不等跨獨(dú)塔斜拉橋不平衡墩頂轉(zhuǎn)體施工技術(shù)

張華

中鐵一局橋梁公司 陜西渭南 714000

橋梁轉(zhuǎn)體施工是指將橋梁結(jié)構(gòu)在非設(shè)計(jì)軸線位置制作成形后，利用摩擦系數(shù)很小的滑道及合理的轉(zhuǎn)盤(pán)結(jié)構(gòu)，以簡(jiǎn)單的設(shè)備將橋梁整體旋轉(zhuǎn)安裝到位的一種施工方法。此種方法將在障礙上空的作業(yè)轉(zhuǎn)化為岸上或近地面的作業(yè)，因而具有節(jié)約施工用材及設(shè)備，縮短工期，快速安全且不影響通航、不中斷通車(chē)的優(yōu)點(diǎn)。時(shí)至今日，由于我國(guó)鐵路、公路基礎(chǔ)設(shè)施快速發(fā)展，轉(zhuǎn)體施工被大量應(yīng)用于城市內(nèi)跨越鐵路、公路及大型館堂建筑物，取得了較好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。本文結(jié)合襄陽(yáng)市東西軸線上跨鐵路橋230#墩60m+90m轉(zhuǎn)體鋼箱梁施工為例，深入研究了橋梁的不平衡墩頂轉(zhuǎn)體施工技術(shù)。

1 工程概況

襄陽(yáng)市東西軸線道路工程上跨鐵路橋工程，線路全長(zhǎng)150m。橋位處路線為直線段，與既有鐵路交角為93.5°。橋梁孔跨布置為（60+90）m鋼箱梁獨(dú)塔斜拉橋，采用墩頂轉(zhuǎn)體施工工藝。鋼箱梁為等高箱梁，梁高3.01m，箱梁頂寬34.5m，橋塔高35m，截面為矩形鋼結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)體系統(tǒng)采用鋼球鉸，分上下兩片，本橋轉(zhuǎn)體球鉸噸位為60000KN，轉(zhuǎn)體角度為順時(shí)針93.5度。斜拉索為單索面單排索的布置。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)施工平面圖

2 施工工藝流程

根據(jù)本工程特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，擬定如下總體施工思路：封閉既有鐵路框架橋交通后→排查既有管線并進(jìn)行保護(hù)→拆除橋梁基礎(chǔ)施工范圍內(nèi)的U型槽及人行道擋墻→橋梁鉆孔樁施工→基坑支護(hù)及開(kāi)挖→承臺(tái)施工→搭設(shè)支架及澆筑墩柱及蓋梁→安裝主墩轉(zhuǎn)體系統(tǒng)→搭設(shè)轉(zhuǎn)體梁段拼裝支架→轉(zhuǎn)體梁段鋼箱梁及橋塔拼裝→配重混凝土澆筑及斜拉索安裝及張拉→拼裝支架落架及拆除→稱(chēng)重配重→試轉(zhuǎn)、正式轉(zhuǎn)體→體系轉(zhuǎn)換、墩梁永久固結(jié)→拼裝合攏段→全橋調(diào)整索力→安裝剩余附屬設(shè)施成橋。根據(jù)橋梁工程特點(diǎn)，確定如圖2轉(zhuǎn)體施工流程。

圖2 轉(zhuǎn)體施工工藝流程

3 轉(zhuǎn)體主要施工技術(shù)措施

3.1 轉(zhuǎn)體前施工準(zhǔn)備

（1）轉(zhuǎn)體系統(tǒng)檢查。由主墩向兩端對(duì)稱(chēng)依次拆除支架，清理上轉(zhuǎn)盤(pán)與下球鉸周?chē)s物及滑道頂面，尤其清理永久撐腳與滑道之間雜物，對(duì)滑道頂面進(jìn)行打磨處理。在圖上沿轉(zhuǎn)體梁段轉(zhuǎn)體外弧線正投影線，模擬排查轉(zhuǎn)體梁段與既有結(jié)構(gòu)物是否在轉(zhuǎn)體過(guò)程中存在障礙，對(duì)存在障礙部位進(jìn)行拆除，確保轉(zhuǎn)體順利進(jìn)行。

（2）結(jié)構(gòu)線形與應(yīng)力檢查。在鋼結(jié)構(gòu)安裝完成后，按照設(shè)計(jì)文件要求順序?qū)π崩骱椭鞫丈w梁預(yù)應(yīng)力索進(jìn)行初張拉。在斜拉索及蓋梁預(yù)應(yīng)力張拉完成后依次拆除臨時(shí)鎖定及臨時(shí)沙箱，拆除前對(duì)結(jié)構(gòu)的線形及應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量檢測(cè)。

（3）設(shè)備就位。將自動(dòng)連續(xù)千斤頂、泵站、主控臺(tái)安裝在預(yù)定位置，啟動(dòng)各泵站后開(kāi)始調(diào)試，保證所有千斤頂同步工作。

（4）牽引鋼索穿束并預(yù)緊。將牽引索鋼絞線表面油污清洗干凈，人工排列就位并沿上轉(zhuǎn)盤(pán)均勻排列，用專(zhuān)用千斤頂將鋼絞線逐根預(yù)緊，預(yù)緊力5-10KN，以保證各根鋼絞線在牽引過(guò)程中受力均勻。

3.2 稱(chēng)重及配重

轉(zhuǎn)體梁段縱橋向?yàn)椴粚?duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，加之球鉸體系的制作安裝誤差、梁體配重混凝土澆筑均勻性差異及斜拉索預(yù)應(yīng)力張拉的程度差異，可能導(dǎo)致橋墩兩側(cè)懸臂梁端剛度不同，質(zhì)量分布不同，產(chǎn)生不平衡力矩。因此在試轉(zhuǎn)前，需要進(jìn)行不平衡稱(chēng)重與配重試驗(yàn)，測(cè)試轉(zhuǎn)體部分的不平衡力矩、偏心矩、轉(zhuǎn)體球鉸的摩阻力矩及摩阻系數(shù)等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)橋梁轉(zhuǎn)體的平衡配重，達(dá)到安全施工、平穩(wěn)轉(zhuǎn)體的目的。本項(xiàng)目采用絕對(duì)平衡配重方案。

3.3 牽引及助推系統(tǒng)

牽引系統(tǒng)主要作用是張拉牽引索給上轉(zhuǎn)盤(pán)提供一個(gè)克服上下球鉸之間及撐腳與下滑道之間動(dòng)摩阻力矩的力偶。助推系統(tǒng)主要作用是提供一個(gè)克服靜、動(dòng)摩阻力矩差的力偶，以免牽引系統(tǒng)太復(fù)雜，另外，也作為牽引系統(tǒng)在轉(zhuǎn)體過(guò)程中不正常工作時(shí)的應(yīng)急手段。

轉(zhuǎn)體的牽引動(dòng)力系統(tǒng)由一套兩臺(tái)液壓、同步、自動(dòng)連續(xù)牽引系統(tǒng)，兩臺(tái)液壓泵站及兩臺(tái)主控臺(tái)通過(guò)高壓油管和電纜連接組成。助推千斤頂采用4臺(tái)穿心式千斤頂。

3.4 位控系統(tǒng)、防傾系統(tǒng)及微調(diào)系統(tǒng)

在轉(zhuǎn)體過(guò)程中，6000噸轉(zhuǎn)體重量只有球鉸一點(diǎn)支承。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)中心高度約38m，上部轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)受外界條件或施工影響，可能出現(xiàn)傾斜，必須設(shè)置位置微調(diào)控制系統(tǒng)，在轉(zhuǎn)體過(guò)程中對(duì)轉(zhuǎn)體的懸臂端高程及軸線要進(jìn)行微小調(diào)整。同時(shí)，在轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)至設(shè)計(jì)位置時(shí)，為防止超轉(zhuǎn)，設(shè)置位控系統(tǒng)。轉(zhuǎn)體過(guò)程可能因突發(fā)因素中止轉(zhuǎn)體時(shí)，必須及時(shí)采取安全措施，防止梁體傾覆，安全控制系統(tǒng)與位控系統(tǒng)共用。

（1）位控及安全防傾覆系統(tǒng)。撐腳與千斤頂組成內(nèi)環(huán)位控（保險(xiǎn)）系統(tǒng)，撐腳均布于上轉(zhuǎn)盤(pán)5m直徑的圓周上。保險(xiǎn)支腿下方是不銹鋼板面，上鋪設(shè)四氟乙烯滑板的環(huán)形滑道，支腿與滑道間隙保持3-5mm，轉(zhuǎn)體過(guò)程中，支腿起防傾保險(xiǎn)作用。位控系統(tǒng)由止動(dòng)擋塊，止動(dòng)型鋼、橡膠板等組成。上轉(zhuǎn)盤(pán)施工時(shí)在兩對(duì)角預(yù)埋雙拼I32工字鋼作為止動(dòng)裝置，相應(yīng)轉(zhuǎn)體終止位置設(shè)置止動(dòng)擋塊（I32工字鋼與止動(dòng)擋塊接觸面之間夾角為93.7°）。在型鋼上粘貼厚橡膠墊，用來(lái)緩沖轉(zhuǎn)體就位時(shí)與擋塊碰撞時(shí)的慣性力。

（2）微調(diào)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)體過(guò)程中，在梁頂四個(gè)角點(diǎn)處布置測(cè)量監(jiān)控點(diǎn)，采用全站儀對(duì)轉(zhuǎn)體過(guò)程中進(jìn)行位置測(cè)量，及時(shí)反應(yīng)轉(zhuǎn)體狀態(tài)，為轉(zhuǎn)體提供數(shù)據(jù)支持。轉(zhuǎn)體施工中微調(diào)主要分為兩種情況需要微調(diào)：①在轉(zhuǎn)體過(guò)程中若高程偏差超出允許范圍，需及時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)體進(jìn)行微調(diào)，以使轉(zhuǎn)體繼續(xù)，保證結(jié)構(gòu)精度，微調(diào)主要采用千斤頂及限位梁限位的形式進(jìn)行微調(diào)，調(diào)整到位后在撐腳及滑道間采用四氟乙烯滑板進(jìn)行鋪墊，確保轉(zhuǎn)體梁段姿態(tài)。②在轉(zhuǎn)體完成后，利用助推反力座、千斤頂及制動(dòng)擋塊進(jìn)行梁體軸線微調(diào)，利用在上、下轉(zhuǎn)盤(pán)之間設(shè)置的鋼管支墩及千斤頂，向偏位相反方向調(diào)整，在另一側(cè)設(shè)置限位梁，以防微調(diào)超限，將轉(zhuǎn)體的技術(shù)參數(shù)調(diào)整到允許范圍內(nèi)。

圖3 位控及防傾系統(tǒng)布置圖

3.5 轉(zhuǎn)體測(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)

通過(guò)在轉(zhuǎn)體兩端軸線及橋梁邊線上布置監(jiān)控點(diǎn)，對(duì)轉(zhuǎn)體過(guò)程中進(jìn)行位置測(cè)量，及時(shí)動(dòng)態(tài)反應(yīng)轉(zhuǎn)體狀態(tài)，為轉(zhuǎn)體提供數(shù)據(jù)支持。在轉(zhuǎn)體就位后進(jìn)行測(cè)量，保證結(jié)構(gòu)就位精度。

轉(zhuǎn)體施工前，對(duì)轉(zhuǎn)體上的軸線及邊線控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量放樣；轉(zhuǎn)體過(guò)程中，對(duì)轉(zhuǎn)體進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，及時(shí)匯報(bào)轉(zhuǎn)體姿態(tài)；轉(zhuǎn)體快到位時(shí)用兩臺(tái)全站儀各自進(jìn)行軸線位置貫通觀測(cè)；軸線調(diào)整到位后，準(zhǔn)確測(cè)量各懸臂端實(shí)際標(biāo)高。

3.6 試轉(zhuǎn)

在各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成后，正式轉(zhuǎn)動(dòng)之前需要進(jìn)行試轉(zhuǎn)體。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)懸臂端接近營(yíng)業(yè)線外側(cè)的最大試轉(zhuǎn)角度為3.8度，實(shí)際試轉(zhuǎn)角度以3.5度控制。試轉(zhuǎn)過(guò)程中記錄轉(zhuǎn)體速度、慣性距離、各種設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況、結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)受力情況。試轉(zhuǎn)完成后對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，為正式轉(zhuǎn)體的精確定位提供操作依據(jù)。

圖4 梁體待轉(zhuǎn)圖

試轉(zhuǎn)流程：轉(zhuǎn)體施工主控臺(tái)操作人員接到試轉(zhuǎn)體開(kāi)始指令后，進(jìn)行試轉(zhuǎn)體施工流程如下：先順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)1°→點(diǎn)動(dòng)20秒→點(diǎn)動(dòng)10秒→點(diǎn)動(dòng)10秒→點(diǎn)動(dòng)5秒→點(diǎn)動(dòng)5秒→點(diǎn)動(dòng)5秒→點(diǎn)動(dòng)3秒→點(diǎn)動(dòng)3秒→點(diǎn)動(dòng)3秒→轉(zhuǎn)體至3.5°→轉(zhuǎn)體系統(tǒng)臨時(shí)鎖定，試轉(zhuǎn)結(jié)束。

圖5 梁體試轉(zhuǎn)示意圖

3.7 正式轉(zhuǎn)體

在天窗點(diǎn)內(nèi)，轉(zhuǎn)體人員接到轉(zhuǎn)體命令后啟動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)備，并使其在“自動(dòng)”狀態(tài)下運(yùn)行。核對(duì)實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)速度與預(yù)計(jì)速度的差值，確定“自動(dòng)”狀態(tài)下的運(yùn)行時(shí)間。

轉(zhuǎn)體前在上轉(zhuǎn)臺(tái)行走軌跡范圍內(nèi)粘貼行走刻度表（角度分盤(pán)刻度）用于轉(zhuǎn)體精確就位控制?？潭缺碣N在上 轉(zhuǎn)盤(pán)上，助推墩上安裝指針，方便讀數(shù)。

圖6 刻度表現(xiàn)場(chǎng)布置圖

轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)精確就位，在標(biāo)高和軸線調(diào)整符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后，立即進(jìn)行上下轉(zhuǎn)盤(pán)的鎖定工作。利用永久撐腳與滑道進(jìn)行臨時(shí)鎖定，利用鋼板和槽鋼迅速進(jìn)行鎖定工作。鎖定完成后，安裝永久支撐，焊接蓋梁與梁底之間的預(yù)埋筋及其他連接鋼筋。在主墩理論跨徑線兩側(cè)各7.65m處設(shè)置4臺(tái)同步頂升千斤頂（作用點(diǎn)位于隔板處），對(duì)鋼箱梁進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整，頂力按800t控制并鎖定，以此將梁體應(yīng)力同步分散至門(mén)式墩兩側(cè)墩柱上，同步安裝永久支墩，上下分別與梁底及蓋梁頂進(jìn)行焊接后，卸載千斤頂，安裝封固鋼筋及其它連接件，從鋼箱梁預(yù)留孔處灌注封鉸C50微膨脹混凝土。

圖7 轉(zhuǎn)體完成圖

4 結(jié)語(yǔ)

該工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)主要有三個(gè)，一是主墩蓋梁采用預(yù)應(yīng)力蓋梁，轉(zhuǎn)體系統(tǒng)設(shè)置在蓋梁正中央，主墩蓋梁預(yù)應(yīng)力精確安裝控制、預(yù)應(yīng)力張拉控制及轉(zhuǎn)體系統(tǒng)安裝精度控制；二是轉(zhuǎn)體采用墩頂不等跨獨(dú)塔斜拉橋不平衡轉(zhuǎn)體，轉(zhuǎn)體姿態(tài)及精準(zhǔn)就位；三是轉(zhuǎn)體精確就位后墩梁永久固結(jié)過(guò)程體系轉(zhuǎn)換及封鉸。通過(guò)對(duì)以上關(guān)鍵技術(shù)的研究控制，使整個(gè)轉(zhuǎn)體更加快速、安全、易控，減少了對(duì)運(yùn)營(yíng)鐵路線的影響，并實(shí)現(xiàn)了該橋按期準(zhǔn)確轉(zhuǎn)體就位。