上跨既有鐵路線橋梁轉(zhuǎn)體施工質(zhì)量和安全控制技術(shù)分析

張婭玲

(陜西高速公路咨詢有限公司 西安 710061)

0 引言

在交通強(qiáng)國建設(shè)的背景下，國家綜合交通網(wǎng)絡(luò)日益發(fā)達(dá)，公路、鐵路、水運(yùn)立體交通工程也越來越常見。公路上跨既有鐵路的橋梁在施工時(shí)，難免會(huì)對(duì)鐵路的正常運(yùn)營造成一定的影響，為有效減少影響，近些年來采用轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的橋梁越來越多[1-6]，轉(zhuǎn)體施工過程中如何保障其質(zhì)量和安全，成為工程建設(shè)人員和研究人員關(guān)注的問題[7-10]。為了提高上跨既有線橋梁施工的質(zhì)量，保障施工安全，以隴漳高速渭河特大橋?yàn)槔?，?duì)橋梁轉(zhuǎn)體施工過程中質(zhì)量、安全控制技術(shù)進(jìn)行分析，研究成果可對(duì)類似橋梁施工提供借鑒意義。

1 工程概況

隴漳高速渭河特大橋全長(zhǎng)2782.92m，共計(jì)79跨，其中上跨隴海鐵路轉(zhuǎn)體懸澆梁位于第9跨至11跨，橋梁孔跨形式為41.4m+70.0m+41.4m 連續(xù)剛構(gòu)，第10跨(70.0m)上跨隴海鐵路上、下行線，轉(zhuǎn)體橋部分全長(zhǎng)152.8m，橋梁面積為3896.4m2，線路夾角為76°。9#承臺(tái)到隴海線上行線回流線的最小距離是7.4m，梁體邊緣到上行線回流線的最小距離是3.7m；10#承臺(tái)到隴海線下行線回流線的最小距離是7.7m，梁體邊緣到下行線的最小距離是4.7m，箱梁底面到上行線軌面的最小距離是10.05m、到下行線軌面的最小距離是11.55m。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)與隴海鐵路位置關(guān)系見圖1。

圖1 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)與既有鐵路線平面關(guān)系圖

2 轉(zhuǎn)體施工質(zhì)量控制措施

轉(zhuǎn)體施工等級(jí)為Ⅱ級(jí)，理論轉(zhuǎn)體時(shí)間為98min，垂直天窗點(diǎn)內(nèi)準(zhǔn)備時(shí)間為10min，確認(rèn)并傳達(dá)施工封鎖令，檢查銷記為7min，共計(jì)垂直天窗點(diǎn)需115min。垂直天窗點(diǎn)內(nèi)需隴海線隴西—云田鄉(xiāng)上、下行供電臂停電，施工期間不組織行車。施工內(nèi)容包括轉(zhuǎn)體前準(zhǔn)備工作(防拋網(wǎng)安裝、橋面清理、稱重及配重、試轉(zhuǎn))、橋梁轉(zhuǎn)體、勁性骨架連接、轉(zhuǎn)盤封固、合龍段施工等。其中轉(zhuǎn)體與合龍段的施工質(zhì)量是整個(gè)轉(zhuǎn)體施工的質(zhì)量保障。

2.1 轉(zhuǎn)體準(zhǔn)備

轉(zhuǎn)體的準(zhǔn)備階段主要包含稱重及配重和試轉(zhuǎn)體工作。

2.1.1 稱重及配重

施工時(shí)，先切除上下轉(zhuǎn)盤Φ32 精軋螺紋鋼臨時(shí)固結(jié)，再對(duì)稱拆除撐腳鋼楔及砂箱，將上盤、墩柱及連續(xù)箱梁組成以球鉸中心為支撐點(diǎn)的一個(gè)自由轉(zhuǎn)動(dòng)體系。將其靜置24h后，對(duì)梁體根部應(yīng)力和應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測(cè)，觀測(cè)轉(zhuǎn)體平衡、上下盤應(yīng)力、橋梁線形及球鉸壓應(yīng)力等變化情況，若均無異常即可進(jìn)行下一步工作。

球鉸體系存在制作安裝誤差，以及梁體混凝土澆筑均勻性的差異，引起橋墩兩側(cè)懸臂梁端會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量分布不均勻和不平衡力矩的現(xiàn)象，故轉(zhuǎn)體前的稱重與配重尤為重要。配重工作要將轉(zhuǎn)體上部結(jié)構(gòu)的重心垂線落于球鉸軸心線偏后的一側(cè) (重心垂線仍落于球鉸支撐面上)，或?qū)⑥D(zhuǎn)盤后側(cè)撐腳落于滑道上作為控制要點(diǎn)。配重完成后，轉(zhuǎn)體過程可以形成3個(gè)有效支撐點(diǎn)，即球鉸及靠后側(cè)的2個(gè)撐腳的可控穩(wěn)定體系，杜絕瞬時(shí)任意方向傾斜現(xiàn)象的發(fā)生。拆除臨時(shí)固結(jié)后，及時(shí)測(cè)出橋梁結(jié)構(gòu)的配重參數(shù)，并進(jìn)行配重。

在澆筑10#節(jié)段時(shí)，在梁體端部提前預(yù)埋10#槽鋼，起到對(duì)配重進(jìn)行臨時(shí)固定的作用，能夠有效防止轉(zhuǎn)體過程中配重水箱發(fā)生位移。

2.1.2 試轉(zhuǎn)體

稱重及配重工作完成后，需進(jìn)行梁體試轉(zhuǎn)，對(duì)牽引動(dòng)力系統(tǒng)、轉(zhuǎn)體系統(tǒng)、位控系統(tǒng)、防傾保險(xiǎn)體系進(jìn)行一次試運(yùn)轉(zhuǎn)，即全面檢查工作狀態(tài)是否良好。并確定點(diǎn)動(dòng)慣性位移量，確保轉(zhuǎn)體施工過程中的精確定位。

試轉(zhuǎn)體必須做好5方面的工作：①清理梁體表面除配重外的雜物；②清除上、下轉(zhuǎn)盤間的填充物并解除多余約束，檢查關(guān)鍵受力部位是否存在裂縫等異?，F(xiàn)象；③將牽引系統(tǒng)準(zhǔn)確布置在下承臺(tái)頂，同時(shí)進(jìn)行設(shè)備空載運(yùn)行；④理順預(yù)應(yīng)力鋼絞線，通過鋼絞線牽引索穿入4000kN連續(xù)千斤頂，逐根對(duì)稱、均勻地預(yù)頂緊鋼絞線；⑤及時(shí)清除支墊的砂箱、滑道雜物，通過涂抹潤(rùn)滑油達(dá)到降低摩阻力的目的，檢查并清除阻礙轉(zhuǎn)動(dòng)的因素。

試轉(zhuǎn)體施工時(shí)應(yīng)做好時(shí)間、余轉(zhuǎn)值記錄：對(duì)比分析實(shí)測(cè)值與計(jì)算值，及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速。對(duì)點(diǎn)動(dòng)控制方式進(jìn)行測(cè)試，記錄點(diǎn)動(dòng)懸臂端后其所轉(zhuǎn)動(dòng)的水平弧線距離，確定轉(zhuǎn)體初步到位后的精確定位數(shù)據(jù)。正式轉(zhuǎn)動(dòng)施工前，進(jìn)行2次點(diǎn)動(dòng)試轉(zhuǎn)和1次小的轉(zhuǎn)動(dòng)來進(jìn)行初始數(shù)據(jù)的采集。同時(shí)試轉(zhuǎn)時(shí)要保證試轉(zhuǎn)角度不得侵入既有線的限界內(nèi)，保證既有線的安全。根據(jù)梁體與回流線實(shí)際距離測(cè)量，9#墩最大可試轉(zhuǎn)2°，10#墩最大可試轉(zhuǎn)4°。

2.2 轉(zhuǎn)體

通過試運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)對(duì)轉(zhuǎn)體方案進(jìn)行修正和完善，結(jié)合垂直天窗時(shí)間和天氣情況，6月1日進(jìn)行正式轉(zhuǎn)體施工。

通過上下雙重控制措施以保證梁體可精確就位：在下承臺(tái)頂精確定位上承臺(tái)轉(zhuǎn)體后的邊線，從而控制轉(zhuǎn)體施工時(shí)箱梁結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；上控制措施為全站儀精確定位轉(zhuǎn)體梁端中線點(diǎn)。為防止梁體過轉(zhuǎn)，在下承臺(tái)助推反力座及撐腳之間利用I20工字鋼設(shè)置限位裝置，當(dāng)轉(zhuǎn)至最后一個(gè)撐腳與助推反力座空位時(shí)，通過采用限位工字鋼來防止梁體過轉(zhuǎn)。

橡膠支座靜摩擦系數(shù)和動(dòng)摩擦系數(shù)之間的差異會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)體開始的瞬間產(chǎn)生很大的沖擊力，為避免此現(xiàn)象的發(fā)生，使用助推啟動(dòng)千斤頂進(jìn)行轉(zhuǎn)體輔助啟動(dòng)，并通過鋼索進(jìn)行牽引轉(zhuǎn)動(dòng)。即轉(zhuǎn)速均勻、牽引力對(duì)稱與同步，從而確保轉(zhuǎn)盤只承擔(dān)和摩擦力矩相平衡的動(dòng)力偶，且不產(chǎn)生傾覆力矩。并對(duì)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的標(biāo)高、軸線位置和平衡燈情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

轉(zhuǎn)體施工時(shí)，轉(zhuǎn)體角速度控制為勻速0.01rad/min，在距離設(shè)計(jì)位置約2°時(shí)，通過系統(tǒng)“暫?！眮矸乐拱l(fā)生結(jié)構(gòu)超轉(zhuǎn)。慣性運(yùn)行停止后，通過“手動(dòng)”點(diǎn)操作來操縱動(dòng)力系統(tǒng)，操作過程中測(cè)量人員循環(huán)測(cè)報(bào)軸線走形的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，同時(shí)在限位型鋼上加設(shè)橡膠緩沖墊，從而確保轉(zhuǎn)體能精確就位。檢查轉(zhuǎn)體高程、軸線位置是否滿足設(shè)計(jì)要求，檢查無誤后，及時(shí)通過鋼楔塊鎖定8個(gè)撐腳，使轉(zhuǎn)體單位固定不動(dòng)。采用立模澆筑封固混凝土(C50 微膨脹混凝土)的方法，將上轉(zhuǎn)盤和下轉(zhuǎn)盤密實(shí)連成一體。

2.3 球鉸后封混凝土澆筑

轉(zhuǎn)體精準(zhǔn)定位后，采用勁性骨架臨時(shí)連接固定中跨合龍段，然后逐根連接后封部分型鋼及預(yù)留鋼筋，檢查驗(yàn)收后進(jìn)行立模及澆筑C50 微膨脹混凝土，后封混凝土澆筑結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 后封混凝土澆筑結(jié)構(gòu)圖

球鉸封固混凝土采用流動(dòng)性較好的微膨脹混凝土，為確保上下盤封固質(zhì)量，應(yīng)加強(qiáng)過程質(zhì)量控制，具體要求如下：后封砼與原結(jié)構(gòu)混凝土接觸面充分鑿毛，澆筑混凝土前，基坑內(nèi)清理干凈，在基坑最低側(cè)設(shè)置集水坑，及時(shí)抽排滲水；控制后封混凝土施工時(shí)的入模溫度，澆筑前預(yù)熱模板，澆筑后立即采用暖棚覆蓋養(yǎng)生。

2.4 合龍段施工

橋梁中跨合龍位置位于隴海鐵路上、下行之間，上、下行之間橋梁凈距為18.9m，合龍塊邊緣距下行線中心處是7.2m，邊緣處最小距離是4.8m；合龍塊邊緣距離上行線中線處距離為8m，邊緣處最小距離為5.2m，屬于鄰近既有線施工，施工采用吊架法，吊架安裝與拆除均采用卷揚(yáng)機(jī)作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)合龍施工見圖3所示。

圖3 合龍段現(xiàn)場(chǎng)施工

合龍段施工工藝為：合龍均對(duì)稱進(jìn)行，先中跨合龍，后邊跨合龍。邊跨合龍段采用支架合龍，中跨合龍采用吊架合龍。在一天中溫度最低時(shí)迅速對(duì)稱進(jìn)行中跨合龍段勁性骨架鎖定、混凝土澆筑作業(yè)，待張拉、壓漿后拆除吊架、中跨合龍勁性骨架。同時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

(1)合龍溫度的選擇。通過氣溫與梁體溫度的相互關(guān)系分析，確定在一天氣溫10～15℃時(shí)進(jìn)行合龍段混凝土澆筑，現(xiàn)場(chǎng)澆筑時(shí)間為02：00—04：00，時(shí)間控制在2～3h內(nèi)，采用麻袋或苫布覆蓋及加強(qiáng)接頭混凝土的保溫和養(yǎng)護(hù)，確?；炷劣不^程中一直在升溫受壓的狀態(tài)下。

(2)合龍段混凝土選擇。采用經(jīng)過特殊配比設(shè)計(jì)的早強(qiáng) C50微膨脹混凝土，并及時(shí)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，避免合龍段混凝土出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。

3 轉(zhuǎn)體施工安全控制措施

本次轉(zhuǎn)體梁施工是要確保營業(yè)線行車安全以及人員、設(shè)備安全，施工過程中采取以下6方面的安全控制措施。

3.1 規(guī)范設(shè)置施工防護(hù)

按照《鐵路工務(wù)安全規(guī)則》的規(guī)定要求，制定與執(zhí)行安全防護(hù)措施，未滿足防護(hù)要求時(shí)嚴(yán)禁轉(zhuǎn)體施工。同時(shí)在車站和施工地點(diǎn)設(shè)置專職聯(lián)絡(luò)人員，加強(qiáng)信息通報(bào)溝通。

3.2 嚴(yán)格控制橋梁轉(zhuǎn)體速率

轉(zhuǎn)體施工時(shí)，懸臂轉(zhuǎn)體速度按0.01rad/min勻速進(jìn)行，嚴(yán)禁人員在受力鋼絞線周圍及千斤頂?shù)恼蠓椒秶鷥?nèi)站立、停駐。

3.3 嚴(yán)防異物墜落

橋梁轉(zhuǎn)體施工時(shí)，線路上方設(shè)置齊全、牢固的防拋網(wǎng)，并在梁體端頭臨邊封閉的前提下，清理橋面所有零件、工具、廢棄物，保證鐵路線行車安全。

3.4 做好合龍段施工安全設(shè)施及安全措施

合龍段施工時(shí)，在鐵路線兩側(cè)設(shè)置硬隔離防護(hù)，橋面兩端距鐵路線50m 位置設(shè)置門禁，專人防護(hù)，防止無關(guān)人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，轉(zhuǎn)體前上跨鐵路9#墩至10#墩兩側(cè)對(duì)稱安裝防拋網(wǎng)。

3.5 做好稱重及配重時(shí)安全保證措施

對(duì)梁體進(jìn)行稱重，完成后立刻對(duì)上下轉(zhuǎn)盤進(jìn)行臨時(shí)鎖定，確保梁體穩(wěn)定，根據(jù)稱重結(jié)果對(duì)梁體進(jìn)行配重。采用水箱及預(yù)制塊的形式對(duì)梁體進(jìn)行配重，中跨采用水箱配重，邊跨采用預(yù)制塊配重，配重完成后進(jìn)行轉(zhuǎn)體施工，待上下轉(zhuǎn)盤后封部分澆筑完成后對(duì)配重進(jìn)行卸載。水箱采用水帶將水引至橋下，避免加載及卸載過程中水滴入鐵路線路范圍內(nèi)。中跨合龍段澆筑前對(duì)梁體再次配重，中跨采用水箱，邊跨采用預(yù)制塊。配重時(shí)采用兩段同步對(duì)稱配重，所有配重采用鋼筋與梁面臨時(shí)固定，防止滑移。

3.6 做好汛期防護(hù)及人員安全防護(hù)

日常對(duì)河道進(jìn)行檢查，疏通河道垃圾，在施工范圍內(nèi)修筑防洪堤壩并進(jìn)行日常維護(hù)，配備防洪器材。及時(shí)關(guān)注天氣及上游水庫情況，遇到極端天氣及時(shí)轉(zhuǎn)移人員及材料設(shè)備，關(guān)閉沿線臨時(shí)用電。要加強(qiáng)對(duì)施工人員的安全教育，配足勞動(dòng)防護(hù)用品，并嚴(yán)格督促落實(shí)。

4 結(jié)語

橋梁轉(zhuǎn)體施工有效減少了對(duì)鐵路運(yùn)營的影響，通過對(duì)隴漳高速公路渭河特大橋轉(zhuǎn)體施工的分析，重點(diǎn)闡述了施工過程中質(zhì)量控制和安全控制的要點(diǎn)，對(duì)后續(xù)同類型施工具有一定的指導(dǎo)意義。由于目前橋梁轉(zhuǎn)體施工，轉(zhuǎn)體的精確度在很大程度上和轉(zhuǎn)體用到的球鉸以及轉(zhuǎn)盤有很大的關(guān)系，如何減少轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的摩擦力，以及研發(fā)新的球鉸生產(chǎn)材料，可以作為下一步研究的重點(diǎn)。