無錫地鐵二號線跨滬寧高速橋關鍵點設計

摘要：無錫地鐵二號線跨滬寧高速節點橋，為80+138+80m預應力混凝土連續梁橋，根據可查的文獻為目前鐵路上最大跨徑的混凝土連續梁結構。采用先懸臂澆筑后水平轉體的施工方法，也是據可查文獻首次將這兩種施工方法相結合的橋梁。本橋具有跨度大、橋面窄、施工復雜的特點。本文主要總結分析該橋從方案設計至施工圖設計中的難點、關鍵點，包括方案的選擇、橋梁的上部構造、轉體系統的構造、轉體系統的計算、施工中臨時固結措施、橋梁結構受力優化等。

關鍵詞：地鐵;預應力連續梁;懸臂澆筑與轉體;轉體系統;臨時固結

1概況

地鐵2號線在滬寧高速附近沿錫滬路走向，在樁號YSK17+414～YSK17+712范圍橫跨滬寧高速公路橋梁，與滬寧高速橋相交約70⁰，受多方面因素影響，地鐵橋梁跨徑為80+138+80m，橋寬9.3m。施工采用先懸臂澆筑再水平轉體。滬寧高速橋在此處為跨徑3x20m的簡支梁，橋寬62m，采用樁基礎。橋梁所處位置圖如下圖1所示。

2橋型方案選擇

如下圖所示，原錫滬路為機非車道+車行道+機非車道的三塊板形式（無中分帶），現建設地鐵后錫滬路中央設置分隔帶，而滬寧高速下受現有道路寬度限制，不能設置綠化帶。因而為滿足交通組織的要求，采取兩種方案：方案一是門式墩方案，即主跨支在門式墩上，門式墩和邊墩之間進行有分隔帶到沒分隔帶的道路渠化（圖2）;方案二是采用大跨度方案，一跨跨過滬寧高速和道路渠化段（圖1）;

圖1" 地鐵橋梁平面圖（大跨度方案）

門式墩方案

對于門式墩方案，由于門式墩跨度大（約20m）及滬寧高速上方不得設置支架的要求，為盡量減少梁體重量，需采用鋼結構主梁，及采用頂推施工的方法;經過多次專家論證，考慮到門式墩影響景觀、鋼結構噪聲較大、后期養護量大、頂推施工對滬寧影響時間長等因素，不采用門式墩方案。

對于大跨度方案，設計考慮采用了三種方案：一、175m無推力自錨式拱，由于受到線路標高影響，拱矢高較小，受力不利;二、138m拱梁體系，梁結構采用轉體到位后施工拱，但是如果拱設置于梁梁端則下部結構較大，沒有空間;如果拱設置于梁中心，則需要改變線路平面，且拱施工時候對滬寧交通也有一定影響;故不予采用;三、即推薦方案采用138m的連續梁結構。橋梁立面布置圖如圖3所示

圖3" 橋梁立面圖

3施工方法的選擇

本橋跨越的滬寧高速是G2京滬線和G42滬寧線的并行段且處于無錫東出口附近，高速公路斷面寬，交通量大，根據高速管理部門要求，為了保障高速公路的通行安全，此處必須采用轉體施工。

按照常規轉體施工方法，本可在平行于高速公路方向搭支架現澆后，再進行轉體。但是由于在轉體前施工場地限制，現澆梁體的空間受限，所以最后決定轉體前采用懸臂澆筑的施工方法。根據可查的文獻，這是首次將懸臂澆筑和轉體施工相結合的施工方法。

4 上部結構

本橋采用80+138+80三跨一聯預應力混凝土直腹板變截面連續箱梁，梁頂寬9.3m，梁底寬6.8m。跨中腹板凈距5.9m，懸臂長1.25m。支點截面梁高8.6m，跨中截面梁高3.4m。箱梁梁高按1.8次拋物線變化，梁高曲線方程為：H=3.4+（5.2/661.8）x^1.8（單位：m）。

箱梁頂板厚度30cm，沿全橋一致。懸臂澆筑段底板厚度從跨中截面的30cm到支點截面的110cm，按1.8次拋物線變化，底板厚度由30cm按1.8次拋物線變厚至1.1m。邊跨現澆段3.5m范圍內箱梁底板厚由30cm變化為60cm，其間按直線變化，其余均為30cm。

腹板厚度從跨中截面的45cm按直線變化到支點截面的80cm，合攏段箱梁腹板厚度為45cm。

箱梁懸臂板端部厚度為18cm，根部厚度為65cm。

圖4" 1/2 墩頂截面" 1/2跨中截面

箱梁內在墩頂及中跨跨中設置橫隔板，邊跨端部橫隔板寬1.5m，中墩橫隔板寬3.0m，中垮跨中及9（9’）塊設置橫隔板，橫隔板寬0.5m。為滿足施工和管理需要，在每道橫隔板均設置了人孔，在中墩頂也設置了人孔。為保持箱內通風干燥，在箱梁腹板和底板上均留有通風孔和排水孔。

主梁采用懸臂澆筑方法施工，共分17個節段，一般梁節段長度為3m、4m。

上部結構縱向按全預應力設計。箱梁截面橫向鋼筋與腹板箍筋都為受力鋼筋。豎向設置豎向預應力。

上部主要計算指標如下圖所示：

80+138+80m連續梁主要計算成果表

5下部結構及轉體系統

5.1下部基礎

本橋由于一個主墩承臺附近有一根高壓石油管線，為避讓管線，一個主墩承臺（B18墩）相對于正常布置的B19主墩承臺轉了90度，為保證縱向水平剛度，將固定支座設在B19墩。

本橋主墩橫斷面如下圖所示，由于道路中分帶及道路渠化的限制，墩底橫向尺寸3.5m，墩頂布置支座的需要（支座間距6.2m），墩頂橫向尺寸8.4m，如此大跨徑的結構，采用此墩構造受力較為不利，因此在墩頂橫向加了預應力。同時對墩頂進行有限元計算，分析懸臂澆筑階段各工況下，墩的受力情況，保證墩處于安全狀態。

圖5" 主墩構造圖

5.2轉體構造

轉動支承系統是平轉法施工的關鍵設備，由上轉盤和下轉盤構成。上轉盤支承轉動結構，下轉盤與基礎相聯。通過上轉盤相對于下轉盤轉動，達到轉體目的。轉動支承系統必須兼顧轉體、承重及平衡等多種功能

轉體結構由下轉盤、球鉸、上轉盤、轉體牽引系統、助推系統、止動系統組成。

下轉盤是轉體重要支撐結構，布置有轉體系統的下球鉸、撐腳的環形滑道、轉體牽引系統的反力座，助推系統、止動系統等。B18墩下轉盤長14.8m，寬10.5m，高4m，B19墩下轉盤長14.5m，寬10.5m，高4m。下轉盤布置有縱、橫向預應力鋼筋、上下層普通鋼筋網。

上轉盤半徑10.2m，高度2.3m，上、下轉盤間距0.8m。上轉盤布置有縱、橫、豎向預應力鋼筋、上下層普通鋼筋網。

上轉盤撐腳為轉體時保持轉體結構平穩的保險腿。從保持轉體結構的穩定性和方便施工出發，在上轉盤周圍對稱布置6個撐腳。在撐腳的下方（即下盤頂面）設有1.1m寬的滑道，滑道中心半徑4.1m，轉體時保險撐腳可在滑道內滑動，以保持轉體結構平穩。每個上轉盤設有6個撐腳，每個撐腳為雙圓柱形，下設24mm厚鋼走板。雙圓柱為兩個Φ700mm×20mm的鋼管，撐腳鋼管內灌注C50微膨脹混凝土。

牽引索采用12- 15.2鋼絞線，在上轉盤內錨固端采用P錨，牽引索在上轉盤纏繞90度后，以半徑R=450cm切入上轉盤1/4圓進行埋設。

為保證平轉過程的連續性，轉體啟動時采用鋼絞線牽引與千斤頂頂推相結合方式對上轉盤施加力矩，啟動后采用鋼絞線連續牽引方式;牽引反力座在轉體啟動時，兼做千斤頂頂推反力座。在轉體止動擋塊前設置木板墊塊，并預留千斤頂空間，以便準確調整梁體位置。

上下轉盤預留鋼筋，轉體完成后將上下轉盤間灌注混凝土，使轉盤連為一體。

a）轉盤立面圖""""" """""""""""""""b）轉盤側面圖

C）轉體前平面圖""""""" """"""""""""""d）轉體后平面圖

圖6" 轉體構造圖

本橋轉動體系采用鋼球鉸，鋼球鉸是目前大噸位轉體采用的球鉸結構，其摩擦小、支座方便、精度高、自動向心減小偏心彎矩等優點。球鉸分上下兩片。球體半徑R6000mm，球面直徑Φ3000mm，采用廠家成套產品。球鉸是轉動體系的核心，它是轉體施工的關鍵結構。

5.3轉體系統計算簡介

轉體系統的計算內容有：

1）牽引力計算。

2）球鉸混凝土承壓面計算

3）撐腳計算

4）上轉盤計算

5）下轉盤計算

6）上下轉盤連成整體后，成橋節段承臺計算。

以上3）、4）、5）內容計算均牽涉到不平衡彎矩的計算，由于本橋轉體前是懸臂澆筑因而其不平衡彎矩計算大大高于一般的轉體施工。關于此計算并無同一規范要求，一般包括墩兩側混凝土重量差異、墩兩側節段不平衡澆筑、掛籃不平衡移動、齒板不對稱、施工機具擺放不對稱、其他施工活載的不對稱等。

對于上轉盤的計算應考慮不同撐腳受力時，上轉盤均能滿足受力要求，因而配置的受力鋼筋或預應力鋼筋是雙向的。

對于下轉盤按照上部結構通過球鉸球冠將力傳給下轉盤，按照規范承臺計算模式進行計算。

另外上下轉盤的計算還要考慮施工階段6個撐腳與下轉盤卡死，其均勻受力，而球鉸由于四氟片的有壓縮性，導致上轉盤為四周支撐，上部結構作用于轉盤中間的工況。

鑒于篇幅，轉體系統的計算不一一列出。

6.施工期間臨時固結措施設計

對于結構在施工階段的穩定性，本橋跟單獨的懸臂澆筑及轉體施工不同，其在施工階段主要存在2個不穩定點：一個是球鉸之間的上下轉盤之間有較小的相對轉動，由于懸臂施工時間長和對標高控制的要求，這在懸臂澆筑階段需要消除，保證結構的穩定性（轉體階段施工時間短，輕微轉動對結構影響不大）;二是跟一般的懸臂澆筑一樣墩梁之間的連接。設計在懸臂施工階段和轉體施工階段針對這2個點采取多重穩定措施：

（1）在懸臂施工階段：轉動球鉸上下轉盤通過鋼板將6個保險撐與下裝盤卡死，防止橋墩的輕微的轉動發生（如下圖1所示），并在上下轉盤的封錨鋼筋進行了臨時焊接;墩梁間設置混凝土臨時支座，并張拉預應力拉桿，保證在施工階段各不利工況下梁體不傾覆（如下圖2所示）;另外在主墩2側設置4根鋼管混凝土立柱，作為保證梁體穩定的附加措施，進一步提高梁體的穩定。（如下圖3所示）;

圖1" 轉體球鉸臨時固定措施

圖2" 墩梁臨時固結措施

圖3" 墩旁支架

（2）在轉體施工階段：為了轉體進行，將墩旁支架拆除，墩梁固結主要靠臨時支座及預應力拉桿完成，雖然比懸臂階段少了墩旁支架這樣一個安全措施，但是轉體時候梁體的不平衡彎矩遠小于懸臂階段（不平衡澆筑、施工機械偏載等均以消除），其抗傾覆系數滿足規范要求（在沒有墩旁支架工況下，在懸臂節段設計傾覆安全系數不小于2）。為保證轉體的進行，將上下轉盤間的鋼板抽出，進行轉體，轉體緩慢進行，如前所述轉體時間短，保險撐和下轉盤間細小間隙引起的轉動很小，對結構基本沒有影響，在極端情況下整個橋墩向一邊傾覆也有直徑10m的保險撐支撐，在設計轉盤和撐腳時計算均能滿足。

7 結構受力優化

本橋跨度大，而且橋面窄（僅9.3m寬），橋梁寬跨小于常規橋梁。為增大橫向剛度，增加橋梁底板寬度為6.8m。經計算橫向頻率及橫向撓度均滿足規范要求。

為減小后期撓度對軌道影響，調整預應力線形，使工后徐變降為最小。同時適當加大中墩頂梁高，降低中墩處底板應力水平，增加整體剛度，有效控制后期下撓。

為適應橋下渠化要求，主墩橫向寬度僅為3.5m，而主墩布置支座要求，墩上部寬度達到8.4m，為滿足墩頂受力要求，墩頂設置預應力。

上下轉盤受力除考慮正常受力外，考慮極端情況下（掛藍掉落、階段滯后澆筑等），轉盤受彎、保險撐受力等工況。

下部結構進行抗震計算，墩按照延性構構件計算;調整墩的配筋和樁間距，使靜力計算和抗地震計算的樁長基本相當，達到節約材料的目的。

8. 結語

無錫地鐵二號線跨滬寧高速節點橋受各方面因素制約較多，在跨徑、橋寬跨比、橋梁施工方法、橋梁墩形、基礎布置等方面都不同于一般結構的橋梁，在設計中均有一定的難度和突破。本橋針對以上難點及設計時多方面的考慮進行了總結。希望對今后同類型的橋梁設計能提供一定的參考作用。

參考文獻：

[1]趙志軍"張麗璞""無錫地鐵1號線連續梁轉體施工設計."現代城市軌道交通"2012（3）

[2]張喜剛等編著"大跨徑預應力混凝土梁橋設計施工技術指南"人民交通出版社"2012