連續(xù)梁跨武廣高鐵防護(hù)及墩頂轉(zhuǎn)體施工技術(shù)

鐘銳鋒

摘 要：近年來(lái)，隨著我國(guó)鐵路、城際軌道及公路交通項(xiàng)目快速建設(shè)與發(fā)展，跨越大江大河和其他障礙物越來(lái)越多采用橋梁結(jié)構(gòu)形式，特別是以客運(yùn)專(zhuān)線和高速鐵路為代表的鐵路建設(shè)發(fā)展，眾多橋梁工程都需要跨越高速鐵路等構(gòu)筑物，施工難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高、施工周期長(zhǎng)等特點(diǎn)成為大跨度橋梁建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，研究橋梁轉(zhuǎn)體橋施工技術(shù)對(duì)我國(guó)的鐵路建設(shè)特別是橋梁建設(shè)有著積極的現(xiàn)實(shí)意義。橋梁轉(zhuǎn)體施工具有結(jié)構(gòu)合理、施工周期短、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。在跨越既有鐵路時(shí)，可對(duì)既有鐵路運(yùn)營(yíng)降低到最小，確保運(yùn)營(yíng)安全。文章結(jié)合湘桂鐵路擴(kuò)能改造工程下行聯(lián)絡(luò)線跨東外環(huán)特大橋跨越武廣高速鐵路墩頂轉(zhuǎn)體梁施工實(shí)體工程為例，詳細(xì)闡述連續(xù)梁跨越客運(yùn)專(zhuān)線橋施工安全防護(hù)及墩頂轉(zhuǎn)體施工技術(shù)，為大跨度橋梁類(lèi)似工程建設(shè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：施工防護(hù)；高鐵；轉(zhuǎn)體梁；施工

1 工程背景

湘桂鐵路擴(kuò)能改造工程下行聯(lián)絡(luò)線跨東外環(huán)特大橋在LXDK6+260.293處跨越武廣高鐵，與武廣高鐵線路夾角為26°。采用40+64+40m預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁，主梁先采用對(duì)稱(chēng)懸臂澆注法施工，再在墩頂進(jìn)行轉(zhuǎn)體。施工前，需在施工區(qū)域和既有武廣高鐵間搭設(shè)防護(hù)墻，防護(hù)墻采用六五式鐵路軍用墩，順武廣高鐵方向長(zhǎng)16m，并高出箱梁頂面2m，距武廣高鐵橋邊緣距離為1m。為杜絕武廣高鐵電力線及雷電對(duì)施工構(gòu)成的安全隱患，在正對(duì)正饋線位置處3m范圍內(nèi)設(shè)置防電板，防電板沿武廣線的長(zhǎng)度為17m，高為3m，其中心線距離武廣高鐵軌面高度為7.5m。

2 臨近鐵路防護(hù)技術(shù)應(yīng)用

2.1 施工防護(hù)措施

連續(xù)梁緊鄰既有武廣高速鐵路，為確保施工期間既有武廣高鐵的運(yùn)營(yíng)安全，施工墩身、轉(zhuǎn)體系統(tǒng)及梁體0#塊、1#塊前應(yīng)進(jìn)行臨邊防護(hù)，即將既有武廣高鐵正饋線絕緣，并設(shè)置防護(hù)墻，并將施工區(qū)域和既有武廣高鐵進(jìn)行物理隔離。

由于防護(hù)墻距離武廣高鐵線較近，列車(chē)高速通過(guò)時(shí)，會(huì)使其周?chē)目諝猓鲌?chǎng)）受到強(qiáng)烈擾動(dòng)，尤其是列車(chē)的頭部或尾部通過(guò)防護(hù)墻瞬間，將引起防護(hù)墻和防電板的空氣壓力發(fā)生突變，形成一種瞬態(tài)壓力沖擊。為確保施工人員及施工設(shè)備安全，需對(duì)列車(chē)高速通過(guò)防護(hù)墻時(shí)引起的氣動(dòng)載荷進(jìn)行研究，分析脈動(dòng)力作用下防電板的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

2.2 脈動(dòng)力作用下防電板的強(qiáng)度分析

2.2.1 防電板及防護(hù)墻處的氣動(dòng)性能分析

武廣線動(dòng)車(chē)組以300km/h高速通過(guò)時(shí)，防護(hù)墻時(shí)，防電板所受列車(chē)風(fēng)影響大，因此分析防護(hù)墻及防電板所受脈動(dòng)風(fēng)壓值及其分布規(guī)律，為考核防電板和防護(hù)墻結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性提供載荷依據(jù)。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)理論，采用流場(chǎng)數(shù)值對(duì)動(dòng)車(chē)組高速通過(guò)防護(hù)墻時(shí)，防電板周?chē)臍鈩?dòng)性能進(jìn)行模擬計(jì)算分析，得到防電板所承受的氣動(dòng)載荷。

2.2.2 試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果

防電板脈動(dòng)力計(jì)算結(jié)果：當(dāng)動(dòng)車(chē)組車(chē)頭通過(guò)防護(hù)墻時(shí)，防電板首先受到一個(gè)較大的推力作用，該力方向遠(yuǎn)離列車(chē)向外，接著受到一個(gè)吸力作用，該力方向靠近列車(chē)向內(nèi)。當(dāng)車(chē)尾通過(guò)時(shí)，防電板則首先受到一個(gè)較大的吸力作用，然后受到一個(gè)推力作用。CRH2動(dòng)車(chē)組350km/h通過(guò)時(shí)，防電板受到的最大推力為3295N，最大吸力為2855N。

防電板壓力分布計(jì)算結(jié)果

由表2可知：當(dāng)CRH2動(dòng)車(chē)組以350km/h速度通過(guò)防電板時(shí)，防電板外表面（靠近武廣線一側(cè)）測(cè)點(diǎn)壓力變化峰值最大達(dá)301Pa，其相應(yīng)的內(nèi)表面（遠(yuǎn)離武廣線一側(cè)）測(cè)點(diǎn)壓力變化峰值最大達(dá)182Pa，內(nèi)、外表面頂面壓力比為0.605，內(nèi)、外表面壓力差為144Pa；防電板經(jīng)試驗(yàn)確定其強(qiáng)度為2.5Mpa，滿足高速動(dòng)車(chē)脈動(dòng)力作用下防護(hù)需要。

3 轉(zhuǎn)體施工技術(shù)

3.1 轉(zhuǎn)體原理

墩頂轉(zhuǎn)體是在墩頂和連續(xù)梁0#塊之間設(shè)置球鉸，梁體重量作用于上球鉸，上球鉸通過(guò)球鉸間的聚四氟乙烯滑塊傳遞至下球鉸和球鉸承臺(tái)。待箱梁主體施工完成后，解除臨時(shí)固結(jié)，全部梁體重量作用于球鉸和支撐腿，然后進(jìn)行配重使梁體基本保持中心承重。再利用埋設(shè)在上轉(zhuǎn)盤(pán)的牽引索、連續(xù)千斤頂克服上下球鉸之間及支撐腿和滑道之間的摩擦，使橋梁轉(zhuǎn)動(dòng)到設(shè)計(jì)位置。

轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由鋼球鉸及其支撐腿、上轉(zhuǎn)盤(pán)、下轉(zhuǎn)盤(pán)、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)、助推系統(tǒng)、頂梁系統(tǒng)組成。

3.2 結(jié)構(gòu)原理及轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)

（1）轉(zhuǎn)動(dòng)角度：26°（2）梁端轉(zhuǎn)動(dòng)弧長(zhǎng)：14.06m；（2）轉(zhuǎn)體重量：1900噸；（3）轉(zhuǎn)體幾何尺寸：懸臂長(zhǎng)度為31m，橋面寬8.5m，0#塊高5.2m；（4）轉(zhuǎn)盤(pán)直徑：5.76m，球鉸直徑；1.48m；（5）懸臂端線速度不大于1m/分，角速度不大于0.032弧度（rad）/分；（6）牽引力：?jiǎn)?dòng)時(shí)最大牽引力2*9.7噸，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)最大牽引力2*8噸。（7）千斤頂行程1.4m。

3.3 轉(zhuǎn)體牽引體系

（1）牽引動(dòng)力系統(tǒng)：每座轉(zhuǎn)體的牽引動(dòng)力系統(tǒng)由兩套四臺(tái)YCW

250C型千斤頂，兩臺(tái)ZB4-500型電動(dòng)油泵通過(guò)高壓油管連接組成。每套千斤頂由兩臺(tái)YCW250C型千斤頂串聯(lián)組成。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)4臺(tái)千斤頂同步不間斷勻速牽引結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體到位，具有連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)和點(diǎn)動(dòng)功能。連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)用于啟動(dòng)后正常旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，點(diǎn)動(dòng)功能用于梁體轉(zhuǎn)動(dòng)至接近設(shè)計(jì)位置時(shí)精調(diào)就位使用。

（2）牽引索：每個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)設(shè)置2束牽引索，每束由3根強(qiáng)度

1860Mpa鋼絞線組成。牽引索長(zhǎng)度為5m，以確保穿過(guò)千斤頂后留有1m的工作長(zhǎng)度。預(yù)埋的牽引索施工期間一定要注意保護(hù)防止電焊燒傷，注意防雨防銹。牽引索經(jīng)過(guò)清潔表面的銹蝕、油污后逐根平行穿過(guò)YCW250C型千斤頂。先逐根預(yù)緊后，再用千斤頂整體頂緊，使同一束鋼絞線受力基本一致。牽引索的另一端為9孔錨板，在上轉(zhuǎn)盤(pán)混凝土澆筑時(shí)預(yù)埋在上轉(zhuǎn)盤(pán)內(nèi)。

（3）反力架：每個(gè)橋墩頂設(shè)兩個(gè)相同反力架，反力架為I30工字鋼雙拼，反力架在下轉(zhuǎn)盤(pán)施工時(shí)預(yù)埋在下轉(zhuǎn)盤(pán)混凝土內(nèi)，反力架槽口為10cm寬，位置及高度要準(zhǔn)確定位，與牽引力方向一致。

3.4 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)牽引力計(jì)算

轉(zhuǎn)體總重量W=19000kN；球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力矩M=∫μ*σ*dA*r=（2π*μ*σ*R3）/3=2*μ*R*W/3；R-球鉸平面半徑；W-轉(zhuǎn)體總重量；μ-球鉸摩擦系數(shù)，μ靜=0.1，μ動(dòng)=0.06；計(jì)算結(jié)果：?jiǎn)?dòng)時(shí)所需要最大牽引力2T=2*97KN；轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需要最大牽引力2T=2*80KN。

3.5 球鉸施工技術(shù)

本球鉸的結(jié)構(gòu)為如圖2所示，它由下球鉸、上球鉸、中心銷(xiāo)軸、中心銷(xiāo)軸套筒、鋼墊板、預(yù)埋鋼板、上下套筒、上下錨栓組成。

3.5.1 下球鉸安裝（球鉸與橋墩的錨固）

先將下錨栓穿過(guò)下球鉸的錨栓孔與下套筒連接在一起，將下套筒的上端插入下球鉸的錨栓孔中并旋緊下錨栓。然后在下球鉸四角用鋼楔塊調(diào)整球鉸水平，并使下球鉸底模高出橋墩頂面約30mm，找正球鉸縱橫中線位置，使之符合設(shè)計(jì)要求。用無(wú)收縮高強(qiáng)度支座灌漿料灌注下套筒預(yù)留孔及墩頂與下球鉸之間的空隙。

3.5.2 聚四氟乙烯滑塊與定位軸安裝

將黃油與四氟粉按重量120：1配置好后，放入中心銷(xiāo)軸套筒中，然后將中心銷(xiāo)軸輕放到套筒中，保證中心銷(xiāo)軸豎直并與周?chē)g隙一致。在下球鉸凹球面上按照編號(hào)由內(nèi)到外安裝聚四氟乙烯滑塊。滑塊安裝完畢后用配置好的黃油四氟粉填滿聚四氟乙烯滑塊之間的間隙并與滑塊面相平。整個(gè)安裝過(guò)程要保持球面清潔，不要將雜物帶至球面上。

3.5.3 上球鉸安裝

將上球鉸吊起除銹后，涂抹黃油四氟粉，然后將其對(duì)準(zhǔn)中心銷(xiāo)軸輕落至下球鉸上。使用千斤頂微調(diào)上球鉸位置，使之水平并與下球鉸外圈間隙一致并去除被擠出的多余黃油。然后旋緊上下鉸的連接螺栓，并保持上球鉸水平。

3.5.4 上球鉸與梁體的錨固

上球鉸安裝完成后，用上錨栓將預(yù)埋鋼板（已經(jīng)焊接好上套筒）、鋼墊板、與上球鉸連接緊固。然后在預(yù)埋鋼板頂面四周向外搭建模板，打好模板后澆筑梁體，注意澆筑過(guò)程中上下球鉸之間的連接螺栓不得松開(kāi)，并保持上下球鉸平面水平，防止梁體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.5.5 上下球鉸連接螺栓拆除

在連續(xù)梁各節(jié)段施工完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除上下球鉸之間的連接螺栓，以免轉(zhuǎn)體時(shí)約束梁體轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.5.6 球鉸拆卸

在完成合攏段施工及永久支座底砂漿灌注后，進(jìn)行轉(zhuǎn)體球鉸的拆卸。拆卸球鉸時(shí)，先拆除與預(yù)埋鋼板連接的全部上錨栓，再用千斤頂頂起梁體，高度約為10mm即可，先拆除鋼墊板，落梁，使永久支座受力。然后拆除全部下錨栓，此時(shí)上球鉸頂面與梁體之間有大約40mm空隙，使用拉鏈葫蘆將上、下球鉸、中心銷(xiāo)軸同時(shí)拖出，并用彩條布包裹好球鉸，裝箱以便下次轉(zhuǎn)體施工重復(fù)利用。

3.5.7 正式轉(zhuǎn)體

液壓控制系統(tǒng)、要點(diǎn)審批、氣象條件、結(jié)構(gòu)物等全部就緒并滿足轉(zhuǎn)體要求，各崗位人員到位，轉(zhuǎn)體人員接到指揮長(zhǎng)的轉(zhuǎn)體命令后，啟動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)備，連續(xù)千斤頂逐級(jí)加載，每次1噸直至轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)始，如果開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)則連續(xù)千斤頂進(jìn)入連續(xù)工作狀態(tài)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)接近設(shè)計(jì)位置100cm時(shí)系統(tǒng)“暫停”。為防止結(jié)構(gòu)超轉(zhuǎn)，先借助慣性結(jié)束后，動(dòng)力系統(tǒng)改由連續(xù)狀態(tài)下改為點(diǎn)動(dòng)操作。每點(diǎn)操作一次，測(cè)量人員報(bào)軸線走行現(xiàn)狀數(shù)據(jù)一次，反復(fù)循環(huán)，直至結(jié)構(gòu)軸線精確就位。

3.5.8 頂落梁施工方法

當(dāng)中跨合攏段達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，解除球鉸及支撐腿的臨時(shí)鎖定，然后依次在墩頂用千斤頂頂起梁體，擰開(kāi)球鉸上部與梁體內(nèi)預(yù)埋套筒的連接螺栓，抽掉球鉸上部與梁體間的鋼板，拆除球鉸，支座灌漿、落梁，使永久支座受力。準(zhǔn)備工作完成后四臺(tái)600噸千斤頂并聯(lián)一臺(tái)ZB4-500型電動(dòng)油泵同時(shí)頂升。將千斤頂打壓，頂住梁底，觀察百分表讀數(shù)的變化，百分表開(kāi)始有規(guī)律的轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄初讀數(shù)。直到全部頂升到位，球鉸可順利取出。整個(gè)頂升過(guò)程均須對(duì)梁體、橋面及附屬設(shè)施進(jìn)行認(rèn)真觀察，如有異常立即停止頂升。頂升到位后，立刻用CDM高強(qiáng)無(wú)收縮支座灌漿料將墊石與支座之間空隙迅速灌滿。支座灌漿料到達(dá)強(qiáng)度后拆除千斤頂，使支座永久受力。

4 結(jié)束語(yǔ)

橋梁轉(zhuǎn)體施工其技術(shù)、工藝在實(shí)際的工程操作中日益成熟。隨著高速鐵路的發(fā)展，新建橋梁跨越既有線時(shí)將把對(duì)既有線的影響大小作為一個(gè)重要因素進(jìn)行考慮，從實(shí)際操作來(lái)看轉(zhuǎn)體橋是對(duì)鐵路干擾最小的施工方案，整個(gè)施工過(guò)程中對(duì)既有鐵路正常運(yùn)行幾乎沒(méi)有任何影響。因此轉(zhuǎn)體橋方案今后可作為跨既有線施工的優(yōu)選方案。其施工工藝減小了對(duì)既有營(yíng)運(yùn)線的影響，為橋梁工程的建造提供了安全保障。

參考文獻(xiàn)

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