湘潭鐵路橋轉體施工技術及不平衡稱重試驗

唐志奇

（中鐵二十五局集團公司第三工程公司，湖南 長沙 410075）

湘潭鐵路橋轉體施工技術及不平衡稱重試驗

唐志奇

（中鐵二十五局集團公司第三工程公司，湖南 長沙 410075）

本文以長株潭城際鐵路湘潭特大橋（75.5+125+75.5）m預應力混凝土連續梁的轉體施工為工程背景，講述了連續梁轉體過程中的關鍵技術、技術方法、施工措施和稱重試驗等。工程實踐表明，該橋轉體施工效果良好，成橋線形符合設計要求，可為國內同類工程提供參考。

曲線連續梁；稱重試驗；轉體施工；控制技術

1 工程概況

新建長株潭城際鐵路CZTZH-Ⅲ標湘潭特大橋214#～217#墩跨越湘潭東車站，采用轉體法施工。主橋上部為（75.5+125+75.5）m預應力混凝土曲線連續梁，曲率半徑1200m，為避免因曲線梁橫向偏心導致轉體過大的不平衡力矩，球鉸及下承臺需考慮橫橋向偏心，215#、216#墩分別為33.4cm、31.5cm。轉體結構長123m，215#墩設計轉動重量90630kN，轉動角度為逆時針36°，216#墩設計轉動重量96200kN，轉動角度逆時針26°。梁體平面位置如圖1所示。

圖1 轉體梁平面位置圖

2 轉體施工難點分析

（1）滑道安裝、下轉盤上下球鉸，需嚴格控制測量精度；（2）曲線梁梁體較窄，轉體結構長，轉動過程中必須保證內外側梁體平衡；（3）為保證轉體橋按設計位置就位，測量效率和精度需嚴格把關。（4）本工程主墩臨近既有線施工，主跨部分為臨近既有鐵路懸臂掛籃施工，掛籃施工完畢后進行梁部轉體施工，工序緊湊，技術含量高，運輸影響大，施工組織安排要求嚴謹詳實。

3 轉體施工技術

3.1 轉體重心偏移

如圖2所示，曲線連續梁橫橋向重心偏向曲線內側，為避免偏心導致轉體過大的不平衡彎矩，球鉸及下承臺需考慮橫橋向偏心。

圖2 轉體結構橫向偏心分析

3.2 轉體結構施工技術

轉體施工主要是轉體系統的施工。轉體系統又由牽引系統、撐腳、滑道、上下球鉸、上盤、下承臺組成。由牽引系統通過液壓千斤頂提供動力，使上下球鉸產生相對轉動，撐腳和滑道控制平衡，防止傾覆，從而使梁體旋轉合攏。

工作程序：下球鉸的精確安裝→下盤的承臺施工→上球鉸的精確安裝→上轉盤的施工→主墩的施工→懸臂掛籃的施工→箱粱支架的拆除→釋放上下盤鎖定→進行平衡配重→試轉→正式轉體→轉體的準確就位→封固上、下盤球鉸轉動體系→合攏中跨→拆除臨時支承→現澆邊跨合龍段→頂、底板通長束預應力施工[1-2]。

4 稱重試驗技術

4.1 轉動體平衡狀態分析

當T構砂箱拆除后，整個梁體的平衡狀態可能出現下列兩種形式:

（1）轉動體球鉸的摩阻力矩MZ大于轉動體不平衡力矩MG

（2）轉動體球鉸的摩阻力矩Mz小于轉動體不平衡力矩MG

4.2 轉動體球鉸靜摩擦系數及偏心距

根據工程實踐及研究成果，用四氟乙烯片并且填充了黃油的球鉸靜摩阻系數和轉體偏心距可采用下列公式計算：

式中，N為轉體重量；R為下轉盤球鉸中心轉盤的球面半徑。

4.3 測點的布置

在兩幅梁的上承臺下面縱向布置4臺千斤頂和在撐腳處布置位移傳感器，實施兩幅梁的不平衡力矩的測試。

4.4 稱重試驗結果分析

我單位于2015年6月23號對215#進行了縱向、橫向平衡稱重試驗。縱向稱重首先在邊跨側實施頂力P1，P-Δ曲線在大于4065.3kN時發生突變，所以P1=4065.3kN，然后在跨中側實施頂力P2，同理得P2=6097.6kN。根據相關公式得出：不平衡力矩MG=6096.9kN·m，摩阻力矩MZ=30488.7kN·m, 偏心距e=0.067m,靜摩阻系數μ=0.056。橫向稱重首先在曲線外側實施頂力P1，然后在曲線內側實施頂力P2，由P-Δ曲線的變化情況得到P1=3666.8kN、P2=5658.0kN。根據相關公式得出：不平衡力矩MG=4416.4kN·m，摩阻力矩MZ=27641.9kN·m, 偏心距e=0.048m,靜摩阻系數μ=0.051。

我單位于2015年6月24號對216#進行了縱向、橫向平衡稱重試驗。縱向稱重首先在邊跨側實施頂力P1，然后在跨中側實施頂力P2，由PΔ曲線的變化情況得到P1=6097.6kN、P2=7253.3kN。根據相關公式得出：不平衡力矩MG=3467.1kN·m，摩阻力矩MZ=40052.7kN·m, 偏心距e=0.036m,靜摩阻系數μ=0.07。橫向稱重首先在曲線外側實施頂力P1，然后在曲線內側實施頂力P2，由P-Δ曲線的變化情況得到P1=5218.4kN、P2=6854.8kN。根據相關公式得出：不平衡力矩MG=3007.7kN·m，摩阻力矩MZ=35961.6kN·m, 偏心距e=0.031m,靜摩阻系數μ=0.063。

4.5 配重方案

由于摩阻力矩遠大于不平衡力矩，所以本次試驗215#、216#墩的配重方案均采用平衡配重方案進行配重。由稱重結果，215#墩縱向不平衡彎矩MG=6096.9kN·m，中跨偏重。考慮到中跨側在稱重試驗前已將掛籃拆除，用重約60t配重塊在懸臂端部進行平衡，因此可將懸臂端配重塊卸載一部分進行平衡配重。懸臂端力臂長約60m，因此懸臂端卸載重量為6096.9/10/60=10.2t,重心位置在曲線內側橫向距離梁體中心線2.5m處。由稱重結果，215#墩橫向不平衡彎矩MG=4416.4kN·m，曲線內側偏重。因此將配重塊布置在215#墩支點位置曲線外側，配重塊重心位置距梁體中心線4m。因此215#墩橫向配重重量為4416.4/10/（4+0.334）=102t，由于215#墩縱向配重10.2t重心位置在曲線外側橫向距離梁體中心線2.5m處，所以215#墩橫向配重重量102-10.2×2.5/4=95.6t。配重方案如圖3、圖4所示。

圖3 215#墩縱向配重示意平面圖

圖4 215#墩橫向配重示意平面圖

由稱重結果，216#墩縱向不平衡彎矩MG=3467.1kN·m，中跨偏重。考慮216#配重時配重塊運到懸臂端較困難，考慮在邊跨6、7塊位置進行縱向配重，懸臂端力臂長約20m，因此邊跨6、7塊配重量為3467.1/10/20=17.3t，配重塊重心位置在曲線外側橫向距離梁體中心線4m。由稱重結果，216#墩橫向不平衡彎矩MG=3007.7kN·m，曲線內側偏重。因此將配重塊布置在216#墩支點位置曲線外側，配重塊重心位置距梁體中心線4m。因此216#墩橫向配重重量為3007.7/10/（4+0.315）=69.7t，由于216#墩縱向配重17.3t重心位置在曲線外側橫向距離梁體中心線4m處，所以216#墩橫向重重量為69.7-17.3=52.4t。配重方案如圖5、圖6所示。

圖5 216#墩縱向配重示意平面圖

圖6 216#墩橫向配重示意平面圖

5 轉體梁試轉

在正式轉體的前兩天，需要對轉體進行試轉，檢查一遍牽引動力系統是否存在問題。下面兩個重要數據的測試工作在試轉時應做好：（1）每分鐘轉速，即每分鐘懸臂端轉動的水平弧度距離及主橋的轉動角度，轉體速度必須控制在設計的要求范圍之內。（2）控制采取點動方式操作，懸臂端所轉動水平弧線距離在每點動一次的數據測量組應進行測量，為精確定位提供操作依據。在試轉的過程中，應檢查轉體結構關鍵受力部位是否產生裂紋，有無故障，是否平衡穩定。若發現異常情況，試轉則應停止，找到原因和采取相關措施調整后才能繼續試轉。2015年7月7日試轉過程中發現216#墩轉速緩慢，原因可能就是由于油泵供油速度過慢。為了滿足封鎖要求，根據多年的工程經驗，現216#采用一個油泵控制連續千斤頂兩個頂，增加一個油泵用并聯連接方式，兩個千斤頂控制兩個油泵，加快供油速度，增快轉速。

6 轉體梁正式轉體

連續千斤頂逐級加載，每次1噸直至轉動開始，如果開始轉動則連續千斤頂進入自動連續工作狀態。轉體過程盡量一次到位，在接近到位1m左右的時候采用點動操作方式，點動時間由試轉時確定。（1）對試轉的各項數據進行分析，得出控制轉體的相關數據。（2）轉體旋轉前人員分工要明確，根據各個施工環節、關鍵部位對現場相關人員做好周密分工，分工協作，各司其職，由現場的總指揮來統一安排。（3） 結構物、氣象的條件、要點的審批、液壓的控制系統等需滿足轉體要求并全部都要就緒好，轉體人員收到指揮長的轉體指示后，立即啟動動力系統設備，并要讓其在“自動”狀態下進行運作。（4）設備運行時，各崗位人員應時刻注意監控和觀察動力系統設備的運行狀態和橋面轉體情況，必須高度集中注意力，每當左右幅梁每轉過5度，向指揮長進行匯報一次。（5）轉體結構快要到達設計位置100cm時系統馬上“暫停”。動力系統改由“手動”狀態下改為點動操作。每一次點動操作后，測量人員應報軸線走行現狀的數據一次，這樣反復的循環，直到結構的軸線精確就位。

7 結束語

新建長株潭城際鐵路CZTZH-Ⅲ標轉體橋跨越湘潭東車站于2015年7月7日試轉成功，2015年7月9日正式轉體完成。在試轉及轉體過程中，對球鉸受力進行監控，整個過程受力正常。實際檢測靜滑動摩擦系數0.05～0.06，動滑動摩擦系數0.02～0.03，與設計相符；梁體轉動就位后，主跨軸線誤差7mm，邊跨軸線誤差5mm，高程誤差11mm，達到合攏的誤差要求。通過長株潭城際鐵路曲線連續梁轉體施工技術的實踐為今后類似轉體橋的轉體施工積累經驗和數據。

[1]楊明亮.武黃城際鐵路大跨度曲線T構上跨京廣鐵路施工技術[J].鐵道建設技術,2013（7）：1-3.

[2]寶成德.橋梁轉體施工工藝的研究與應用[J].遼寧交通科技,2003(6):15-16.

The construction technology of Xiangtan railway bridge and the swivel unbalanced weighing test

TANG Zhi-qi

(China Railway twenty-five Bureau Group Third Engineering Company, Changsha Hunan 410075)

This paper to Changzhutan Intercity Railway Xiangtan bridge 75.5+125+75.5 m prestressed concrete continuous beam rotation construction as the engineering background, tells the story of the continuous rotating beam in the process of the key technology, technology and methods, construction measures and weighing test. Engineering practice shows that, the bridge rotation construction effect is good, bridge line meets the design requirements, for the similar engineering.

Continuous curve beam; Weighing test; Swivel construction; Control technology

TU74

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2016.05.005

1672–7304(2016)05–0010–03

（責任編輯：張時瑋）

唐志奇（1971-），男，湖南湘潭人，工程師，研究方向：鐵路工程技術管理。