大跨度鋼箱梁轉(zhuǎn)體橋施工技術(shù)

孫新鋒

（中鐵十四局集團公司第一工程發(fā)展有限公司，山東日照 276800）

1 工程概況

青島市新機場高速連接線3 標段（雙埠-夏莊段）主線的鋼箱梁自西向東依次跨越膠濟貨線、膠濟客專雙線、青榮城際雙線、機場專用線6 條既有鐵路。鋼箱梁橋采用的事墩梁固結(jié)體系，結(jié)構(gòu)形式為跨徑2×120m 的T 構(gòu)橋，分幅錯位布置。采用轉(zhuǎn)體的施工工藝，轉(zhuǎn)體前平行于鐵路線方向采用支架拼裝焊接完成，再采用臨時索塔進行臨時拉索對稱張拉，拉起大小里程梁端拆除支架，逆時針雙幅同時轉(zhuǎn)體90°[1]。

轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)按設(shè)計包含上下承臺、球鉸、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)。

1.1 上下承臺

上下承臺是承載轉(zhuǎn)體橋上部結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ)部分，橋梁轉(zhuǎn)體完成后，上下承臺與上轉(zhuǎn)盤進行鎖固，形成整體基礎(chǔ)。上承臺頂面安裝轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的下球鉸、環(huán)形滑道、轉(zhuǎn)體拽拉千斤頂反力座及牽引反力座等。

1.2 球鉸

轉(zhuǎn)動體系的核心球鉸半徑2.0m，球面半徑799.2cm，設(shè)計豎向承載力為110000kN。

1.3 撐腳與環(huán)形滑道

撐腳是轉(zhuǎn)體橋?qū)嵤┺D(zhuǎn)體時，能夠支撐保持平穩(wěn)的保險支腿。在撐腳的下方（即下盤頂面）設(shè)有1.13m 寬的滑道，轉(zhuǎn)體時撐腳在滑道內(nèi)滑動，保證轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)平穩(wěn)。

1.4 轉(zhuǎn)體上轉(zhuǎn)盤

上轉(zhuǎn)盤是轉(zhuǎn)體橋的主要結(jié)構(gòu)，在實施轉(zhuǎn)體時處于一個多向、立體的受力狀態(tài)，轉(zhuǎn)盤為上球鉸、撐腳與上轉(zhuǎn)盤相連部分，也是轉(zhuǎn)體牽引力直接施加的部位。轉(zhuǎn)臺內(nèi)預(yù)埋P 型錨轉(zhuǎn)體牽引索，每根索埋入轉(zhuǎn)盤長度大于4.5m，每對索的出口于轉(zhuǎn)盤中心對稱布置。

1.5 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)總重量

轉(zhuǎn)體總重量W 為73384kN。

2 球鉸滑道安裝

2.1 球鉸滑道簡介

如圖1 所示，轉(zhuǎn)體球鉸主要由下球鉸支架、滑道及撐腳、上球鉸、下球鉸、轉(zhuǎn)軸等主要構(gòu)件組成。

圖1 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)球鉸滑道組成

2.2 安裝工序

下球鉸支架、下球鉸及上球鉸采用分部吊裝、分層定位的安裝方法。具體先后順序為：先安裝下球鉸支架，接著安裝下球鉸及轉(zhuǎn)軸，最后安裝上球鉸[2]。

滑道采用工廠制作，現(xiàn)場拼裝的方式進行組裝。在硬化場地，先組裝好滑道骨架，再整體吊裝至設(shè)計要求的位置。撐腳在施工上轉(zhuǎn)盤時進行安裝。

2.3 安裝工藝

2.3.1 預(yù)留基坑

按設(shè)計圖要求在承臺頂面預(yù)留球鉸及滑道的安裝基坑，本工程的基坑深度1.35m。球鉸中心為圓心，3.9m 半徑為中心預(yù)埋長1m 的10#槽鋼，槽口向下均布等分8 塊，作為滑道骨架定位支撐；以球鉸中心為圓心，按設(shè)計方向在下球鉸支架的4 個支撐點處預(yù)埋邊長200mm 左右鋼板，用于下球鉸骨架的定位及加固，預(yù)埋槽鋼和鋼板與下承臺鋼筋網(wǎng)焊接相連?；觾?nèi)按下承臺鋼筋布置圖預(yù)埋豎向主鋼筋，橫向鋼筋在滑道及下球鉸支架安裝完成后再布置[3]。

2.3.2 滑道拼裝

為提高工作效率，左右幅滑道支架都在平整場地進行拼裝，采用直徑16mm 鋼筋拼裝焊接成拼裝基礎(chǔ)，基礎(chǔ)直徑參考滑道支架安裝直徑，基礎(chǔ)頂面鋼筋采用水準儀調(diào)節(jié)標高，滑道支架底面角鋼面與頂面鋼筋面持平，利用鋼筋平臺進行平拼裝滑道支架，如圖2 所示。拼裝完成后采用10#槽鋼做支撐，整體吊裝至基坑。

圖2 滑道拼裝吊裝

2.3.3 測量控制

采用精度達0.01mm 的數(shù)字水準儀和配套塔尺進行下球鉸頂面標高測量，同時用4 臺3t 油壓千斤頂進行標高調(diào)整。

滑道板全部鋪設(shè)完后，利用電子水準儀和水平尺對滑道板逐件較準、調(diào)平?；腊屙斆鏄烁哒`差不超過2mm，相鄰滑道鋼板拼接邊緣高差不超過0.5mm，使滑道平面的標高符合設(shè)計要求。

2.3.4 下球鉸混凝土施工

在混凝土澆注前要打開下球鉸設(shè)計的振搗孔，并用塑料布將滑板面遮擋好。澆注時從下球鉸的一側(cè)澆筑混凝土，通過下球鉸面向另一側(cè)流動，在每個振搗孔處固定1 臺振搗棒，振搗時間不得少于5min，充分振搗。下球鉸側(cè)面輔以斜向振搗棒，通過振搗孔觀察盤下混凝土振搗質(zhì)量。

2.3.5 安裝上球鉸

首先對球面進行清潔，并保證上球鉸安裝過程中無任何雜物摻入球面，進而影響上下球鉸之間摩擦阻力，上下球面之間填充潤滑油脂。下球面包含多個滑塊，在滑塊之間的和滑塊頂面均勻涂抹潤滑油脂，涂抹厚度以高出滑塊表面約3mm 為準，對定位軸同樣進行涂抹，確保能夠填滿上下球鉸之間的間隙。

對上球鉸的地面進行清理，保證球面光潔，待潤滑油脂填充完成后，馬上吊裝就位上球鉸，吊裝定位過程需人工配合，定位過程要緩慢、輕放，就位后人工對上球鉸正反方向進行試轉(zhuǎn)，使上下球鉸充分接觸，然后精調(diào)上球鉸保證與下球鉸水平位置一致。精調(diào)完成后，使用膠帶封閉上下球鉸的間隙，如圖3 所示。

圖3 球鉸安裝

2.3.6 撐腳安裝

按設(shè)計要求確定撐腳的具體安裝位置。對應(yīng)撐腳位置處，四角設(shè)置鋼墊塊。撐腳底板處填充2cm 厚石英砂，石英砂選擇粒徑0.5～1.2mm 的細砂和粒徑1.2～1.8mm 的粗砂按照4:6 的比例進行摻合。石英砂填充可適當超出撐腳安裝范圍，填充后對其壓實收平。收平后石英砂頂面可略高于撐腳鋼墊塊1mm 以內(nèi)[4]。

2.3.7 施工上承臺

按設(shè)計圖及規(guī)范綁扎上承臺底層鋼筋及外周鋼筋，底層鋼筋與撐腳焊接牢固。布置完上轉(zhuǎn)盤外圈模板后，布置轉(zhuǎn)體牽引束和錨固。對牽引束外露段，進行防銹、防污處理。

上承臺澆注前在上轉(zhuǎn)盤外圓周低于牽引束中心線5cm 處，預(yù)埋用于固定牽引束盤繞段的鋼筋（φ20，約40cm 長，預(yù)埋20cm，外露 20cm，間隔1m）。

上承臺澆注時，先灌注C50 微膨脹混凝土于撐腳內(nèi)。灌注撐腳時，汽車泵泵管距離混凝土頂面距離不宜大于50cm，以減小混凝土澆筑時的沖擊。

澆注、拆模、鑿毛后，將包扎防護好的牽引束外露段盤繞在上轉(zhuǎn)盤上并綁扎固定。

至此，轉(zhuǎn)體球鉸的安裝階段的工作完成，下步施工墩身、梁體，待梁體完成后再進入轉(zhuǎn)體施工階段，如圖4 所示。

圖4 上轉(zhuǎn)盤承臺施工

3 轉(zhuǎn)體前準備工作

3.1 轉(zhuǎn)體參數(shù)計算

3.1.1 牽引力計算

轉(zhuǎn)體總重量G 按110000kN。

轉(zhuǎn)體牽引力計算見式（1）。

式中：R——球鉸平面半徑，R=2m；D——轉(zhuǎn)臺直徑，D=8.9m；f——球鉸摩擦系數(shù)，f靜=0.1，f動=0.06。

計算結(jié)果如下。

啟動過程所需最大牽引力：T1=2f靜GR/3D=1647.9kN。

轉(zhuǎn)動所需牽引力：T2=2f動GR/3D=988.8kN。

啟動動力儲備系數(shù)：K1=3500/1647.9=2.1。

轉(zhuǎn)動動力儲備系數(shù)：K2=3500/988.8=3.5。

滿足要求。

考慮撐腳與滑道接觸的影響，且撐腳的支撐反力N 不超過2000kN，則見式（2）。

式中：N——轉(zhuǎn)體時撐腳所需最大支撐力，N=2000kN；R撐——撐腳所在位置的回轉(zhuǎn)半徑，R撐=3.9m。

計算如下。

啟動時所需最大牽引力：T3=2f靜GR/3D+f靜NR撐/D=1735.5kN。

轉(zhuǎn)動過程中所需牽引力：T4=2f靜GR/3D+f動NR撐/D=1041.4kN。

啟動時的動力儲備系數(shù)為：K3=3500/1735.5=2.02。

轉(zhuǎn)動時的動力儲備系數(shù)為：K4=3500/1041.4=3.36。

滿足要求。

3.1.2 鋼絞線安全系數(shù)

1860MPa 級直徑φ15.2mm 鋼絞線的標準破斷力是260kN。18 根鋼絞線的極限承載如下。

18×260=4680kN。

按考慮撐腳撐影響的情況計算結(jié)果如下。

啟動過程的鋼絞線安全系數(shù)：K5=4680×0.75/1735.5=2.02。

轉(zhuǎn)動過程的鋼絞線安全系數(shù)：K6=4680×0.75/1041.4=3.37。

滿足要求。

3.1.3 轉(zhuǎn)體時間及牽引速度計算

設(shè)計要求的轉(zhuǎn)體速度0.012rad/min 即大約0.69°/min 計算，左幅橋轉(zhuǎn)體角度為91.5165°（含試轉(zhuǎn)角度），則左幅橋轉(zhuǎn)體時間t=91.5165/0.69=132.6min，右幅橋轉(zhuǎn)體角度為90°（含試轉(zhuǎn)角度），則右幅橋轉(zhuǎn)體時間t=90/0.69=130.4min。即理論轉(zhuǎn)體時間大約為133min。

按設(shè)計速度計算，牽引速度v1=ωr1=0.012×4.45=0.0534m/min=3.2m/h。當牽引速度達3.2m/h 時，橋體懸臂端線速度為v2=ωr2=0.012×49=0.59m/min。滿足橋體懸臂端線速度不大于1.5m/min的規(guī)范要求。

3.2 轉(zhuǎn)體設(shè)備

牽引系統(tǒng)設(shè)備組成（雙墩轉(zhuǎn)體）如表1 所示。

表1 牽引系統(tǒng)設(shè)備組成（雙墩轉(zhuǎn)體）

3.3 稱重

3.3.1 目的與內(nèi)容

實施轉(zhuǎn)體的過程中必須保證轉(zhuǎn)動的平穩(wěn)性，理論上應(yīng)保證轉(zhuǎn)體中心支點兩端重量一致達到平衡狀態(tài)。在實際的轉(zhuǎn)體過程中，絕對平衡的梁體懸臂結(jié)構(gòu)會引起結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動時發(fā)生抖動，所以需要稱重實驗，確定梁體重心偏移量，通過調(diào)整配重，將梁體重心調(diào)整至合適狀態(tài)。

3.3.2 測點布置及設(shè)備

稱重千斤頂、測試儀器布置如圖5 所示。

圖5 稱重千斤頂、測試儀器布置

3.3.3 稱重試驗及配重方案

以右幅2#墩T 構(gòu)為例，由稱重試驗頂升力-位移曲線（圖6、圖7），根據(jù)轉(zhuǎn)動體剛性位移突變法原理，通過理論分析和實測數(shù)據(jù)計算，稱重試驗結(jié)果如表2 所示。

圖6 右幅2#墩縱橋向大里程頂升力-位移曲線（臨界值：8300kN）

圖7 縱橋右幅2#墩向小里程頂升力-位移曲線（臨界值：3000kN）

表2 右幅2#墩稱重試驗結(jié)果

配重方案如下：根據(jù)橋梁實際狀態(tài)，采用平衡配重方案，即在縱橋方向小里程側(cè)距離0#節(jié)段中心100m 位置配重10.0t；配重后經(jīng)復(fù)稱確定，偏心距為0.005m，偏向大里程側(cè)。

3.4 試轉(zhuǎn)

3.4.1 施工步驟

（1）預(yù)緊鋼絞線。逐根以1~5kN 的力將鋼絞線進行預(yù)緊，再用牽引千斤頂對整束鋼絞線在2MPa 油壓下整體預(yù)緊，預(yù)緊對稱進行，重復(fù)數(shù)次，保證各根鋼絞線的受力均勻，使同一束牽引索各鋼絞線持力基本保持一致，預(yù)緊過程中應(yīng)保證所有鋼絞線平行水平地纏在上轉(zhuǎn)盤上。

（2）合上主控臺及泵站電源。啟動泵站，用主控臺控制兩臺連續(xù)千斤頂同時施力試轉(zhuǎn)，不能轉(zhuǎn)動時，則采用助推千斤頂同時出力，克服超常靜摩阻力，啟動橋梁轉(zhuǎn)動，若仍不啟動，則停止試轉(zhuǎn)，另行研究處理方案。

3.4.2 試轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)測試

（1）每分鐘轉(zhuǎn)動主橋的轉(zhuǎn)動角度及懸臂端所轉(zhuǎn)動的水平弦線距離，應(yīng)將轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動角速度為0.01619r/min，鋼絞線每分鐘走行7.2cm。

（2）試轉(zhuǎn)過程首先轉(zhuǎn)動連續(xù)2°，點動控制轉(zhuǎn)動1°點動過程測量慣性力造成的移動距離，以此作為指導(dǎo)正式轉(zhuǎn)體的依據(jù)。

（3）點動操作時，測量人員應(yīng)測量每點動一次懸臂端所轉(zhuǎn)動的水平弦線距離，以為精確定位提供操作依據(jù)。

（4）試轉(zhuǎn)過程中，通過應(yīng)力傳感器檢查轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的平衡穩(wěn)定性，有無故障，關(guān)鍵受力部位是否異常。如出現(xiàn)異常情況，則應(yīng)停止試轉(zhuǎn)，查明原因并采取相應(yīng)措施整改后方可繼續(xù)試轉(zhuǎn)。

（5）試轉(zhuǎn)過程注意牽引力的變化，如有異常超出正常范圍，及時檢查轉(zhuǎn)盤是否有雜物卡住撐腳。

（6）試轉(zhuǎn)的角度。轉(zhuǎn)體前小里程方向梁端外側(cè)與青榮線上行線最外側(cè)回流線的最近水平距離為20.118m，每轉(zhuǎn)動1°，梁端橫向轉(zhuǎn)動距離為2.01m，為保證試轉(zhuǎn)后梁體與營業(yè)線的安全距離，確定試轉(zhuǎn)角度為3°，試轉(zhuǎn)后小里程方向梁端邊緣距離接觸網(wǎng)回流線距離14.088m。右幅大里程側(cè)距膠濟貨線15.260m。

3.4.3 試轉(zhuǎn)安全措施

（1）試轉(zhuǎn)前必須按照有資質(zhì)第三方稱配重報告進行梁體配重，實現(xiàn)梁體平衡。

（2）試轉(zhuǎn)后及時撐腳底部鋼楔子復(fù)原將轉(zhuǎn)體臨時固定。

（3）轉(zhuǎn)與正式轉(zhuǎn)體時間間隔不能過長，采取待鐵路給點后，在鐵路點前兩天進行試轉(zhuǎn)。

4 轉(zhuǎn)體

4.1 轉(zhuǎn)體前準備

正式轉(zhuǎn)體前，要通過分析采集試轉(zhuǎn)的各項數(shù)據(jù)，修正轉(zhuǎn)體實施方案。

雙幅同步轉(zhuǎn)體必須做到統(tǒng)一指揮，兩側(cè)采用一套監(jiān)控系統(tǒng)，通過監(jiān)視系統(tǒng)反映的兩幅橋的數(shù)據(jù)資料進行協(xié)調(diào)指揮，以達到同步的目的。

4.2 轉(zhuǎn)體實施

（1）首先操控牽引千斤頂達到預(yù)定噸位，然后啟動動力系統(tǒng)，并使其在“自動”狀態(tài)下運行。

（2）每個轉(zhuǎn)體的對稱千斤頂?shù)淖饔昧σ３执笮∠嗟?、方向相反，同時保證上轉(zhuǎn)盤無傾覆力矩產(chǎn)生僅承受與摩擦力矩相平衡的動力偶。

（3）設(shè)備運行過程中，各操作人員的注意力必須高度集中，重點注意觀察和轉(zhuǎn)體各部位和監(jiān)控動力系統(tǒng)設(shè)備的運行情況。如果出現(xiàn)異常情況，必須馬上同現(xiàn)場負責人匯報，立即停機處理，待徹底排除隱患后，重新啟動設(shè)備繼續(xù)運行。

（4）兩墩同時啟動，橋梁兩側(cè)設(shè)同步啟動現(xiàn)場指揮員，用對講機通信指揮。

（5）轉(zhuǎn)體過程中，由測量人員采用全站儀同步觀測梁體中線，時刻關(guān)注觀察橋面轉(zhuǎn)體情況。結(jié)構(gòu)正式轉(zhuǎn)體時梁端每轉(zhuǎn)過5m，測量人員向現(xiàn)場負責人匯報一次，當距終點2m 時，每轉(zhuǎn)過50cm測量組向現(xiàn)場負責人匯報一次，在距終點1m 時，千斤頂連續(xù)工作進入“點動”模式，點動時間大約10min，此時測量組再次測量梁體位置，以確定梁體距終點準確距離，然后選擇合適的點動距離（試轉(zhuǎn)時測得數(shù)據(jù)）點動一次，測量組再次測量并反饋，根據(jù)的結(jié)果再次選擇合適的點動距離進行點動，如此循環(huán)直至梁體準確就位，點動原則為次數(shù)控制5 次，點動時間逐漸縮短。

4.3 轉(zhuǎn)體監(jiān)測

在轉(zhuǎn)體過程中對各關(guān)鍵參數(shù)進行隨時跟蹤測試，并及時提出預(yù)警，確保轉(zhuǎn)體施工的絕對安全，在鐵路給定的窗口時間內(nèi)順利完成既定的轉(zhuǎn)體施工過程。

（1）轉(zhuǎn)速監(jiān)控測量：主要儀器——全站儀。

（2）轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)剛體位移監(jiān)測：主要儀器——東華振動測試儀（2 個豎向拾振器）。

（3）轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的加速度和豎向振幅監(jiān)測：主要儀器——東華振動測試儀（2 個橫向＋4 個豎向拾振器）。

采用梁端豎向振動加速度作為評價轉(zhuǎn)體過程穩(wěn)定性指標。

大跨柔性鋼箱梁橋轉(zhuǎn)體過程穩(wěn)定性分析：建立考慮軌道不平順和風荷載作用的接觸非線性有限元模型，系統(tǒng)研究環(huán)境風速、轉(zhuǎn)體速度和軌道不平順等因素對轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)振動特性的關(guān)系，建立梁端振動加速度或振動幅值對轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，通過實測數(shù)據(jù)顯示，轉(zhuǎn)體過程中結(jié)構(gòu)梁端的最大豎向振動加速度是28.35mm/s2，小于黃色預(yù)警值0.5max=58mm/s2，轉(zhuǎn)體過程安全。通過豎直激光控制轉(zhuǎn)盤角度及全站儀后視轉(zhuǎn)動輪鏡坐標相結(jié)合的方式精確使鋼箱梁一次性轉(zhuǎn)體到位[5]。

5 結(jié)語

隨著我國鐵路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高速發(fā)展，為減小上跨鐵路橋施工對電氣化鐵路的影響，轉(zhuǎn)體法施工被更多的地應(yīng)用于跨線橋施工中，橋梁轉(zhuǎn)體施工也成為一種成熟的施工工藝，本文原有的轉(zhuǎn)體橋施工的基礎(chǔ)上又提升了鄰近即有線大跨寬幅鋼箱梁橋梁的施工技術(shù)，對于橋梁施工發(fā)展具有重要的實用性和推廣價值及廣泛的推廣應(yīng)用前景，為涉鐵工程的橋梁建設(shè)積累一定的經(jīng)驗。