上跨既有鐵路轉體施工技術控制要點

摘 要：近年來隨著科學技術的不斷發展進步，國內跨鐵路轉體施工技術也不斷增多。文章結合張唐鐵路跨京哈鐵路（64+64）m預應力混凝土T構轉體結構施工經驗，針對轉體結構施工技術及控制要點，主要介紹了上下轉盤施工工藝，包括球鉸、滑道、撐腳及預埋牽引索的安裝及施工質量控制，以及轉體過程中的控制技術等內容。

關鍵詞：跨京哈鐵路；轉體橋；轉體結構；控制要點

1 工程概況

張唐鐵路ZTSG-7標大令公跨京哈鐵路特大橋（DK421+176.25～DK424+285.02），橋全長3108.77m，共設計94個墩臺，在張唐正線DK423+260處與既有線京哈鐵路JHK143+766.82處上跨相交。設計采用1×（64+64）m預應力混凝土T構箱梁單側小角度轉體施工上跨京哈鐵路，轉體角度54°55′00″。主梁采用（64+64）m單箱單室直腹板，縱、橫、豎三向預應力混凝土T構連續梁。

2 工程特點及難點分析

該橋采用整體T構箱梁順京哈鐵路方向施工，為保證該線路運行安全，完成T構箱梁施工后采用轉體施工技術進一步消除線路安全隱患，從而提升該線路鐵路運營質量。

對轉體施工技術進行分析，根據結構不同，可以將其分為四部分，即下轉盤、上轉盤及球鉸和轉動牽引系統。

其中下轉盤作為基礎，承載了整個轉體結構重量，起到了支撐作用，在轉體后同上轉盤共同構成鐵路橋梁基礎。保險撐腳滑道和下球鉸設置于橋梁基礎之上，形成轉動系統。

球鉸依照結構的不同分為上球鉸、下球鉸，其厚度達40mm，直徑達3.8m，作為轉動體系，是轉體的主要構成，其中最為核心的結構為轉動球鉸，該結構也是轉體施工的核心部位，因而對制作精度要求較高，并且施工過程中安裝精度要求亦非常嚴格。

除了球鉸，轉體施工中上轉盤也是重要組成部位，其結構內不但有轉體牽引索，還包括縱向預應力、豎向預應力和橫向預應力，因而轉體過程中，上轉盤受力狀態呈現立體性、多向性。

3 轉體結構施工過程控制要點

由于本橋上跨京哈鐵路，為減少對鐵路運營的影響，盡量消除安全隱患，該橋設計采用單側小角度順時針轉體54°55′00″就位施工方法，根據本橋的施工特點，轉體施工前總體施工工序按照以下幾個階段進行：

第一階段：施工準備、與各設備站段簽訂施工配合、安全監護協議及電纜改移。

第二階段：鄰近營業線圍護樁施工。

第三階段：主墩樁基施工。

第四階段：承臺基坑開挖、施做及墩身施工。

第五階段：鄰近營業線T構箱梁施工。

第六階段：橋面系施工。

3.1 既有線圍護樁施工

京哈線北側62#主墩既有線圍護樁設計采用25根直徑1.25m鉆孔樁，樁間距1.5m，與承臺邊緣凈距1.0m，圍護樁樁基編號由左向右依次編號。

1#～5#、21#～25#圍護樁基采用反循環鉆機施工，6#～20#圍護樁基采用人工挖孔施工。圍護樁施工按照與營業線的距離由近到遠，同時跳樁施工的原則，6#～20#人工挖孔樁先施工距離既有線最近的10#樁，依次向左右兩側跳樁施工，1#～5#、21#～25#利用反循環鉆機分別先施工5#、21#樁，并向遠離鐵路方向依次跳樁施工。依據力學檢算單樁標高及樁長，樁頂部采用1.25×0.5m鋼筋混凝土冠梁將排樁連為一體，加強其整體性。

3.2 主墩樁基施工

62號主墩樁基設計直徑1.5m鉆孔樁24根，樁長42m，配筋長度18m，樁基鋼筋籠長度19.39m。主墩鉆孔樁施工同樣按照離既有線從近到遠的順序，先施工在京哈鐵路路基坡腳的24#、20#樁，再施工其它樁基。

根據現場地質情況以及與既有京哈鐵路的位置關系，采用反循環鉆機進行施工，為防止鉆機發生傾覆時對鐵路行車安全造成影響，在確保鉆機及吊車施工作業的停靠方向與京哈線走向垂直的同時，對鉆機平臺進行處理，鉆機等大型設備就位前檢測地基承載能力。

3.3 轉體承臺施工

作為轉體施工基礎轉體下盤起到了重要的作用，承載了結構的整體重量。利用轉體施工技術的橋梁的基礎主要由上轉盤、下轉盤構成。轉動系統設置于下轉盤上，由轉體拽拉千斤頂反力座、保險撐腳環形滑道及下球鉸構成。轉體承臺施工中需要進行三次澆筑，其中主要依照施工實際情況、施工工藝要求、工程設計規定以及下滑道安裝、球鉸安裝等安裝精度要求等。

3.3.1 轉體下轉盤主要施工工藝

（1）制造精度控制。球面光潔度≮？犖3，即表面粗糙度≯Ra25μm，球面各處的曲率應相等，其曲率半徑之差±0.5mm；邊緣各點的高程差≯1mm；橢圓度≯1.5mm；各鑲嵌四氟板塊頂面應位于同一球面上，其誤差≯0.2mm；上下球鉸形心軸、轉動軸務必重合，≯1mm。與上下球鉸相焊鋼管中心軸務必與轉動軸重合，鋼管務必鉛垂，傾斜度≯3%，下球面各點處球面度偏差≯0.85mm。

（2）球鉸骨架及滑道骨架安裝。下承臺第一層混凝土澆筑強度達到25%后，利用焊接在承臺鋼筋上的預埋固定槽鋼安裝下球鉸鋼骨架和滑道骨架，定位調節螺栓進行調平，要求骨架頂面的相對高差≯5mm，骨架中心與球鉸重合，與理論中心偏差≯1mm，精確測量無誤后，焊接固定于預埋槽鋼上。

（3）下球鉸安裝及鉸下混凝土的澆注。用吊車將下球鉸吊裝到球鉸骨架，球鉸的吊裝移動需要在水平面上進行，施工中主要使用千斤頂移動球鉸，并對球面位置、下球鉸中心位置進行及時的調整，保證中心銷軸套管位置處于豎直狀態，同時在水平方向上對球鉸位置進行限位，通過限位操作避免進行球鉸的高差調整過程中發生位置偏移，影響安裝精度。調整球鉸水平位置后，還需要對球鉸高程進行調整，首先利用水準儀對球鉸球面的周圍標高進行調整，控制球鉸局部高差和對焦高差，保證高差范圍<1mm，從而保證球鉸球面周圈水平面的統一。完成上述操作后對下球鉸進行固定，通過螺栓固定下球鉸，避免下球鉸發生錯位、變形等問題，同時將中心銷軸套管的管口進行封閉。確保下球鉸的安裝操作符合施工標準要求，并符合安裝精度要求后，進行鉸下混凝土的澆筑。

混凝土澆筑前，在球鉸底部預埋3～4根壓漿管，待球鉸定位混凝土終凝后，用壓漿法進一步密實球鉸底部混凝土。

（4）安裝轉動鋼銷軸。轉動鋼銷軸需要在完成下球鉸的安裝，并保證下球鉸安裝精度符合要求后才能進行鎖定，這是因為下球鉸安裝精度符合要求，才能保證對位精密。進行混凝土的澆筑施工前必須精確定位球鉸中心軸預埋套筒，并對預埋套筒進行固定，從而保證中心軸轉動正常。完成上述操作后進行鉸下混凝土灌注，完成澆筑后，在下轉盤預埋套管中放入Φ270mm鋼棒，完成轉動中心軸的安裝。

中心銷軸安裝前需要依照比例配置黃油聚四氟乙烯粉，配置過程中保證混合均勻。將配置好的黃油聚四氟乙烯粉放入套管中，繼而安裝中心銷軸，安裝過程中需要注意確保中心銷保持豎直狀態。

（5）四氟乙烯滑動片安裝及涂抹黃油。安裝下球鉸、鋼銷軸后，確保其結構定位符合施工標準要求，繼而安裝聚四氟乙烯滑動片。在安裝該結構前，需要確保安裝環境符合安裝標準，即清理下球鉸表面，保證滑動片安裝孔內及下球鉸表面清潔不存在雜物，并吹干下球鉸表面。滑動片有相應的編號，每一個編號有相應的鑲嵌孔，因而在安裝過程中需要依照編號進行安裝。完成安裝后，需要對滑動片間空隙進行填充，即涂抹黃油聚四氟乙烯粉，并保證其填充均勻，且涂抹高度高出滑動片，即滑動片頂面覆蓋有黃油聚四氟乙烯粉。

（6）上球鉸安裝。上球鉸置于下球鉸之上，在安裝前需要在上球鉸涂抹黃油聚四氟乙烯粉，涂抹位置在凸球面上，且涂抹厚度不宜過厚。施工過程中上球鉸的吊裝主要依靠吊車，起吊后落入定位軸，保證上球鉸的安裝為垂直落入，從而確保上、下球鉸的外圈間隙相同，且上球鉸水平。安裝到位后順時針轉動上球鉸三圈，此時多余黃油會被擠出，將擠出黃油去除干凈，并在上球鉸邊緣和下球鉸邊緣縫隙處利用寬膠帶進行密封。此時，上球鉸安裝完成。

3.3.2 轉體上轉盤主要施工工藝

（1）撐腳及砂箱安裝。上盤撐腳即為轉體時支撐結構轉體平穩的保險腿。從轉體時保險腿受力情況考慮，轉臺對稱的兩個保險腿之間的中心線重合，使6組保險腿對稱分布于縱軸線的兩側。在撐腳的下方（即下盤頂面）設有滑道，轉體時保險撐腳可在滑道內滑動，以保持轉體結構平穩。要求整個滑道面在一個水平面上，滑道骨架頂面平整度≯2mm；滑道頂面局部平整度≯0.5mm；其相對高差≯2mm。

（2）上轉盤施工。上轉盤施工是轉體施工中最重要的環節，上轉盤在整個轉體過程中起到了重要作用，因而也是轉體的核心部位。轉體時上轉盤由于多向受力，因而受力狀態呈現立體性。在上轉盤中布置有橫向預應力鋼筋、豎向預應力鋼筋及縱向預應力鋼筋。轉臺直徑為Φ1040cm、高度為80cm，上盤通過轉臺同撐腳、球鉸相連，因而轉臺是重要的承接結構，除此之外，轉體牽引力又直接施加到轉臺上，轉體牽引索也置于轉臺內，預埋端錨固采用P型錨具，并且轉體牽引索對稱埋設，相對應的牽引索錨固端對稱于圓心，且出口點相對于轉盤中心而對稱，并位于同一直徑。埋設時應注意，轉體每一根轉體牽引索的牽引方向、預埋高度應當保持一致，且錨固長度應當>3m。多余外露的轉體牽引索應當纏繞于轉盤周圍，并放于預埋鋼筋上，且保證纏繞圓順，牽引索之間不會相互干擾。此外應當施工過程中應當做好相應的保護措施，避免鋼絞線出現生銹、損傷等問題影響工程質量。

安裝完上轉盤撐腳后，進行立模，并綁扎鋼筋，繼而進行管道和預應力筋的安裝，并埋設轉體牽引索。完成上述作業后，保證其安裝作業符合施工質量標準，而后進行混凝土的澆筑。完成澆筑作業后注意進行養護，待混凝土強度達標后，進行預應力筋、鋼絞線的單端張拉。

3.4 轉體主墩及箱梁施工

上承臺施工完成后，在上承臺上搭設支架施工墩身。主墩墩高為8m，矩形實體墩，截面尺寸為8.8m×7m，離京哈鐵路下行中心線的最近距離為20.34m。

支架搭設采用雙排鋼管腳手架，高度12.56m，高于橋墩頂0.89 m，最外側支架離京哈鐵路下行中心線的最近距離為18.72m。在支架外側沿鐵路線路方向掛設防護網進行防護，確保施工人員和施工機具不侵入鐵路限界。

墩身施工完成后順既有線方向施工箱梁，箱梁采用滿堂支架現澆施工，梁體寬12m，外緣離京哈鐵路下行中心線的最近距離為17.84m。

支架搭設高度21.04m，在鐵路外側用纜風繩拉緊防止支架傾倒，同時沿著鐵路方向在支架外側進行防護網的架設，形成防護體系。以保證施工過程中施工機具及工作人員不會超越鐵路安全界限，除此之外，還能避免雜物掉入，保證施工安全。

4 轉體過程控制

4.1 轉體技術參數

4.1.1 動力儲備系數的計算

該橋圖紙設計轉體總重量W=110000kn；

其摩擦力計算公式為F=W×μ；

啟動時靜摩擦系數按μ=0.1，靜摩擦力F（靜）=W×μ=11000kn；

轉體過程中動摩擦系數按μ=0.06，動摩擦力F（動）=W×μ=6600kn。

轉體拽拉力計算：

T=2/3×（R·W·μ）/D，

R-球鉸平面半徑，R=1.9m，

W-轉體總重量，W=110000kn，

D-轉臺直徑，D=10.4m，

μ-球鉸摩擦系數，μ靜=0.1，μ動=0.06；

啟動時最大牽引力：T=2/3×（R·W·μ靜）/D=1339.74kn；

轉動時最大牽引力：T=2/3×（R·W·μ動）/D=803.85kn。

動力儲備系數通過啟動最大牽引力得出，鋼絞線安全系數通過轉動過程中的最大牽引力得出，通過這兩個數值可以有效檢驗千斤頂的動力儲備以及鋼絞線的安全性，從而保證工程質量符合設計需求。

4.1.2 計算轉體時間

依照施工圖紙要求，轉體平轉設計的角速度≤0.01rad/min。

轉體角度最大為54°55′00″，箱梁輻射最大半徑為59.25m。

換算為梁端線速度為0.59m/min。

轉體梁端總弧長（54.916°×3.1415/180°）×59.25m=56.78m。

理論轉體時間為：56.78m/0.59m/min=96.23min。

綜合考量轉體就位后位置標高、點動等調整，總轉體時間取值100min。

4.2 轉體前的稱重

確定轉體重心位置：轉體部分的稱重需要利用千斤頂進行。

在豎平面內（沿梁軸線），收到梁體質量分布、球鉸體系制作誤差和安裝誤差、預應力張拉差異等因素的影響，橋墩兩側的懸臂梁端剛度會產生差異，且質量分布也不均勻，因而導致不平衡力矩的出現。

轉體稱重依照位移的不同主要分為三個階段，即位移值分別為40mm階段、65mm階段和90mm階段，分三階段稱重后，計算三階段稱重值的差值，并進行上報，對其偏心距進行推算，并檢查偏心距是否在規定范圍內。

作業天氣要求風力小于5級，無雨。

4.3 試轉過程的控制

完成準備工作后，應當進行試轉，試轉是正式轉動前的必要環節。通過試轉對牽引體系以及轉動體系進行檢測，保證轉體結構運行正常，確保整個工程的安全性、可靠性。試轉過程中由監控工作人員及專門的測量人員對系統各項運行值進行采集，并全程對系統進行監控，通過監控數據奠定正式轉體安全運行的堅實基礎，并為后期的運行提供數據保障。試轉時需要在試轉前將撐腳墊板去除，從而令轉臺支承于球鉸，完成轉動支承體系的轉換，然后施加轉動力矩，使轉臺沿球鉸中心軸轉動。

試轉過程中必須做好相應的測試工作：首先，應當測試每分鐘轉速。每種轉速即主橋每分鐘的角速度以及水平方向懸臂端每分鐘轉動弧線距離。試轉過程中應當對角速度和線速度進行有效控制，保證角速度線速度符合設計范圍要求。其次，進行點動操作控制測試。測量組測量每點動1次懸臂端所轉動水平弧線距離的數據，當轉體初步到位時，為進一步精確定位操作做鋪墊。

4.4 轉體過程的控制

在轉體結構進行試轉前需要保證組織分工的合理，依照部位的不同、施工環節的不同以及現場的需要，對工作人員的職責崗位進行嚴謹安排，確保旋轉時人員可以分工協作，聽從總指揮的統一部署。

完成試轉后，應當對轉體各項數據進行采集分析，并制定出相應的轉體方案，為正式轉體做準備。

進行正式轉體前首先需要確定轉體“自然”狀態所需要的千斤頂提供的噸位，令噸位達預定值后啟動轉體系統。

運行過程中必須注意，系統運行過程中千斤頂的設置應當對稱，從而保證轉體結構上所受方向相反的作用力大小保持一致，以此保證轉盤不會受傾覆力矩影響，只存在同摩擦力矩相等的動力偶。

轉體過程中，現場人員必須嚴密監控、觀察轉體各部位的轉臺，并對運行狀況進行實時記錄，同時注意動力系統運行狀況，一旦現場轉體運行出現異常應當立刻停機，對異常狀況進行處理，防止隱患的產生，待問題排除后繼續啟動重新運行。

待轉體至預定位置后，此時停止轉動，轉動角度為54°55′00″，耗時約90min。

在設備運行時，現場人員應當時刻注意動力系統及橋面轉體狀態，并定時進行匯報。左右幅梁端每轉過5m時，均應當向指揮長進行匯報。而當左右幅梁端距終點<5m時，梁端每轉過1m，則向指揮長進行一次匯報，當左右幅梁端距終點不足40cm時，每轉過2cm，向指揮長進行一次匯報。

當轉體到位后，進行約束固定處理。梁體端部的標高主要使用設置于臨時橋墩頂的千斤頂進行精確調整，并依照需要進行抄墊。當轉體結構就位后（確保就位精確），對約束固定轉體結構。

5 結束語

橋梁轉體施工核心就是轉體結構施工的過程控制。轉體結構施工工序轉換繁多，工藝要求嚴格，特別是轉體球鉸的安裝更是重中之重，施工過程中必須掌握轉體結構施工技術及控制要點，嚴格按照設計要求進行施工，嚴格控制各環節施工質量，并對轉體結構施工工藝不斷總結和完善，確保轉體結構施工質量。

參考文獻

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