連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工關(guān)鍵技術(shù)研究

馮揚(yáng)芃

（中鐵二十五局集團(tuán)第一工程有限公司，廣東 廣州 510080）

湘桂鐵路東外環(huán)特大橋作為全國首座轉(zhuǎn)體施工試驗(yàn)項(xiàng)目，對施工的要求是精益求精。尤其是轉(zhuǎn)體期間施工是橋梁建設(shè)中重要的施工環(huán)節(jié)之一，它涉及橋梁的旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)向等關(guān)鍵操作，對于保證施工安全和橋梁質(zhì)量具有重要意義。本文將介紹橋梁轉(zhuǎn)體施工的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)施步驟。

1 工程概況

湘桂鐵路改造建設(shè)過程中需要跨過武廣高速鐵路，因此在與武廣高鐵交叉處建設(shè)跨武廣東外環(huán)特大橋，其相交上跨部分為（40+64+40）m 預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁。武廣高速鐵路是中國第一條真正時速350 公里的高鐵，日開行列車多達(dá)170～200 對，是我國南北向高鐵大動脈之一。為保證武廣高速鐵路的正常運(yùn)營，決定采取在高鐵兩側(cè)現(xiàn)澆樁基、承臺、橋墩和部分梁段，然后利用“天窗”時間實(shí)施平轉(zhuǎn)對中合攏的轉(zhuǎn)體施工方案，最后對平行合攏的梁段進(jìn)行現(xiàn)澆。

2 旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)施工

旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)是指實(shí)施平轉(zhuǎn)對中合攏施工能夠旋轉(zhuǎn)的部分，其中包括上下承臺、球鉸、支撐腿、橋墩和懸臂主梁等，其他不能旋轉(zhuǎn)的部件，在可旋轉(zhuǎn)部件(包括下軸承平臺和基礎(chǔ)部件)的旋轉(zhuǎn)過程中提供垂直支承力和抗傾覆力。

2.1 下球鉸安裝

旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)所用的設(shè)備由專業(yè)的制造商加工制作，并架運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，進(jìn)行安裝、檢查以及調(diào)試，該裝置主要由骨架、球面板、摩擦片、套筒等組成，摩擦片填充有特殊的特氟龍滑片，并設(shè)置在上球面板之間。

下轉(zhuǎn)盤混凝土首次澆筑時，先用全站儀標(biāo)識出預(yù)埋位置及設(shè)計(jì)高程，然后加工預(yù)埋鋼筋并將其定位。定位后，在安裝定位框架之前，首先將調(diào)平墊設(shè)置在定位框架底部的相應(yīng)嵌入位置，每個墊圈的頂表面的高度差以1mm 均勻控制，精確控制和調(diào)整墊片的頂面標(biāo)高。與此同時，定位鋼銷被安裝，并定位框架與定位鋼銷和在安裝的同時牢固地焊接。

下轉(zhuǎn)盤球節(jié)主要由地腳螺栓和下轉(zhuǎn)盤球節(jié)調(diào)節(jié)螺栓組成?，F(xiàn)場安裝接頭主要通過螺栓連接，其他部件由制造商組裝。使用固定調(diào)整框架和調(diào)整螺栓懸掛下球節(jié)，調(diào)整到中心位置，然后調(diào)整螺釘調(diào)整高度。完成精確定位和調(diào)整后，再次檢查。安裝時還需要檢查整個旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)水平高度以及轉(zhuǎn)盤中心高度是否滿足要求，并控制其平直度。全站儀檢測中心位置，通過千斤頂調(diào)整高程，同時多點(diǎn)復(fù)測。安裝沿橋時確保其實(shí)際安裝位置與預(yù)期位置偏差不超過1mm，同時將下球節(jié)相對高度控制在1mm 范圍內(nèi)。在施工項(xiàng)目中，下球節(jié)的安裝精度（不超過0.5mm）在可調(diào)范圍內(nèi)得到改善。完成以上工作后，通過擰緊調(diào)整螺栓將槽鋼固定在下球節(jié)和定位架之間[1]。

2.2 滑道安裝

施工過程中通過全站儀來為滑道精準(zhǔn)定位，并按照要求布置其框架?；腊惭b可以分段拼裝，滑道調(diào)整固定后，安裝旋轉(zhuǎn)體過程中，可以通過在滑道內(nèi)移動支撐腿來確保梁體上部處于平整狀態(tài)。在安裝過程中，滑塊的頂部表面比下部轉(zhuǎn)盤混凝土的頂部表面高1cm，同時多點(diǎn)復(fù)測，使整滑道表面處于同一水平面。

2.3 上球絞安裝

安裝之前對上下球鉸進(jìn)行清理，確保球鉸球窩接觸面處沒有其他雜質(zhì)，將中心銷襯套和中心銷均勻地涂地黃油聚四氟乙烯粉末，然后將銷釘放入襯套中，以調(diào)整銷和銷襯套之間的垂直度和間隙。然后，將聚四氟乙烯滑動片片安裝在下球形擴(kuò)孔球面上，并將滑動件安裝在同一球面上，并用鋼尺重復(fù)測量。重新測試后，將黃油聚四氟乙烯粉末施加到球體上并稍微高于滑塊的頂部表面。最后，上部球鉸鏈放置在中心銷中，然后使用反向鏈條微調(diào)上球節(jié)的位置，使其與外圈鉸鏈外圈間隙水平和垂直。在安裝和檢查球窩接頭后，上下球窩接縫用聚乙烯塑料薄膜緊緊包裹，以確保任何物體未進(jìn)入摩擦面。

2.4 支撐腿安裝

在滑道位置上共設(shè)有6 對鋼鑄的支撐腿，由制造商制造并運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場，混凝土澆筑到下轉(zhuǎn)盤中，安裝上部球形接頭，并在澆筑混凝土后安裝支撐腿。

2.5 牽引鋼絞線預(yù)埋

安裝上層底部加固件后，安裝三組定位牽引電纜，牽引電纜由三根φ15.2 鋼絞線連接。在混凝土中，牽引纜索的預(yù)埋端由錨固定，鋼絞線的平面位置和高度由底部加強(qiáng)件的固定確定，并使得兩個錨固端相對直線對稱。每根電纜的預(yù)埋高度和牽引方向是相同的，每根電纜預(yù)先嵌入長度大于6m。在施工期間，牽引電纜中心預(yù)留了半圓形凹槽。牽引電纜的外部泄漏部分圍繞轉(zhuǎn)盤，并且在沒有干涉的情況下放置在預(yù)嵌入的肋上，并采取保護(hù)措施確保鋼絞線不會在后續(xù)施工中受到損壞。

3 轉(zhuǎn)體關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算

3.1 牽引力計(jì)算

牽引力與旋轉(zhuǎn)體本身結(jié)構(gòu)和尺寸有關(guān)，可以根據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)直接計(jì)算。參照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范JTGT F50-2011》中有關(guān)旋轉(zhuǎn)體牽引力規(guī)定，可由下式來計(jì)算旋轉(zhuǎn)體牽引力：

式中：

T——牽引力，kN。

f——摩擦系數(shù)，本文在計(jì)算過程中分別取靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)為0.1 和0.06。

G——轉(zhuǎn)體總重力，取17550kN。

R——球鉸半徑，本文中取1.5m。

D——牽引臂（轉(zhuǎn)盤半徑），D=9.4m。

代入相關(guān)數(shù)據(jù)得到：

3.2 牽引索安全系數(shù)

本文牽引索選取的鋼絞線相關(guān)安全參數(shù)如下：標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fytp=1860MPa；直徑φ15.2-3；單根橫截面面積A=140mm2；在控制應(yīng)力下鋼絞線下fk=0.75fytp=0.75×1860=1395MPa。

單組鋼絞線允許的最大應(yīng)力計(jì)算公式為：

代入相關(guān)參數(shù)計(jì)算得：

則牽引索安全系數(shù)：

因此可以判斷本文選取的牽引索安全系數(shù)符合要求[2]。

3.3 慣性制動距離計(jì)算

為確保旋轉(zhuǎn)單元的安全性，連續(xù)千斤頂在拖動鋼絞線時將速度控制在V1=0.07m/min，此時梁開始轉(zhuǎn)動，梁端的旋轉(zhuǎn)速度大約為V2=0.35m/min，因此可以計(jì)算其動能為：

轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)是的摩擦力矩：

設(shè)在摩擦力矩作用下，制動所需轉(zhuǎn)過的角度為α，則制動過程摩擦力矩做功：

則梁端的慣性制動距離為：

4 轉(zhuǎn)體施工

4.1 試轉(zhuǎn)體

利用天窗之前合適的時間完成試轉(zhuǎn)體施工，避免占用天窗時間。記錄梁體初始時刻參數(shù)值后，開始逐漸加載直到梁體開始正常旋轉(zhuǎn)，并使在其大約旋轉(zhuǎn)2°后停止加載。

通過試轉(zhuǎn)體要收集梁體實(shí)際旋轉(zhuǎn)油表讀數(shù)和慣性制動距離等關(guān)鍵參數(shù)。

4.2 正式轉(zhuǎn)體

在“天窗”即將到來時，各作業(yè)班組需要完成所有準(zhǔn)備工作，并按照預(yù)定施工要求準(zhǔn)備開始正式轉(zhuǎn)體工作作業(yè)。

同時按下兩副主控臺“啟動”按扭，開始逐漸加載，當(dāng)主控臺位移數(shù)據(jù)開始發(fā)生變化時，記錄下此時系統(tǒng)的靜摩阻力，同時對梁端進(jìn)行測量，梁體將開始逐漸旋轉(zhuǎn)。經(jīng)過一段時間后，整個梁體將以一定速度勻速旋轉(zhuǎn)，此時指揮人員需要根據(jù)實(shí)時測量數(shù)據(jù)和主控臺顯示數(shù)據(jù)來判斷梁體實(shí)際情況，并按照操作規(guī)程指揮相應(yīng)操作人員進(jìn)行作業(yè)，確保整個梁體旋轉(zhuǎn)的時間/位移滿足設(shè)計(jì)要求。操作過程中主要通過控制牽引速度來保證梁體旋轉(zhuǎn)實(shí)際時間/位移數(shù)據(jù)和預(yù)期基本保持一致。如果旋轉(zhuǎn)過程中位移、速度等超出預(yù)期，需要及時進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)梁體運(yùn)動到距離預(yù)期位置1m 左右時，開始降低牽引速度。當(dāng)位置只有0.5m 時，開始制動。在兩“T”中心線相差9cm 時，停止加壓油泵，梁體將逐漸減速直至靜止?fàn)顟B(tài)。此時通過測量軸線長度、標(biāo)高等來確認(rèn)橋梁狀態(tài)和位置信息。如有必要，即進(jìn)入橋梁姿態(tài)調(diào)節(jié)階段。在調(diào)整橋梁姿態(tài)時，為防止梁體發(fā)生滑移或者超轉(zhuǎn)，需要再次點(diǎn)動控制梁體狀態(tài)。

4.3 精確定位及鎖定

轉(zhuǎn)體到達(dá)指定位置后，通過調(diào)整軸線兩側(cè)的千斤頂來調(diào)整橋梁姿態(tài)，確保梁端標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求。在水準(zhǔn)儀的微調(diào)中，它用于對縱橫橋向進(jìn)行測量，在利橋梁軸線由全站儀檢測。經(jīng)過測量確定橋梁位置和姿態(tài)符合要求后，立即固定支撐腿，并抄死助推反力墩墩頂與梁底，這樣整個梁體將被固定而不會因外力作用發(fā)生位置偏移。完成以上工作后，多次測量梁體軸線，如果發(fā)現(xiàn)軸線偏離預(yù)定位置，可以通過連續(xù)頂系統(tǒng)和頂推千斤頂來調(diào)整梁體軸線位置。

4.4 固定上下轉(zhuǎn)盤位置

完成梁體轉(zhuǎn)體工作后，開始固定轉(zhuǎn)盤施工作業(yè)。將上轉(zhuǎn)盤、下轉(zhuǎn)盤焊接到鋼筋的預(yù)留垂直位置，C60 微膨脹預(yù)拌混凝土放置在梁支撐模具的外側(cè)。預(yù)埋的灌漿管位于上轉(zhuǎn)盤的界面處。在通過灌漿方法填充密封混凝土的凝固之后，在混凝土收縮間隙之后，將混凝土放置在上下轉(zhuǎn)盤上。它們之間沒有差距。輪換后，將永久支撐件推入到位（對于上推軸承，鋼墊設(shè)置在支架上，不銹鋼滑塊放置在塊上；25 塊厚的MGE 滑塊用于巖石頂部），并暫時支持。拆下支撐下座板下方的MGE 滑塊，將梁向下提升到設(shè)計(jì)高度，鎖定，擰緊上下支撐板螺栓，并注入高強(qiáng)度支撐砂漿墊。插孔已卸下，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。拆下球形接頭定位銷，在鋼制外殼周圍安裝橡膠，然后拆下中間墩側(cè)支架[3]。

5 關(guān)鍵控制點(diǎn)

5.1 試轉(zhuǎn)前準(zhǔn)備工作

試轉(zhuǎn)前準(zhǔn)備工作包括：

1.檢查轉(zhuǎn)體時所需的檢測設(shè)備，例如：游標(biāo)卡尺等精密尺寸測量儀器以及提供轉(zhuǎn)體牽引力的預(yù)應(yīng)力液壓電動油泵（油泵由試驗(yàn)室校準(zhǔn)后使用）。

2.清理支撐腿和滑道周邊碎屑等雜物，將四氟乙烯板放在支撐腿及滑道上，然后涂上黃油四氟乙烯以減少摩擦。

3.安裝千斤頂時，需要確保兩個千斤頂位于同一平面內(nèi)，并對稱地分布于轉(zhuǎn)盤兩側(cè)。預(yù)埋的牽引索需要與預(yù)應(yīng)力液壓電動油泵相連。

4.由于天氣因素會對轉(zhuǎn)體施工帶來較大影響，因此必須選擇天氣良好的時候進(jìn)行施工作業(yè)[4]。

5.2 結(jié)構(gòu)平衡、安全的施工措施

5.2.1 下球鉸混凝土的密實(shí)度

澆筑混凝土?xí)r，為確?；炷翝仓|(zhì)量，需要嚴(yán)格控制振動深度和次數(shù)。使用振動桿在球鉸鏈周圍傾斜插入，使石頭底部處于振動沉積物中，為了確保球窩的底部與混凝土緊密連接，球窩接頭的底面與混凝土緊密連接，沒有空隙，從而提高混凝土的致密性和澆筑質(zhì)量。

5.2.2 控制滑槽間隙

在安裝階段，鞋底和滑塊之間的間隙應(yīng)控制在15mm～25mm 之間；在轉(zhuǎn)體過程中，為避免產(chǎn)生較大阻力，應(yīng)使得支撐梁與滑塊之間存在一定間隙，間隙值控制在3mm～5mm 范圍內(nèi)[5]。

5.2.3 力偶形成的措施

在旋轉(zhuǎn)過程中，為防止產(chǎn)生額外力矩，應(yīng)確保加載的力作用在同一水平面上，并且使得牽引索在延伸過程中緩慢地纏繞在轉(zhuǎn)盤上。

6 總結(jié)

我國鐵路項(xiàng)目的快速建設(shè)和發(fā)展，使橋梁結(jié)構(gòu)越來越多地應(yīng)用于大型河流等障礙，尤其是在建設(shè)高速鐵路過程中，橋梁的作用越發(fā)明顯。許多橋梁項(xiàng)目需要穿越現(xiàn)有高速鐵路等，給施工帶來較大難度，同時，在施工過程中容易引發(fā)安全事故。如何解決橋梁跨越其他鐵路干線問題已經(jīng)成為其建設(shè)的難點(diǎn)問題。因此，研究旋轉(zhuǎn)橋梁施工技術(shù)有利于促進(jìn)我國橋梁建設(shè)和高速鐵路建設(shè)，對推動社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有積極意義。