非對稱斜拉橋上跨運營高速鐵路夜間水平轉體施工技術

王熙

摘 要：隨著城市社會化和區域經濟化的快速發展，高速鐵路在經濟發展中發揮的作用日益突顯，成為了促進區域化社會經濟發展的一個重要保障。在城市立體交叉越來越多，跨越鐵路施工橋梁也越來越多樣化的情況下，斜拉橋以更好的平衡景觀、力學和經濟性等方面的優勢被廣泛應用于實際工程中。簡要探討和研究了非對稱斜拉橋上跨運營高速鐵路夜間水平轉體施工技術的相關內容，以期為日后的相關工作提供參考。

關鍵詞：非對稱斜拉橋；高鐵；水平轉體施工技術；千斤頂

中圖分類號：U445.4 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.11.017

1 工程概況

滬昆客專長沙樞紐內的西北上行聯絡線和南西聯絡線2處上跨既有營業線武廣高速鐵路，主跨結構設計采用32 m+80 m+112 m的非對稱獨塔雙索面斜拉橋，主梁采用預應力槽形梁，與武廣客專交角約21°。為了盡可能減小施工和日后養護對既有武廣客運專線運營安全的影響，最大限度地縮短跨線作業時間，采用平行武廣線支架現澆，然后跨武廣線水平轉體的方式施工，轉體質量14 500 t，是國內第一座跨越高速鐵路的鐵路獨塔斜拉橋。

2 轉體施工方案

為了確保既有武廣客運專線能夠安全有序地運行，首先在與其保持平行的一側搭設槽型梁支架，槽型梁現澆完成后，待主梁混凝土達到設計強度后脫架，再用牽引系統牽引轉盤，待主梁平轉至對岸成跨中位置。轉體施工完成后，精確調整成橋線形精度，固結承臺，填充封鉸C50微膨脹混凝土，保證混凝土密實性，完成球鉸固結。待主跨水平轉體到位后，通過合龍段將主跨與26 m邊跨連接，從而實現橋面體系轉換。

3 轉體施工工藝

3.1 轉體準備

3.1.1 理論配重和主動脫架

3.1.1.1 理論配重

該橋為不對稱獨塔雙索面塔梁固結體系，轉體小跨80 m、大跨112 m，兩邊跨度不對稱。

配重考慮懸臂梁兩端產生的不平衡力矩a、橫隔板產生的不平衡力矩b和斜拉索產生的不平衡力矩c，最后確定距梁端53 m范圍所需的理論配重為7.543 t/m。

3.1.1.2 主動脫架

考慮張拉前配重，支架的安全性大大降低，因此，先張拉設計索力50%后再上配重。配重上完后，開始第二次斜拉索張拉。第二次斜拉索張拉后，卸載砂箱，可從近塔柱兩側開始向梁端逐漸推進落架。在拆架的過程中，施工人員要密切關注梁端千斤頂受力的變化和千斤頂下支架的變形情況。如果發現有異常情況，立即停止拆架，并查明原因，解決問題后方可繼續進行。但是，梁端的支架必須保留至轉體完畢，作為臨時支撐，起到保護作用。

張拉采用交替張拉法，即大跨側一對，小跨側一對，共4根索同時張拉。張拉過程中，要確保橋塔基本上不出現拉應力。

3.1.2 清理滑道

對于撐腳石英砂和滑道，要認真清理，在撐腳下放置3層厚度為5 mm的四氟乙烯板，最底層的應該涂抹黃油四氟粉，以減小其摩阻力。將上、下轉盤間的固定裝置拆除，之后再將8對砂箱拆除，且要保持對稱，用濕布清理砂子，防止砂子粘入黃油。

3.1.3 稱重與配重

為了確保斜拉橋力矩平衡，確定了配重方案的思路，即轉體梁在靜力狀態允許微小的不平衡，即通過配重，將轉體梁的偏心值控制在《高速鐵路橋涵工程施工技術指南》要求的5～15 cm。精確配重以此為原則通過稱重和試轉試驗使得轉動結構向小跨側傾斜，即偏心值偏向小跨側，且滿足規范要求，使得轉體結構的重力主要由球鉸承擔，撐腳只承擔很小一部分重力。

根據撐腳和梁端距中心的半徑以及梁端預留的安全距離，確定大跨側鋪設3層5 mm厚的四氟板，小跨鋪設3層5 mm厚的四氟板。

3.1.4 設備測試

在施工過程中，平轉千斤頂、牽引索、錨具、泵站要配套安裝、調試。在此要求各束鋼絞線平直、不打絞、紐結，然后設備上不放置任何東西，空載試運行。依據千斤頂施力值（啟動、轉動牽引力分別按照磨擦系數0.1、0.06加以考慮），將各泵站油壓值計算出來，根據油壓值對于調泵站的最大允許油壓展開一定的調整，空載試運行，并進行檢查，確保各項設備沒有異常，然后進入下一道工序。

3.1.5 轉體的氣象條件要求

轉體施工時，風速不可以超出3級風風速，轉體之前一個星期與氣象部門溝通，確保其不會在惡劣天氣下開展。

3.1.6 其他準備工作

其他準備工作主要有以下4項：①轉體施工前，完成轉體槽形梁的欄桿建設，避免轉體時和轉體后橋面施工墜物影響武廣高鐵的行車安全；②轉體前，將橋面的雜物清理干凈；③將轉體半徑覆蓋范圍內的障礙物清理干凈；④在轉盤上安裝轉動角速度標尺。

3.2 轉體施工

3.2.1 試轉

各項準備工作完成靜置24 h后，進行試轉，全面檢查牽引動力系統等是否導常。試轉時，應該認真觀察以下內容：①每分鐘轉速，即每分鐘轉動主橋的角度和懸臂端所轉動的水平弧線距離，將轉速控制在合理的范圍內。②控制采取點動方式操作，測量組要測量每點動一次懸臂端所轉動水平弧線距離的數據，在轉體初步到位后，為其精確定位提供一定的依據。③檢查其結構是否平衡、穩定，是否存在故障，關鍵承受外力的部位是否有裂紋。如果在檢查過程中發現異常，應該立即中止，找到原因，實施有針對性的措施，加以整改之后才能繼續運行。

3.2.2 正式轉體

試轉完畢后，認真分析搜集到的所有數據，制訂具體的轉體方案，選擇合適時機在天窗點內正式轉體。在此過程中，要注意以下幾點：①準備工作要安排到位，氣象條件滿足要求，所有人員到位，輔助頂達到預定噸位后，轉體人員在收到具體的轉體指令以后，開啟動力系統設備。②轉體結構旋轉之前，相關部門要周密部署，每位工作人員要明確自己負責的工作，嚴格履行自身職責，分工合作，現場總指揮統籌調度，統一安排。③轉體使用的2個相對稱的千斤頂應該保持大小相同、方向相反的作用力，確保轉盤只承受與摩擦力矩彼此平衡的動力偶，沒有傾覆力矩出現。④在設備運轉過程中，所有人員要全神貫注，認真觀察和監控所有設備的運轉狀況。如果發現異常，要及時找出隱患，并處理，然后才能再次開啟設備繼續運行。⑤在橋面中心軸線前1.5 m內開始倒數，向控制臺報告監測數據，每隔20 cm報告1次；在20 cm內，每隔1 cm報告1次；在5 cm內，必須每隔5 mm報告1次，以便于控制系統的操作人員可以實時了解轉體的實際狀況，促使其更有效地控制和操作系統，讓轉體可以滿足理想的設計要求。⑥當轉體結構靠近設計位置時，為了避免出現超轉的情況，要依托慣性轉動，結束之后，動力系統由手動狀態改為10 s、5 s、2 s的點動操作。每點操作一次，測量人員報軸線走行現狀數據1次，反復循環，直至結構軸線就位。

3.3 轉體測量控制

3.3.1 轉體過程測量控制

3.3.1.1 光源布設置

由于轉體時間是在凌晨00：00—04：00之間，這個時候武廣高鐵停止運行，因此，應該保證充足的照明，布置充足的燈源，以方便儀器測量。同時要為每位觀測人員配備1個手電筒。

3.3.1.2 測點布置

在大小跨側腹板頂中心位置設置1個CPⅢ套筒，用于安裝全站儀棱鏡；塔尺固定到槽型梁大跨端、小跨端；在塔頂用徠卡反射片設置2個豎向觀測點。

3.3.1.3 測量方法

在實際工作中，具體的測量方法是：①在槽形梁的兩端各布置1臺水平儀，用來觀測梁端部就位后的梁頂高程。②在小跨側的邊跨直線段上、大跨側的線路上各布置1臺全站儀，設置儀器的視線方向，使其保持在槽形梁理論中心方向，利用其自動追蹤功能觀察轉體就位過程。③進行塔柱偏位測量時，采用外貼徠卡反射片的方式在轉體前測出塔柱的原始坐標。④計算轉體21°對應的平面坐標。在轉體過程中，要時刻回報轉體與設計中線的位置關系。當轉體距離槽型梁軸線1.5 m時，及時發出命令，采用點動的方式完成相關工作。直到其距離軸線20 cm時，點動結束。

轉體就位采取全站儀對其中線加以校正，誤差不能夠超過2 cm。

3.3.2 轉體后精確就位

在轉體過程中，由于轉體橋球鉸的轉動、撐腳間隙的變化等原因，導致轉體就位后橋梁的狀態和脫架后的狀態完全不同，所以，轉體就位后需要調整橋梁姿態，使之符合就位后的姿態要求，從而實現對橋梁的精確調整。

3.3.2.1 主梁線形標高初調

在初步配重的基礎上，進行3次精確配重，此時的主梁線形狀態對應的理論目標狀與本橋需調整到位的理論目標狀態（脫架后的橋梁姿態）稍有微差，所以，需要利用布置于下承臺頂的千斤頂頂上承臺底，將主梁的標高初步調整到脫架后的主梁標高狀態。

3.3.2.2 基于空間擬合曲線的平面位置調整

用全站儀測量梁端擬合位置處的空間坐標，根據點的位置擬合出精確定位時的水平位置。擬合點為梁中心和底板兩底角。

3.3.2.3 精確調整

此次精調確定的一組控制參數為撐腳間隙、梁端標高和主塔偏位。在調整撐腳間隙時，通過梁端標高、主塔偏位來校核，即當撐腳間腳調整到脫架后的撐腳間隙時，梁端標高、主塔偏位也達到了目標狀態。利用下承臺頂的千斤頂頂上承臺調整撐腳間隙，并在撐腳處安置百分表，用以監測撐腳間隙的細微變化，以便于控制千斤頂頂的方向和力度。

3.3.2.4 固定撐腳

在調整主梁姿態時，要確保其精確程度滿足要求。在實際工作中，采用鋼板、鋼楔子楔住支撐腿與滑道之間的縫隙，并焊接固定，同時，加快上下承臺預埋鋼筋的連接以及在端部采用千斤頂頂起等多種方式同時鎖定轉體結構。另外，安裝百分表觀測撐腳間隙的變化情況。實踐證明，用鋼板、鋼楔子楔住支撐腿與滑道之間的縫隙，并焊接固定后，間隙基本無變化。這說明，這種固定措施是有效可行的。

4 質量、安全控制措施

對于轉體運動而言，上、下轉盤和滑道是非常重要的部位。因此，工作人員要嚴格依照施工圖中規定的流程開展相關工作，循序漸進，將四氟粉與黃油混合，將其涂抹在轉盤球面上，從而降低摩阻力。

在轉體過程中，應該保證2個相對稱的千斤頂保持大小相同、方向相反的作用力，從而確保轉盤只承受與摩擦力矩彼此平衡的動力偶，沒有傾覆力矩出現。

為了保證梁體在轉動時不發生左右傾斜和前后方向低頭或抬頭的問題，轉體前，除了按照理論配重外，還要在承臺上精確稱重配重，確保轉體部分大小跨力矩平衡。

轉體前，為了方便轉體時梁體能順利轉到橋墩上就位，主塔兩側邊墩身墊石都不澆筑，并將橋墩上錨栓孔加深40 cm，深入到墩身中。轉體時，只將支座放置墩頂，不安裝就位支座，轉體到位后再澆注墊石和就位支座。

在施工過程中，要嚴格按照《鐵路營業線施工及安全管理辦法》和廣鐵（集團）公司的規定完成相關工作。跨越武廣高鐵作業時，必須提前向廣鐵集團申請鐵路要點，批準給點后，方可作業。

在安裝千斤頂時，要先確定其具體位置，保證其中心線與上轉盤外圓相切。另外，其高度要與預先埋設的鋼絞線中心線相一致，而且兩對稱千斤頂的中心線應該保持平行。

在槽形梁轉體前，應清除腹板頂、底板頂和轉體半徑范圍內影響轉體的一切障礙，并派專人檢查。

5 結束語

綜上所述，該施工技術按照力矩平衡的原理進行理論配重，索力分級加載，精確稱重、配重，成功解決了非對稱轉體斜拉橋平衡跨越運營高鐵技術難題，為后續類似工程提供了參考和借鑒。

參考文獻

[1]楊振江，鞏天才.石景山南站跨越鐵路高架斜拉橋轉體施工技術[J].鐵道建筑技術，2004（11）.

[2]韓俊.跨滬寧高速公路跨線橋轉體施工技術[J].北方交通，2013（3）.

〔編輯：白潔〕