mm。上述工作完成后，在滑動(dòng)片之間涂抹黃油聚四氟乙烯粉，均勻地布滿滑動(dòng)片之間的空隙。

3.3 撐腳及滑道

在上轉(zhuǎn)盤(pán)上設(shè)置6個(gè)撐角，撐角支撐于滑道上，當(dāng)轉(zhuǎn)體發(fā)生傾斜時(shí)，可保證轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

撐角應(yīng)在工廠內(nèi)制造完成，在下轉(zhuǎn)盤(pán)混凝土澆筑完成后進(jìn)行安裝。每?jī)蓚€(gè)對(duì)稱的撐角之間的連線應(yīng)與轉(zhuǎn)動(dòng)軸中心線重合。每個(gè)撐腳由兩個(gè)80cm×2.4cm的圓柱形鋼管組成，撐角內(nèi)填筑C50微膨脹混凝土，撐角下設(shè)鋼板，厚3cm。為預(yù)留出撐角與滑道的間隙，撐腳走板下應(yīng)墊設(shè)1.6cm厚鋼板和0.4cm厚四氟板。

滑道寬度為110cm，轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為330cm，由1.6cm厚的不銹鋼板及2.4cm厚的滑道鋼板貼面組成，表層為4mm厚的四氟乙烯劃片。

承臺(tái)混凝土澆筑到約1.5m厚時(shí),安裝并固定牢固下盤(pán)滑道骨架后，吊裝滑道鋼板，對(duì)其進(jìn)行對(duì)中調(diào)平后固定。為使撐腳不下沉，在滑道的鋼板上填充石英砂。石英砂填充在鋼條做成厚度為1.7cm的方框內(nèi)，砂箱直徑為50cm，滑道上共對(duì)稱布置6個(gè)砂箱，撐角水平布置在石英砂上，與滑道鋼板的間隙為2cm。砂箱可用來(lái)支承上轉(zhuǎn)盤(pán)、橋墩及上部結(jié)構(gòu)的重量，同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)穩(wěn)定也有一定的作用。

滑道現(xiàn)場(chǎng)安裝圖如圖6所示。

圖6 滑道安裝

3.4 上轉(zhuǎn)盤(pán)

上轉(zhuǎn)盤(pán)即橋墩基礎(chǔ)的上承臺(tái)，為縱、橫、豎向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，采用C50混凝土，八邊形，高200cm。轉(zhuǎn)臺(tái)是直接轉(zhuǎn)體過(guò)程中施加轉(zhuǎn)體牽引力的構(gòu)件，同時(shí)球鉸、撐腳與上轉(zhuǎn)盤(pán)均通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行連接，轉(zhuǎn)臺(tái)直徑760cm，高80cm。轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)部分散成對(duì)布置預(yù)埋轉(zhuǎn)體牽引鎖，每對(duì)牽引索的錨固端應(yīng)在同一直徑線上，同時(shí)應(yīng)注意所有牽引索的高度及牽引轉(zhuǎn)動(dòng)方向應(yīng)相同。牽引索的埋入深度不應(yīng)小于300cm，施工完畢后圓順地纏繞在上轉(zhuǎn)盤(pán)上。

正式轉(zhuǎn)體前應(yīng)進(jìn)行試轉(zhuǎn)，以測(cè)定轉(zhuǎn)動(dòng)面的摩擦系數(shù)。試轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)首先去除撐腳下的石英砂箱，完成轉(zhuǎn)動(dòng)支承體系的轉(zhuǎn)換,然后施加轉(zhuǎn)動(dòng)牽引力,使上轉(zhuǎn)盤(pán)沿轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。試轉(zhuǎn)過(guò)程中檢查轉(zhuǎn)體系統(tǒng)工作情況是否正常并測(cè)量摩擦系數(shù)，為正式轉(zhuǎn)體提供依據(jù)。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)摩擦系數(shù)如下：靜摩擦系數(shù)0.1，動(dòng)摩擦系數(shù)0.06；如測(cè)出的實(shí)際摩擦系數(shù)與上述值偏差較大，應(yīng)仔細(xì)檢查、分析原因并處理。

摩擦系數(shù)計(jì)算公式：

式中：μ為摩擦系數(shù)；M為轉(zhuǎn)體力矩，kN·m；G為轉(zhuǎn)臺(tái)總重量，kN。

上轉(zhuǎn)盤(pán)縱橫向預(yù)應(yīng)力筋分別采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1862MPa、彈性模量1.95×105MPa的10根15-75高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線和15根15-75高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線。預(yù)應(yīng)力鋼絞線應(yīng)單端張拉，張拉端錨具采用OVM15-15，錨固端錨具采用OVMM15-15P，錨具應(yīng)滿足《鐵路工程預(yù)應(yīng)力筋用夾片式錨具、夾具和連接器》（TB/T3193—2016）規(guī)定的Ⅰ類錨具的要求?？v橫向的張拉控制應(yīng)力均為1302MPa。預(yù)應(yīng)力鋼絞線不應(yīng)一次性張拉所有預(yù)應(yīng)力，應(yīng)交錯(cuò)、對(duì)稱張拉。預(yù)應(yīng)力孔道采用波紋管成孔，張拉結(jié)束后應(yīng)及時(shí)對(duì)孔道壓漿封錨。

豎向預(yù)應(yīng)力筋采用帶軋絲錨的冷拉Ⅳ級(jí)精軋螺紋鋼筋，直徑32mm。預(yù)應(yīng)力鋼筋在上轉(zhuǎn)盤(pán)頂面單端張拉，張拉控制力590MPa，錨固端置于上盤(pán)底混凝土中，錨板距底模板8cm。

3.5 牽引動(dòng)力系統(tǒng)及牽引力的計(jì)算

3.5.1 牽引動(dòng)力系統(tǒng)

牽引動(dòng)力系統(tǒng)由連續(xù)千斤頂、液壓泵站和主控臺(tái)三部分組成[1]，能夠?qū)崿F(xiàn)多臺(tái)千斤頂同步不間斷勻速頂進(jìn)牽引結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)到位。本橋每個(gè)轉(zhuǎn)體選用兩套ZLD200型液壓、同步、自動(dòng)連續(xù)牽引系統(tǒng)，通過(guò)拽拉錨固于轉(zhuǎn)臺(tái)圓周上的20根15.2鋼絞線，形成水平旋轉(zhuǎn)力偶，使得轉(zhuǎn)動(dòng)體系轉(zhuǎn)動(dòng)[1]。

3.5.2 轉(zhuǎn)體牽引力的計(jì)算

轉(zhuǎn)體牽引力計(jì)算公式：式中：R為下球鉸頂面半徑1.50m；W為轉(zhuǎn)體系統(tǒng)總重量37000kN；D為轉(zhuǎn)臺(tái)直徑7.6m；μ為摩擦系數(shù)，其中 μ靜=0.1，μ動(dòng)=0.06。

計(jì)算結(jié)果：靜摩擦系數(shù)較動(dòng)摩擦系數(shù)偏大，因此計(jì)算得出啟動(dòng)時(shí)所需要最大牽引力為486.84kN；轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需要最大牽引力為292.11kN。該最大牽引力按照單組撐腳與球鉸共同受力時(shí)，且兩端鋼絞線同步牽引的工況考慮。本橋83、84號(hào)墩轉(zhuǎn)體牽引力相同。

4 轉(zhuǎn)體施工

4.1 準(zhǔn)備工作

轉(zhuǎn)體前的主要準(zhǔn)備工作有搜集天氣預(yù)報(bào)資料、既有線要點(diǎn)及封鎖、清理滑道并完成體系轉(zhuǎn)換、安裝設(shè)備并調(diào)試、試轉(zhuǎn)等。

4.1.1 搜集天氣預(yù)報(bào)資料

應(yīng)掌握轉(zhuǎn)體時(shí)的天氣情況，作業(yè)天氣要求48h內(nèi)風(fēng)力不大于5級(jí)，無(wú)降雨。

4.1.2 既有線要點(diǎn)及封鎖

做好既有線防護(hù)工作，在調(diào)度命令確定的天窗時(shí)間方可進(jìn)行轉(zhuǎn)體施工。

4.1.3 清理滑道并完成體系轉(zhuǎn)換

（1）用鐵絲等工具摳除撐腳下的石英砂，使撐腳與滑道有一定的間隙，作為拆除砂箱后梁體平衡的保證措施。

（2）分兩組對(duì)稱拆除砂箱，使梁體重量作用于球鉸上，切斷上轉(zhuǎn)盤(pán)與下承臺(tái)之間的連接鋼筋，完成體系轉(zhuǎn)換。

（3）清理滑道內(nèi)雜質(zhì)，在滑道與撐腳之間涂抹黃油四氟粉以減小摩阻力，并在撐腳下布置四氟乙烯板。

（4）轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的自平衡和配重平衡對(duì)施工安全起著決定性作用，為保證轉(zhuǎn)體施工的順利實(shí)施，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行稱重，測(cè)定轉(zhuǎn)動(dòng)部分的摩擦系數(shù)、摩阻力矩、偏心距、不平衡力矩等參數(shù)后完成配重。

4.1.4 安裝設(shè)備并調(diào)試

（1）轉(zhuǎn)體過(guò)程中的設(shè)備出廠前要進(jìn)行測(cè)試和標(biāo)定，并在廠內(nèi)進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）安裝設(shè)備并進(jìn)行空載試運(yùn)行。檢查并確認(rèn)設(shè)備在不同的時(shí)間、溫度等環(huán)境下的運(yùn)行狀況，空載運(yùn)行正常后方可安裝牽引索、微調(diào)及控制設(shè)備。

（3）為防止轉(zhuǎn)體到位后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，在平轉(zhuǎn)就位處設(shè)置限位裝置。

（4）安裝助力千斤頂?？紤]初始靜摩擦力大于滑動(dòng)摩擦力，單獨(dú)使用柔性鋼束可能會(huì)造成轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)突然轉(zhuǎn)動(dòng)[1]，因此應(yīng)設(shè)置初始啟動(dòng)牽引的動(dòng)力儲(chǔ)備千斤頂。該項(xiàng)目在下轉(zhuǎn)盤(pán)的內(nèi)環(huán)支承柱和上轉(zhuǎn)盤(pán)撐角之間安裝了兩臺(tái)YCW250B型助推千斤頂。

4.2 轉(zhuǎn)體

在轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)靜置24h后，測(cè)量數(shù)據(jù)，確認(rèn)其是否處于平衡狀態(tài)[2]，全面檢查轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)各關(guān)鍵受力部位是否有裂紋及異常情況。在完成各項(xiàng)準(zhǔn)備工作后進(jìn)行試轉(zhuǎn)，試轉(zhuǎn)角度5°。

試轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度等數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，確定是否滿足設(shè)計(jì)要求，并檢查轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的平衡穩(wěn)定性、有無(wú)故障、關(guān)鍵受力部位是否產(chǎn)生裂紋等，如發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)立即停止試轉(zhuǎn)，查明產(chǎn)生異常的原因并進(jìn)行相應(yīng)整改后方可繼續(xù)試轉(zhuǎn)[3]。

試轉(zhuǎn)結(jié)束，對(duì)試轉(zhuǎn)中測(cè)試的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，馬上進(jìn)行正式轉(zhuǎn)體。轉(zhuǎn)體過(guò)程中不宜停止，應(yīng)盡量一次轉(zhuǎn)體到位，保證轉(zhuǎn)動(dòng)的連續(xù)性。

正式轉(zhuǎn)體作業(yè)時(shí)間表見(jiàn)表1。

表1 正式轉(zhuǎn)體作業(yè)時(shí)間表

4.3 合龍段施工后成橋

連續(xù)梁共設(shè)三個(gè)合龍段，即兩個(gè)邊跨合龍段、一個(gè)中跨合龍段。轉(zhuǎn)體就位后，先完成邊跨合龍，后進(jìn)行中跨合龍，繼而完成體系轉(zhuǎn)換。

5 結(jié)語(yǔ)

該橋于2017年4月5日晚順利轉(zhuǎn)體就位，線路封鎖時(shí)間僅為90min，極大地降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)，取得了良好的預(yù)期效果，對(duì)類似工程具有一定的借鑒意義。

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