公路橋跨營業(yè)線鐵路轉(zhuǎn)體施工技術(shù)

樊曉晶FAN Xiao-jing

（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，太原 030024）

0 引言

跨滬蓉、麻武鐵路立交工程是整個麻安高速麻城東段的控制性工程，項目建成后，將有效改善武麻、大廣以及麻安等高速公路之間的銜接轉(zhuǎn)換，便利沿線人民群眾出行，直接服務(wù)于沿線城鎮(zhèn)及工業(yè)園區(qū)的發(fā)展，助推大別山革命老區(qū)振興。由于橋梁轉(zhuǎn)體重量達(dá)到21000 噸，自重較大，故對營業(yè)線大型橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)進(jìn)行了研究，增加了安全技術(shù)保障措施、提高施工質(zhì)量、有很顯著的經(jīng)濟和工期效益。

1 工程概況

麻安高速公路麻城東段跨滬蓉、麻武鐵路立交工程位于麻城市宋埠鎮(zhèn)范圍內(nèi)，高速公路橋與滬蓉高鐵下行線對應(yīng)里程為K729+167.8，采用2×65mT 型箱梁上跨滬蓉高鐵，整幅橋全寬34m，根據(jù)地形采用支架法現(xiàn)澆T 型梁，完成后轉(zhuǎn)體61.7°就位，澆筑合攏段成橋，轉(zhuǎn)體重量21000 噸。

2 施工方案

2.1 上部結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)主梁全長130m，為2×65mT 構(gòu)。上部結(jié)構(gòu)采用節(jié)段支架現(xiàn)澆施工，形成T 構(gòu)后進(jìn)行轉(zhuǎn)體，與邊墩現(xiàn)澆段結(jié)合形成整體。分段為20m（0#節(jié)段）+13m（1#節(jié)段，左右對稱各一個）+13m（2#節(jié)段，左右對稱各一個）+13m（3#節(jié)段，左右對稱各一個）+13m（4#節(jié)段，左右對稱各一個）+3m（現(xiàn)澆合攏段，左右對稱各一個），轉(zhuǎn)體長度為2×62m。

整幅主梁采用單箱五室直腹板斷面。主梁平行于滬蓉高鐵公路大里程側(cè)支架現(xiàn)澆施工，轉(zhuǎn)體梁段預(yù)制時，梁體邊緣距相鄰鐵路中心線的最小凈距為12.49m。轉(zhuǎn)體梁段轉(zhuǎn)體就位（順時針轉(zhuǎn)體61.7°）后，與邊跨3m 現(xiàn)澆段合攏。

2.2 下部結(jié)構(gòu)

T 構(gòu)主墩為矩形實心墩，采用墩梁固結(jié)。墩順橋向?qū)?.0m，橫橋向?qū)?6.5m，墩高1.0m。主墩處承臺總厚度為9.0m，分為上轉(zhuǎn)盤、球鉸、下轉(zhuǎn)盤。其中上轉(zhuǎn)盤長17.5m，寬14.1m，厚2m；轉(zhuǎn)臺直徑Φ12.5m，高1.0m；球鉸平面直徑4.5m，厚度0.9m，在轉(zhuǎn)體施工完成后現(xiàn)澆固結(jié)球鉸部分，固結(jié)后尺寸與上轉(zhuǎn)盤相同。混凝土下轉(zhuǎn)盤直徑為12.7m，厚0.6m。承臺厚4.5m，順橋向長18.8m，橫橋向?qū)?4.0m，承臺下共有20 根Φ2.0m 的鉆孔灌注樁，樁的中心距為5.2m，按摩擦樁設(shè)計，承臺兩側(cè)設(shè)置轉(zhuǎn)體施工牽引索反力座平臺。

2.3 轉(zhuǎn)體參數(shù)

2.3.1 轉(zhuǎn)體牽引力、安全系數(shù)計算（表1）

表1 轉(zhuǎn)體牽引力、安全系數(shù)計算

啟動時儲備系數(shù)：K1=3500/2043.7=1.71；

轉(zhuǎn)動時動力儲備系數(shù)：K2=3500kN/1418.7kN=2.47。

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T=2FGR/3D+fNR 撐/D。

N 為撐腳施工時撐腳的最大支撐力，N=2000kN。

R 撐為撐腳所在位置的回轉(zhuǎn)半徑，R 撐=5.7m。

計算結(jié)果：

啟動時所需最大牽引力：T3=2f 靜GR/3D+f 靜NR 撐/D=2445.7kN

轉(zhuǎn)動過程中所需牽引力：T4=2f 靜GR/3D+f 靜NR 撐/D=1509.9kN

啟動時動力儲備系數(shù)：K3=3500/2445.7=1.43

轉(zhuǎn)動時動力儲備系數(shù)：K4=3500/1509.9=2.31

滿足要求。

2.3.2 鋼絞線的安全系數(shù)

牽引索采用21-φs15.2 鋼鉸線；

標(biāo)準(zhǔn)強度為1860MPa；

每束根數(shù)：n=21；

圖1 跨滬蓉高鐵立面圖

圖2 轉(zhuǎn)體橋與鐵路關(guān)系圖

1860 MPa 級φs15.2 鋼鉸線的標(biāo)準(zhǔn)破斷力為260kN。鋼絞線的極限承載為（按21 根鋼絞線計算）21*260=5460kN。

啟動時安全系數(shù)：K5=5460*0.75/2670.9=1.8

轉(zhuǎn)動時安全系數(shù)：K6=5460*0.75/1602.5=2.9

千斤頂動力儲備和鋼絞線的安全系數(shù)均達(dá)到了施工的要求。

2.3.3 摩阻系數(shù)

摩擦系數(shù)按下式測算：μ=3M/2RG

其中M 為力矩，G 為轉(zhuǎn)臺總重量；設(shè)計靜摩擦系數(shù)為0.1，動摩擦系數(shù)為0.06，若測出的摩擦系數(shù)較設(shè)計出入較大，分析原因，找出處理辦法并處理。

2.3.4 四氟滑動片應(yīng)力檢算

支座反力為：210000kN。

改性超高分子量聚乙烯滑動板應(yīng)力檢算：

支座反力為：210000kN，每個支座布置三圈改性超高板，第一圈內(nèi)徑φ440mm，外徑φ1700mm，第二圈內(nèi)徑φ1800mm，外徑φ3000mm，第三圈內(nèi)徑φ3100mm，外徑φ4300mm，總面積13615976.7mm2。該改性超高板允許設(shè)計壓力為45MPa，平均應(yīng)力=210000000/13615976.7=15.4MPa，安全系數(shù)：45/15.4=2.9。經(jīng)檢算，改性超高分子量聚乙烯板的抗壓強度滿足轉(zhuǎn)體要求。

2.3.5 同步性的保障

轉(zhuǎn)體系統(tǒng)采用已調(diào)到規(guī)范要求的可調(diào)柱塞泵頭。因施工現(xiàn)場環(huán)境的差異，摩擦系數(shù)有所不同，在轉(zhuǎn)體過程中，改變泵頭流量調(diào)整轉(zhuǎn)體速度，使轉(zhuǎn)體速度達(dá)到規(guī)范要求。

2.4 轉(zhuǎn)體時間的計算

按規(guī)范允許的最大轉(zhuǎn)體速度0.02rad/min 即大約1.15°/min 計算，轉(zhuǎn)體角度61.7°（含試轉(zhuǎn)角度），則轉(zhuǎn)體時間t=56/1.15=48.7min。即理論轉(zhuǎn)體時間約為60min。以最大的轉(zhuǎn)體角速度計算，牽引速度v1=ωr1=0.02×4.75=0.095m/min=5.7m/h。當(dāng)牽引速度達(dá)5.7m/h 時，速度為v2=ωr2=0.02×62=1.24m/min。滿足規(guī)范“橋體懸臂端線速度不大于1.5m/min”的要求。

轉(zhuǎn)體前提前做好準(zhǔn)備工作，不占用時間，其它工序所需時間如下：

①接觸網(wǎng)斷電時間：15min；

②轉(zhuǎn)體到位時間：60min；

③精調(diào)時間15min；

④接觸網(wǎng)通電、消點時間：15min

總計時間：15+60+15+15=105min

2.5 主要設(shè)備

采用ZLD 智能連續(xù)頂推（轉(zhuǎn)體）系統(tǒng)，其由連續(xù)頂、液壓泵站、控制系統(tǒng)等組成。本系統(tǒng)的泵站采用變頻調(diào)速控制流量技術(shù)，可實現(xiàn)無級調(diào)速。系統(tǒng)采用位移傳感器無線傳輸系統(tǒng)做伸長位移采集，精度可達(dá)0.1mm，與泵站油泵變頻系統(tǒng)組成閉環(huán)控制，達(dá)到精準(zhǔn)同步，實現(xiàn)壓力、位移同步雙重控制。

3 轉(zhuǎn)體關(guān)鍵技術(shù)

3.1 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)安裝

轉(zhuǎn)體系統(tǒng)由下轉(zhuǎn)盤、球鉸、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)組成。轉(zhuǎn)體系統(tǒng)在下承臺施工時完成。（圖3）

圖3 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)示意圖

3.2 安裝稱重墩千斤頂并受力

T 構(gòu)是完全自平衡體系，必須確保橫、順橋向?qū)D(zhuǎn)盤中心的力矩平衡，在轉(zhuǎn)體前要進(jìn)行稱重進(jìn)行驗證，如轉(zhuǎn)體不平衡，則采用在梁面配重調(diào)整平衡。

3.3 箱梁質(zhì)量驗收及缺陷整修

轉(zhuǎn)體前，對整個箱梁再一次進(jìn)行全面質(zhì)量檢查，對箱梁結(jié)構(gòu)外觀、尺寸、預(yù)應(yīng)力張拉及壓漿情況等進(jìn)行全面檢查驗收，對存在缺陷的部位及時進(jìn)行修補。

3.4 施加理論配重荷載

為保證T 構(gòu)轉(zhuǎn)體時平衡穩(wěn)定，現(xiàn)澆梁在澆筑過程中應(yīng)記錄澆筑方量和重量，根據(jù)已完成的結(jié)構(gòu)狀況提供理論配重量，實施配重。理論配重荷載施加前不允許拆除撐腳下抄墊及砂箱。

3.5 拆除撐腳與滑道間墊層并清理雜物

理論配重荷載施加完成后，拆除撐腳與滑道間墊層并清理雜物，使撐腳脫空，先拆除撐腳下抄墊外框，外框拆除后，采用高壓水將砂沖洗干凈，避免影響滑道摩阻力。拆除時注意對稱進(jìn)行拆除、使撐腳均衡受力。

3.6 鋪設(shè)撐腳下聚四氟乙烯板

撐腳與滑道間墊層拆除后，鋪設(shè)撐腳下聚四氟乙烯板，主墩轉(zhuǎn)盤撐腳與滑道之間的聚四氟乙烯板按滿鋪配置材料并切割為32 塊，每個撐腳下鋪設(shè)四塊。

3.7 拆除砂箱

對稱拆除上下轉(zhuǎn)盤間砂箱，打開出砂孔，人工掏砂或采用水槍沖洗，砂箱拆除后，采用4 臺200t 千斤頂將上下轉(zhuǎn)盤和鋼楔快將撐腳頂住。

3.8 安裝撐腳下鋼楔塊

采用鋼楔塊在撐腳下前后左右鍥入4 塊鋼楔塊進(jìn)行抄墊固定；主墩轉(zhuǎn)盤撐腳共配備鋼楔塊40 塊，每個撐腳4塊（共32 塊），轉(zhuǎn)盤備用8 塊，最小厚度不大于5mm。

3.9 靜置

轉(zhuǎn)體段支架拆除前對各觀測點進(jìn)行觀測并作為原始記錄，若有異常，立即對結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，并進(jìn)行復(fù)測。

3.10 清理打磨滑道

撐腳及砂箱拆除后，在試轉(zhuǎn)前，采用鋼刷或打磨機對滑道進(jìn)行打磨，除去滑道面銹蝕，確?；烂婀饣?，減少滑道摩阻力。

3.11 稱重

轉(zhuǎn)體施工前采用千斤頂、傳感器等設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)動體稱重試驗。

3.12 配重

在梁體第4 段現(xiàn)澆梁端4 米處，梁頂部預(yù)埋“馬鐙筋”固定配重塊，配重塊底部用鋼板墊平。

3.13 復(fù)稱

按監(jiān)控指令進(jìn)行配重后，進(jìn)行復(fù)稱，若復(fù)稱結(jié)構(gòu)反映結(jié)構(gòu)重心不符合要求，必要時由監(jiān)控單位根據(jù)復(fù)稱結(jié)構(gòu)重新調(diào)整配重；最終使梁體平衡且無偏心。

3.14 鎖定轉(zhuǎn)體體系

配重完成后，需立即鎖定轉(zhuǎn)體體系，采用4 臺400t 千斤頂將上下轉(zhuǎn)盤抄死；同時采用鋼楔塊在撐腳下前后左右鍥入4 塊鋼楔塊進(jìn)行固定。

3.15 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)設(shè)備安裝及調(diào)試

轉(zhuǎn)體系統(tǒng)由2 臺ZLD450 連續(xù)千斤頂、2 臺ZLDB 液壓泵站和1 臺ZLDK 主控臺通過高壓油管和電纜線連接組成1 套轉(zhuǎn)體動力系統(tǒng)。每套連續(xù)牽引系統(tǒng)公稱牽引力3500kN，額定油壓31.5MPa，由前后兩臺油缸串聯(lián)組成，每臺油缸前端均配有錨具鎖緊裝置，安裝完成后按照規(guī)范及測定數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)試。

3.16 試轉(zhuǎn)

轉(zhuǎn)體試運行將平行于鐵路的主橋旋轉(zhuǎn)至鐵路安全限界邊界，主要作用是檢測理論牽引力的準(zhǔn)確性，以供轉(zhuǎn)體初步到位后，為進(jìn)行精確定位提供操作依據(jù)。

3.17 正式轉(zhuǎn)體

①正式轉(zhuǎn)體前的準(zhǔn)備檢查。人員、機械、材料到位；體系平衡調(diào)整；靜置后，確認(rèn)其是否處于平衡狀態(tài)；轉(zhuǎn)體時的氣象條件；轉(zhuǎn)體范圍內(nèi)所有雜物清理等。

②正式轉(zhuǎn)體。

3.18 約束鎖定及封盤施工

在撐腳底面與滑道頂面預(yù)埋鋼板縫隙間進(jìn)行抄墊固定，同時在撐腳沿環(huán)道方向兩側(cè)采用型鋼加固，保證精確就位的結(jié)構(gòu)不致發(fā)生輕微偏移。立即進(jìn)行封盤混凝土澆筑施工，以最短的時間完成轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)固結(jié)。

3.19 轉(zhuǎn)體過程控制測量

①測點布置見圖4。

圖4 測點布置

②觀測及記錄階段。

第1 階段：在T 構(gòu)張拉后、落架前。

第2 階段：落架完成后。

第3 階段：試轉(zhuǎn)前為原始值；試轉(zhuǎn)完成2h 后進(jìn)行對比。

第4 階段：轉(zhuǎn)體過程中對平衡性、軸線等進(jìn)行觀測。

第5 階段：轉(zhuǎn)體完成后靜止24 小時。

3.20 合攏段現(xiàn)澆施工

轉(zhuǎn)體后澆段長度為2.92m，在轉(zhuǎn)體前，先搭設(shè)后澆段現(xiàn)澆支架，梁底下支架比梁底低2m 以上，避免影響梁體轉(zhuǎn)體，同時兼做轉(zhuǎn)體監(jiān)控人員的作業(yè)平臺。T 構(gòu)轉(zhuǎn)體到位后，澆筑直線段混凝土，并及時壓漿封錨。

4 結(jié)論

麻安高速公路立交工程采用平轉(zhuǎn)施工，雖加大了橋梁一定的施工難度，但降低了對運營鐵路的干擾，且轉(zhuǎn)體段施工采用支架現(xiàn)澆法施工，縮短了橋梁工期。由此可見，跨線橋梁轉(zhuǎn)體施工有很顯著的工期和經(jīng)濟效益，值得進(jìn)一步推廣。