跨鐵路大跨徑連續(xù)梁橋轉(zhuǎn)體施工關(guān)鍵技術(shù)研究

謝旺軍 劉振華 張彭云

橋梁轉(zhuǎn)體施工具有較多優(yōu)勢，是橋梁跨越較大障礙物時(shí)的常用方法。文章結(jié)合長塘大橋工程實(shí)例，介紹了跨鐵路大跨徑連續(xù)梁橋轉(zhuǎn)體施工方案，研究了該工程球鉸及轉(zhuǎn)盤施工、墩（臺(tái)）身及連續(xù)梁施工、轉(zhuǎn)體施工關(guān)鍵技術(shù)，為類似橋梁施工提供參考。

鐵路橋梁;連續(xù)梁橋;轉(zhuǎn)體施工;橋梁轉(zhuǎn)體;施工技術(shù)

U448.21+5A180643

0 引言

橋梁轉(zhuǎn)體法施工最早是豎向轉(zhuǎn)體，出現(xiàn)于20世紀(jì)40年代的法國，隨后1976年出現(xiàn)了橋梁平轉(zhuǎn)體施工。我國的轉(zhuǎn)體施工起步較晚，1977年正式完成了第一座平轉(zhuǎn)體橋梁施工[1-3]。橋梁轉(zhuǎn)體施工對(duì)較大障礙物的干擾小，同時(shí)具有施工速度快、造價(jià)低、工藝簡單、操作方便等一系列優(yōu)勢，因此轉(zhuǎn)體法廣泛地應(yīng)用在跨越鐵路、公路等障礙物的橋梁施工中，得到了橋梁工程建設(shè)的高度認(rèn)可[4-5]。

近年來，我國高速鐵路科技水平已經(jīng)達(dá)到了世界一流水平，引領(lǐng)了世界高鐵的發(fā)展。在高速鐵路中橋梁與隧道占比越來越大，甚至超過了90%，橋梁的跨徑也一直在刷新紀(jì)錄，能夠更好地滿足橫跨既有線鐵路、公路的空間需求。本文就某新建鐵路下行聯(lián)絡(luò)線長塘大橋的轉(zhuǎn)體法施工流程與技術(shù)進(jìn)行歸納和分析，為今后其他類似工程項(xiàng)目建設(shè)提供參考。

1 工程概況

本工程為某新建鐵路下行聯(lián)絡(luò)線長塘大橋，橋梁孔跨布置為（40 m+72 m+40 m）連續(xù)梁+（4×24 m+4×32 m）簡支T梁，橋梁全長397.21 m。大橋的連續(xù)梁處跨越衡茶吉鐵路，上下行線與長塘大橋夾角分別為20°和30°，為減少鐵路橋梁施工對(duì)衡茶吉鐵路正常通行的影響，（40+72+40） m連續(xù)梁設(shè)計(jì)采用平面轉(zhuǎn)體法施工。連續(xù)梁主墩為1#墩和2#墩，轉(zhuǎn)體橋主墩樁基礎(chǔ)均采用鉆孔樁基礎(chǔ)，樁徑為1.8 m，靠近鐵路四周需施工鉆孔灌注樁進(jìn)行防護(hù)，橋墩采用圓端形實(shí)體橋墩，連續(xù)梁段采用單箱單室連續(xù)梁。

2 總體施工方案

轉(zhuǎn)體采用平面轉(zhuǎn)體方式，轉(zhuǎn)體部分為2個(gè)70 m“T構(gòu)”，連續(xù)梁T構(gòu)在衡茶吉鐵路旁利用支架現(xiàn)澆進(jìn)行施工，轉(zhuǎn)體時(shí)兩側(cè)T構(gòu)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)20°、30°，理論轉(zhuǎn)體重量為35 000 kN，理論轉(zhuǎn)體時(shí)間為150 min。

主梁為變高單箱單室直腹板截面梁，梁高為二次拋物線變高。采用順時(shí)針同時(shí)同步進(jìn)行平轉(zhuǎn)工藝。轉(zhuǎn)體系統(tǒng)由安放在下承臺(tái)內(nèi)的球鉸滑道骨架、球鉸滑道、內(nèi)千斤頂反力座、牽引力反力座、轉(zhuǎn)臺(tái)、撐腳、牽引索等組成。環(huán)形滑道中心直徑為7 m，寬度為0.8 m，球鉸直徑為2.5 m;設(shè)2個(gè)牽引力反力座，轉(zhuǎn)臺(tái)直徑為8.4 m，高度為1.0 m;設(shè)8組撐腳，牽引索為4根普通鋼絞線，埋入轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)5 m。

3 球鉸及轉(zhuǎn)盤施工方法

長塘大橋轉(zhuǎn)體施工中球鉸的安裝總結(jié)了工程經(jīng)驗(yàn)，最后確定安裝順序?yàn)椋侯A(yù)埋件及滑道定位→澆筑下轉(zhuǎn)盤混凝土→安裝下球鉸→中心定位軸鋼銷安裝→上球鉸安裝→支撐腿安裝→上轉(zhuǎn)盤施工。

3.1 安裝精度

下轉(zhuǎn)盤的精度對(duì)于轉(zhuǎn)體施工較為重要，因此在完成精確定位、調(diào)整后，將重新檢查下轉(zhuǎn)盤的三維坐標(biāo)和平整度。通常情況下采用全站儀核查坐標(biāo)，精密電子水準(zhǔn)儀核查高程，水準(zhǔn)儀的精度為0.01 mm，檢驗(yàn)合格后，將其固定。

3.2 球鉸的安裝

（1）先將下球鉸用螺栓與下承臺(tái)頂預(yù)埋件的套筒固定，接著在套筒中插入球鉸的中軸進(jìn)而固定，最后安裝聚四氟乙烯滑片。

（2）上述設(shè)備安裝結(jié)束后，必須要檢查表面是否處在同一球面，并且高度差應(yīng)≤1 mm。在安裝上球鉸前，下球鉸面須涂抹黃油四氟粉，轉(zhuǎn)動(dòng)前定位軸套內(nèi)注滿黃油。安裝時(shí)，為了達(dá)到上下球鉸水平且接觸良好，通常采用黃油四氟粉涂刷上球鉸的球面，隨后輕落至下球鉸。

3.3 上轉(zhuǎn)盤的施工

上轉(zhuǎn)盤混凝土澆筑之前，將P錨體系牽引索固定端預(yù)埋在盤內(nèi)，并且高度保持與牽引方向相同，同時(shí)要求同一對(duì)牽引索的錨固端應(yīng)在同一直徑線上，相對(duì)于圓心對(duì)稱。

混凝土澆筑完成且養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，卸下支撐板以將轉(zhuǎn)臺(tái)支撐在球形鉸上，并施加旋轉(zhuǎn)力矩以使轉(zhuǎn)臺(tái)沿球形鉸鏈的中心軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而完成轉(zhuǎn)體施工系統(tǒng)的支承體系轉(zhuǎn)換工作。

4 墩（臺(tái)）身及連續(xù)梁施工

（1）本橋墩臺(tái)均采用定型鋼模一次性澆筑成型。

（2）（40+72+40） m連續(xù)梁施工。下行聯(lián)絡(luò)線長塘大橋連續(xù)梁先采用支架現(xiàn)澆施工后轉(zhuǎn)體。考慮到橋梁不同部位的特點(diǎn)，本橋連續(xù)箱梁采用支架現(xiàn)澆法施工，采用吊架施工進(jìn)行中跨合龍。施工過程中的吊架底籃及模板自行加工，邊跨現(xiàn)澆段采用支架現(xiàn)澆法施工。為了保證施工的質(zhì)量與安全，有必要在施工中對(duì)應(yīng)力與線形進(jìn)行監(jiān)測。

5 轉(zhuǎn)體施工

5.1 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)簡述

本橋轉(zhuǎn)體部分懸臂長度為主墩每側(cè)各35 m，于1#、2#墩中心對(duì)稱。本工程在轉(zhuǎn)體施工過程中通過牽引系統(tǒng)做到兩重合，即連續(xù)梁的軸線與橋梁的設(shè)計(jì)位置重合、上下轉(zhuǎn)盤軸心重合。長塘大橋轉(zhuǎn)體平面布置如圖1所示。

轉(zhuǎn)體施工中平衡系統(tǒng)是保證施工正常進(jìn)行的關(guān)鍵。本工程中通過梁體、鋼管混凝土立柱、千斤頂組成了平衡系統(tǒng)，鋼管混凝土柱由8對(duì)直徑為60 cm的圓鋼和混凝土澆筑而成，設(shè)置在上承臺(tái)處，為轉(zhuǎn)體施工提供平衡支持力。

5.2 主要技術(shù)參數(shù)的確定

根據(jù)設(shè)計(jì)和公式計(jì)算，主墩每側(cè)轉(zhuǎn)體懸臂長各35 m，橋面寬7 m，中支點(diǎn)梁高為6.1 m，轉(zhuǎn)盤直徑為8.4 m，球鉸直徑為2.5 m，轉(zhuǎn)體重量為3 500 t。轉(zhuǎn)體開始啟動(dòng)時(shí)Fmax=2×500 kN，轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中Fmax=2×300 kN，兩端轉(zhuǎn)動(dòng)弧長為π×α×R/180=3.14×35×20（30）/180=12.21 m（18.32 m），因此轉(zhuǎn)動(dòng)的空間為半徑35 m、弧長分別為12.21 m和18.32 m的扇形區(qū)域。

5.3 轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)

牽引系統(tǒng)為轉(zhuǎn)體施工提供巨大的動(dòng)力。本工程采用2束牽引索（每束16根）、能夠連續(xù)頂進(jìn)的千斤頂、鋼筋混凝土反力架、P錨體系的錨固端共同構(gòu)成了牽引系統(tǒng)。

5.4 轉(zhuǎn)體設(shè)備

同步連續(xù)牽引系統(tǒng)包括百噸連續(xù)千斤頂兩臺(tái)、主控臺(tái)兩套、泵站兩臺(tái);助推系統(tǒng)包括50 t千斤頂4臺(tái)、電動(dòng)油泵4臺(tái)。

5.5 轉(zhuǎn)體施工封鎖時(shí)間

根據(jù)施工需要，在轉(zhuǎn)體施工過程中對(duì)衡茶吉鐵路進(jìn)行封鎖。封鎖時(shí)間主要依據(jù)以下參數(shù)確定：設(shè)計(jì)線速度為≤1.2 m/min，可是從連續(xù)梁在施工過程中的穩(wěn)定性和安全性考慮，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，最后確定為1.0 m/min;轉(zhuǎn)體最大弧長為18.32 m，則根據(jù)線速度可以確定橋梁轉(zhuǎn)體時(shí)間為18.32 min;根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定準(zhǔn)備及試轉(zhuǎn)時(shí)間為20 min;轉(zhuǎn)體到位后懸臂端快速封閉時(shí)間為75 min。因此，轉(zhuǎn)體全過程計(jì)劃封鎖時(shí)間約為20+18.4+75=113.4 min（考慮實(shí)際情況最終取150 min）。

5.6 轉(zhuǎn)體施工

5.6.1 轉(zhuǎn)體施工準(zhǔn)備

（1）空載試運(yùn)行。在試運(yùn)行前需要計(jì)算每個(gè)泵站的油壓值，并調(diào)整每個(gè)泵站的最大允許值后，進(jìn)行試運(yùn)行，并檢查設(shè)備的運(yùn)行情況。一般情況下油壓值的計(jì)算根據(jù)千斤頂?shù)臄?shù)值進(jìn)行計(jì)算，需要考慮的摩擦系數(shù)分別為μs=0.1、μd=0.06。

完成試運(yùn)行后，拆卸轉(zhuǎn)盤間的支架、支墊等約束固定裝置，檢查轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)是否有異常，拆除后對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行>2 h的監(jiān)控。

（2）箱梁不平衡力測試及配重。本橋跨徑較大，兩側(cè)懸臂相同，各為35 m，在轉(zhuǎn)體施工前需要對(duì)梁體進(jìn)行不平衡力的測試工作，保證轉(zhuǎn)體的順利進(jìn)行。通常千斤頂在上轉(zhuǎn)盤下加力，同時(shí)采用位移計(jì)測量球鉸由靜到動(dòng)狀態(tài)時(shí)的臨界值，不平衡力是上轉(zhuǎn)盤兩側(cè)的力之差。因此，往往通過沙袋調(diào)整梁的配重，以確保轉(zhuǎn)體梁兩端的重量平衡。

5.6.2 試轉(zhuǎn)

（1）鋼絞線預(yù)緊。為了確保每束中各根鋼絞線受力的均衡性，使用百噸連續(xù)千斤頂采取對(duì)稱、多次的原則進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊速度控制在1～5 kN的范圍內(nèi)。

（2）接通電源，啟動(dòng)泵站，梁體受到兩臺(tái)千斤頂?shù)耐瑫r(shí)作業(yè)，如果梁體未動(dòng)，采用輔助千斤頂?shù)窒o摩擦阻力進(jìn)而使橋梁轉(zhuǎn)動(dòng)。

（3）在試轉(zhuǎn)階段，必須詳細(xì)記錄梁體轉(zhuǎn)速和點(diǎn)動(dòng)水平弧長兩項(xiàng)數(shù)據(jù)，也是后期保證正式轉(zhuǎn)體施工的有利數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)速指的是梁體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度與端部線速度，其試轉(zhuǎn)值應(yīng)控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。當(dāng)轉(zhuǎn)體梁接近設(shè)計(jì)位置時(shí)，為了提高就位的精度，通常采取點(diǎn)動(dòng)操作控制模式，因此在試轉(zhuǎn)階段獲取點(diǎn)動(dòng)水平弧長對(duì)后期的精確就位意義重大。

5.6.3 正式轉(zhuǎn)體

（1）當(dāng)梁體開始轉(zhuǎn)體時(shí)，現(xiàn)場指揮人員采用可靠的通訊工具與作業(yè)人員時(shí)刻保持聯(lián)系，轉(zhuǎn)體設(shè)備技術(shù)參數(shù)完全一致，并且要確保轉(zhuǎn)體過程中的監(jiān)控。

（2）正式轉(zhuǎn)體啟動(dòng)時(shí)，需要連續(xù)千斤頂以1 t/次的加載制度進(jìn)行加載，直至開始轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)加載設(shè)備處于自動(dòng)狀態(tài)，按照設(shè)計(jì)速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。

（3）當(dāng)轉(zhuǎn)體在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，現(xiàn)場不同崗位的作業(yè)人員始終觀察轉(zhuǎn)體系統(tǒng)工作情況和梁體轉(zhuǎn)動(dòng)情況，采取梁體每轉(zhuǎn)動(dòng)5°匯報(bào)一次的報(bào)告制度。

（4）為了避免梁體結(jié)構(gòu)過度轉(zhuǎn)動(dòng)，超過設(shè)計(jì)軸線范圍，當(dāng)梁體靠近設(shè)計(jì)軸向位置1 m左右時(shí)，通常暫停系統(tǒng)設(shè)備，利用梁體的慣性進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng);接著操作方式改為點(diǎn)動(dòng)控制，現(xiàn)場人員及時(shí)報(bào)告點(diǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過多次重復(fù)點(diǎn)動(dòng)，直至梁體精確就位設(shè)計(jì)位置。

5.6.4 轉(zhuǎn)體就位

（1）轉(zhuǎn)體就位通常采用平面位置和高程來控制，確保梁體位置的無誤，符合設(shè)計(jì)要求。平面位置通常采用布置于梁體兩端的全站儀來控制，將全站儀的視線方向與梁體設(shè)計(jì)方向保持一致，偏差控制在10 mm;梁體高程通過布置在兩端的高精度水準(zhǔn)儀來控制。

（2）當(dāng)梁體平面位置精確就位后，采用水準(zhǔn)儀觀測，通過調(diào)整千斤頂在轉(zhuǎn)臺(tái)的位置來使梁體合龍段標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)高程，最后將滑道縫隙填滿塞緊并且焊接固定。

長塘大橋1×（40+72+40） m共有三跨連續(xù)梁，采用先邊、后中的合龍順序進(jìn)行施工，確保施工的安全、進(jìn)度、質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語

長塘大橋（40+72+40） m連續(xù)梁采用平面轉(zhuǎn)體施工，轉(zhuǎn)體半徑為35 m、轉(zhuǎn)體重量為3 500 t、轉(zhuǎn)體角度為20°與30°、轉(zhuǎn)體弧長為12.21 m和18.32 m，在150 min內(nèi)順利完成了轉(zhuǎn)體施工任務(wù)，證明了橋梁轉(zhuǎn)體施工可以減少或避免對(duì)跨越的鐵路、公路等障礙物的干擾影響。本文在轉(zhuǎn)體施工中采取的一系列技術(shù)措施，保證了橋梁施工的進(jìn)度、質(zhì)量及安全，可為今后的橋梁工程建設(shè)提供參考依據(jù)。

[1]李 偉.城際鐵路大跨跨線橋橋式方案研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2021，65（1）：59-64.

[2]韓景科.我國橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景分析[J].中國標(biāo)準(zhǔn)化，2019（24）：154-155.

[3]王德志，張紅旭.福廈高鐵橋梁技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用[J].世界橋梁，2020，48（S1）：1-6.

[6]孫艷鵬，楊清印，王哲鋒.T形剛構(gòu)橋平轉(zhuǎn)施工球鉸體系安裝技術(shù)[J].中外公路，2018，38（4）：156-159.

[5]吳 凱，索小燦，易云焜.大跨徑斜拉橋二次轉(zhuǎn)體施工及控制技術(shù)[J].公路，2021，66（2）：198-201.