跨既有線轉(zhuǎn)體連續(xù)梁施工控制技術(shù)*

孫 巍

(中鐵十九局集團(tuán)第一工程有限公司 遼寧遼陽 111000)

在有線轉(zhuǎn)體連續(xù)梁施工控制技術(shù)中，施工人員可以根據(jù)施工橋梁連續(xù)梁的轉(zhuǎn)向方向主要分為：水平轉(zhuǎn)體法與豎向轉(zhuǎn)體法(簡稱為平轉(zhuǎn)法和豎轉(zhuǎn)法)；還有水平轉(zhuǎn)體與豎向轉(zhuǎn)體相結(jié)合的轉(zhuǎn)體法；其中平轉(zhuǎn)法在日常生活中的應(yīng)用較多，種類也更多，主要為：無平衡轉(zhuǎn)體法和平衡轉(zhuǎn)體法。根據(jù)其支撐轉(zhuǎn)動的方式，又可將其分為后支撐轉(zhuǎn)體法施工法、撐腳支撐轉(zhuǎn)體施工法、轉(zhuǎn)動支撐和磨心支撐轉(zhuǎn)體施工法；還有根據(jù)中心轉(zhuǎn)盤的支撐形式，又可以分為：球鉸轉(zhuǎn)體施工法以及平面轉(zhuǎn)鉸轉(zhuǎn)體施工法。在維也納多瑙河運城橋的建造中，平轉(zhuǎn)法得到了首次使用。中國1977年首先采用平轉(zhuǎn)施工技術(shù)建成了四川遂寧建設(shè)橋。1993年，鄭州鐵路局為滿足跨越鐵路編組站且不影響通車的需要，首次采用豎轉(zhuǎn)與平轉(zhuǎn)相結(jié)合的轉(zhuǎn)體施工工藝，建成跨徑為150m的安陽鋼管混凝土拱橋[2]。隨著國家高速鐵路網(wǎng)的建設(shè)，轉(zhuǎn)體施工在跨既有鐵路橋梁施工中得到大量應(yīng)用。

1 工程概況

新建商合杭鐵路阜陽特大橋DK193+693.55(242#墩)～DK193+807.25(245#墩)(32+48+32)m轉(zhuǎn)體連續(xù)梁上跨京九鐵路,連續(xù)梁與既有京九鐵路上下行線相交于DK193+747.88、DK193+751.93(京九鐵路上行線里程為K864+300、下行線里程為K864+900)，對應(yīng)營業(yè)線交角82°20′46″、82°26′17″，上部結(jié)構(gòu)為(2×23.25)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，轉(zhuǎn)體部分跨徑組合為(23.25+23.25)m，橋梁全長113.2m。中支點、邊支點及跨中梁高3.035m，梁底板寬5.5m，頂板寬12.6m，梁底距京九鐵路軌頂凈空為10.457m，距接觸網(wǎng)線桿凈空為2.59m。單個轉(zhuǎn)體重量1754.727t。轉(zhuǎn)體梁順京九鐵路方向懸臂預(yù)制，待轉(zhuǎn)體施工前拆除球鉸臨時固結(jié)設(shè)施，逆時針同步轉(zhuǎn)體至鐵路設(shè)計線位，最后進(jìn)行球鉸固結(jié)、澆筑合攏段、體系轉(zhuǎn)換后成橋。

2 轉(zhuǎn)體施工

轉(zhuǎn)體施工前先將橋面附屬施工完成，清理滑道，將滑道打磨平整，清理鐵銹，并將阻礙球鉸的所有障礙物全部清理干凈，并根據(jù)撐腳與滑道之間的空隙，在滑道面內(nèi)撐腳底鋪裝聚四氟乙烯板，并在聚四氟乙烯板與滑道的接觸面涂黃油聚四氟乙烯粉。為直觀的看出梁體轉(zhuǎn)動的角度，在上承臺設(shè)置轉(zhuǎn)動刻度，在下承臺上設(shè)置指針，通過讀取指針對應(yīng)的讀數(shù)，計算出梁體旋轉(zhuǎn)的角度。通過梁體稱重試驗，測出梁體的不平衡重，根據(jù)實測數(shù)據(jù)進(jìn)行梁體配重，消除不平衡重。在轉(zhuǎn)體施工前進(jìn)行試轉(zhuǎn)，通過試轉(zhuǎn)得出轉(zhuǎn)體施工相應(yīng)數(shù)據(jù)。

2.1 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的牽引力計算

轉(zhuǎn)體總重量W為28426kN，轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)摩擦力的計算重視可以寫為：F=W×μ。在轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)啟動時，將其靜摩擦系數(shù)設(shè)為μ=0.1時，F(xiàn)靜=W×μ=2842.6kN；轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)在在轉(zhuǎn)體運動過程中的動摩擦系數(shù)μ=0.06時，F(xiàn)動=W×μ=1705.56kN；

轉(zhuǎn)動牽引力為T=2/3×(R·W·μ)/D

式中，球鉸平面半徑R=1.5m，轉(zhuǎn)臺直徑D=9.4m，在球鉸轉(zhuǎn)體的運動過程中，設(shè)球鉸轉(zhuǎn)體靜摩擦系數(shù)μ靜=0.1、動摩擦系數(shù)μ動=0.06。

經(jīng)計算結(jié)果可得:梁體轉(zhuǎn)體運動過程中所需的最大索引力為302.4kN；所需牽引力為181.4kN。

2.2 梁體稱重試驗及不平衡配重[3～5]

2.2.1 稱重前的準(zhǔn)備工作 首先要安裝能夠進(jìn)行中跨合攏段的承重吊架；撤掉梁體頂端的所有施工設(shè)備、機(jī)具；檢查承臺上轉(zhuǎn)盤和撐腳下的滑板；安放大量程百分表和施工用千斤頂；拆除砂箱、轉(zhuǎn)體支架，在滑道面內(nèi)撐腳底鋪裝聚四氟乙烯板，并在聚四氟乙烯板與滑道的接觸面涂黃油聚四氟乙烯粉；最后讀出承臺指針的讀數(shù)，觀察轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)是否傾斜，若已傾斜則觀察其傾斜方向以確定其狀態(tài)。

2.2.2 具體實驗操作步驟 ⑴判斷梁體轉(zhuǎn)向的平衡狀態(tài)。在解除上下轉(zhuǎn)盤的臨時固結(jié)過程中，在撐腳放置處安裝位移傳感器，方便施工人員觀察撐腳是否下沉，從而判斷梁體轉(zhuǎn)體的平衡。⑵梁體稱重流程。選定梁體斷面的位置安裝千斤頂，放置位移傳感器；隨后進(jìn)行千斤頂?shù)恼{(diào)整，使千斤頂處于開始設(shè)定的預(yù)壓狀態(tài)，此時，工作人員需要記錄位移傳感器和壓力傳感器的讀數(shù)；千斤頂逐級增重，再記錄兩個傳感器數(shù)值，直到位移數(shù)據(jù)發(fā)生變化； P-△曲線的制作，判斷梁體的承重臨界力；將可移動設(shè)備移動至另外一邊，重復(fù)試驗流程；計算確定摩阻系數(shù)、偏心矩、不平衡力矩、按梁體傾斜系數(shù)與方向設(shè)計配重方案，重新計算配重后的偏心矩。稱重試驗不同工作狀態(tài)詳見圖1、圖2，摩阻系數(shù)計算模型詳見圖3。

圖1 球鉸摩阻力矩大于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩

圖2 球鉸摩阻力矩小于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩

圖3 摩擦系數(shù)計算簡圖

2.2.3 測試結(jié)果 初配后拆除上下轉(zhuǎn)盤間臨時固結(jié)，觀察梁體平衡狀態(tài)。兩個T構(gòu)拆除砂箱后撐腳均未著地，屬于轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩大于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩這種狀態(tài)，配重試驗結(jié)果見表1。

表1 轉(zhuǎn)體T構(gòu)稱重成果記錄表

說明：⑴球鉸靜摩擦系數(shù)平均值為0.036；⑵243#墩T構(gòu)初始偏心距0.049m，可不配重；244#墩T構(gòu)初始偏心距0.089m，配重重量30kN，放置于邊跨方向距離懸臂端部3m遠(yuǎn)位置，配重后偏心距為0.068m；⑶配重前后T構(gòu)縱向偏心距均滿足規(guī)范5cm≤e≤15cm的要求。

2.3 試轉(zhuǎn)體

2.3.1 試轉(zhuǎn)過程 ⑴試轉(zhuǎn)前測量一次初始值。⑵分級加載直至梁體正常轉(zhuǎn)動，大約轉(zhuǎn)動2°(測量人員記錄連續(xù)轉(zhuǎn)動2°所用的時間推算出線速度)喊停，同時牽引組停止(測量人員記錄測量數(shù)據(jù))，此時讓梁體慣性到完全靜止后測量。⑶牽引組連續(xù)牽引分別進(jìn)行3次5s、3s點動操作，待梁體完全靜止后測量，求出梁端各個點動的轉(zhuǎn)動弧長及轉(zhuǎn)動角度，為正式轉(zhuǎn)體精調(diào)提出依據(jù)，以備在施工要點計劃內(nèi)完成轉(zhuǎn)體工作。

2.3.2 試轉(zhuǎn)檢測結(jié)果及結(jié)論 根據(jù)實際試轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)可知243#墩啟動所需的最大牽引力為190kN，244#墩啟動所需的最大牽引力為200kN，均小于設(shè)計啟動最大牽引力302.4kN；243#墩靜摩擦系數(shù)為0.0178，244#墩靜摩擦系數(shù)為0.0187，均小于設(shè)計靜摩擦系數(shù)；243#、244#墩慣性制動距離分別為梁端轉(zhuǎn)動弧長0.3cm和0.5cm。通過對墩柱傾斜監(jiān)測，試轉(zhuǎn)過程中主梁穩(wěn)定，墩柱無傾角，梁體姿態(tài)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)安全，滿足設(shè)計轉(zhuǎn)體要求。

2.4 正式轉(zhuǎn)體

“天窗”到來之前，根據(jù)轉(zhuǎn)體施工組織機(jī)構(gòu)分工，各作業(yè)班組作業(yè)人員及既有線防護(hù)人員各就各位，“天窗”開通后進(jìn)行正式轉(zhuǎn)體。

兩幅橋主控臺同時按下牽引開始按扭，連續(xù)頂逐漸加力，至主控臺位移數(shù)據(jù)由零開始變化，確定梁體已開始轉(zhuǎn)動，并記錄靜摩阻力；同時由梁端測量人員經(jīng)過測量確認(rèn)梁體已開始轉(zhuǎn)動。

勻速轉(zhuǎn)動，平轉(zhuǎn)過程中指揮員根據(jù)主控臺位移數(shù)據(jù)及測量人員觀測數(shù)據(jù)，對照轉(zhuǎn)體時間/位移對照表格，指導(dǎo)設(shè)備操作員，對牽引速度進(jìn)行增、減速操作。至實際時間/位移數(shù)據(jù)與表格上數(shù)據(jù)基本吻合后，就保持當(dāng)前速度勻速轉(zhuǎn)動；并隨時對比數(shù)據(jù)，及時進(jìn)行調(diào)整(此步驟數(shù)據(jù)觀測，可以主控臺觸摸屏的數(shù)據(jù)為主)。當(dāng)平轉(zhuǎn)位置穩(wěn)定時(距既定位置約1m的位置)進(jìn)行減速，將平轉(zhuǎn)速率降低，在距離既定位置的0.5m的地方，實行點動操作，并確認(rèn)點動后梁端的弧長長度。在距既定位置0.05～0.1m處暫停平轉(zhuǎn)，測量軸線長度，測量標(biāo)高，確認(rèn)橋梁姿態(tài)。如有必要，即進(jìn)入橋梁姿態(tài)調(diào)節(jié)階段。橋梁姿態(tài)調(diào)節(jié)后，再精確點動控制定位，防止在調(diào)整橋梁姿態(tài)時梁體滑移、超轉(zhuǎn)(此步驟數(shù)據(jù)觀測，必須以梁端測量組的測量數(shù)據(jù)為準(zhǔn))。

2.5 精確定位及鎖定

轉(zhuǎn)體就位后，可按橋梁稱重時的方法，利用安裝在梁體軸線兩側(cè)對稱的千斤頂，在上、下承臺之間施力，進(jìn)行梁端標(biāo)高、橋梁姿態(tài)的調(diào)節(jié)。在水準(zhǔn)儀的定位精調(diào)中，利用其對進(jìn)行縱橫橋向的準(zhǔn)去確測量；在利用全站儀檢測橋梁軸線。精確定位后，立即在撐腳與滑道之間及助推反力墩墩頂與梁底之間進(jìn)行抄死，防止梁體在外力作用下擺動、移位。

精確調(diào)整橋梁姿態(tài)后，復(fù)核橋梁軸線位置。欠轉(zhuǎn)時，可再利用連續(xù)頂系統(tǒng)進(jìn)行精確點動定位；超轉(zhuǎn)時，利用反力梁及TUM-YD200-250頂推千斤頂，在撐腳與助推反力墩之間施力，使梁體反轉(zhuǎn)。

2.6 固定上下轉(zhuǎn)盤位置

調(diào)整梁體轉(zhuǎn)體方位后，進(jìn)行上、下轉(zhuǎn)盤位置的固定，進(jìn)行施工。將上轉(zhuǎn)盤、下轉(zhuǎn)盤與鋼筋的預(yù)留豎向處進(jìn)行焊接連接，向梁體支模的外側(cè)澆筑C50微膨脹預(yù)拌混凝土，預(yù)埋壓漿管在與上轉(zhuǎn)盤的接口處，用灌漿法填補封固混凝土凝固后因混凝土收縮的空隙，保證上、下轉(zhuǎn)盤之間混凝土澆筑無空隙。

3 梁體轉(zhuǎn)體的數(shù)據(jù)測量與控制

3.1 梁體轉(zhuǎn)體測量控制要求

利用全站儀，對梁體軸線位置的偏位進(jìn)行觀察檢測，控制誤差在±10mm之間。利用水準(zhǔn)儀觀測梁面標(biāo)高，控制誤差在+5--2mm之間。

3.2 梁體轉(zhuǎn)體的測量流程

3.2.1 梁體監(jiān)測點位置的布置 ⑴布置梁體頂端及梁體軸線觀測點。⑵在梁體轉(zhuǎn)體前，在上、下轉(zhuǎn)盤處做好用紅油漆做成明顯的三角標(biāo)思維中線標(biāo)志，或用其他材料在上、下轉(zhuǎn)盤上分別做上刻度標(biāo)志。

3.2.2 測量梁體的數(shù)據(jù)控制

將前將球型棱鏡在梁體轉(zhuǎn)體之前固定在梁體定端，坐標(biāo)原點為242#、245#墩中心，轉(zhuǎn)體后將橋軸線作為Y軸的獨立坐標(biāo)系進(jìn)行數(shù)據(jù)測量。對梁體的各監(jiān)控點和測量控制點的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行測量控制，精確測量數(shù)據(jù)。

在轉(zhuǎn)體過程中，施工人員可根據(jù)施工情況控制觀測次數(shù)，對設(shè)監(jiān)測點進(jìn)行全站儀的測量，待梁體轉(zhuǎn)體位置就位后進(jìn)行定位，確定梁體位置。在轉(zhuǎn)體數(shù)據(jù)的測量過程中，通過梁體轉(zhuǎn)體前后對軸線位置監(jiān)測點的理論坐標(biāo)實測坐標(biāo)的差值數(shù)據(jù)來控制轉(zhuǎn)體過程。梁體轉(zhuǎn)角角度的測量也是根據(jù)梁體轉(zhuǎn)體前后的坐標(biāo)位置進(jìn)行計算，通過對梁體上轉(zhuǎn)體以及下轉(zhuǎn)體上標(biāo)志的軸線輔助進(jìn)行轉(zhuǎn)體，采用兩臺全站儀進(jìn)行現(xiàn)場測量監(jiān)控。平面控制點布設(shè)及全站儀架設(shè)位置如圖4所示。

圖4 平面控制點布設(shè)及全站儀架設(shè)位置

4 結(jié)語

該連續(xù)梁已于2017年11月7日14時30分成功轉(zhuǎn)體，轉(zhuǎn)體過程總用時54min。保證備用助推限位設(shè)備在轉(zhuǎn)體機(jī)制在啟動前未被使用，轉(zhuǎn)體的實現(xiàn)以及數(shù)據(jù)的測量是直接依靠牽引系統(tǒng)實現(xiàn)，最終合攏軸線與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)誤差僅為6.5mm，滿足設(shè)計要求。梁體轉(zhuǎn)動實際所需動力遠(yuǎn)小于設(shè)計值，說明了在梁體轉(zhuǎn)體的施工過程中，做好上、下轉(zhuǎn)體以及球鉸的安裝、維護(hù)及減小摩阻力的潤滑材料的涂抹都是精確施工保障。