青連鐵路跨膠黃鐵路轉體施工設計

陳文奇

（中國鐵路設計集團有限公司,天津市 300142）

1 概述

青連鐵路連接山東、江蘇兩省，是我國“五縱五橫”綜合運輸大通道南北沿海運輸通道（黑河至三亞）的重要組成部分。線路出洋河口站后，左右線分別起橋，并行既有膠黃鐵路兩側行進，左線在84～85號墩跨越既有膠黃左右線后，與右線并為雙線。跨越處采用（48+80+48）m連續梁，全長177.5m，里程段落DK43+285.07～DK43+462.77，施工影響的膠黃鐵路范圍全長405m，里程段落K25+580～K25+985。既有膠黃鐵路為Ⅰ級雙線電氣化鐵路，青連左線與既有膠黃左右線交叉角度分別為145°43′和144°50′。主橋平面圖如圖1所示。

圖1 轉體主橋平面圖（單位:cm）

為減小連續梁施工對既有膠黃鐵路運營的影響，設計采用平行于既有膠黃鐵路支架現澆法施工0～1號塊、掛籃懸澆法施工連續梁2～10號塊，然后采用墩底轉體法施工并合龍。轉體立面布置圖如圖2所示。

圖2 轉體立面布置圖（單位:cm）

轉體施工工序主要流程如圖3所示。

圖3 轉體施工工序流程圖

2 總體布置

2.1 上部結構

梁部采用單線（48+80+48）m連續梁，梁底縱向按照二次拋物線漸變，跨中梁及邊支點處高3.6m，中支點處梁高6.4m，箱梁為整體橋面形式，梁面寬8.1m，箱寬4.4m，橋面板上設置擋砟墻、電纜槽、欄桿、接觸網支柱基礎等附屬結構。為防止轉體完成后橋面系施工在營業線上方對營業線行車安全造成影響，應在轉體施工前完成轉體部分附屬結構的安裝施工，對橋面封閉式防護后再進行轉體施工。

2.2 下部結構

橋墩采用圓端形實體橋墩，基礎采用鉆孔灌注樁基礎。本橋83、84號墩的轉體結構尺寸相同，為滿足轉體需要，承臺采用上下兩層，上層承臺為八邊形，厚度3.7m；下承臺為正方形，厚度2.5m。樁基采用16根1.25m鉆孔灌注樁。為保證既有膠黃鐵路的路基穩定性，基坑防護采用1.25m防護樁，樁間距1.5m，樁頂設置冠梁。

3 轉體結構

上下轉盤、球鉸、撐角及滑道、轉動牽引系統共同組成了轉體系統，轉動系統是實施轉體施工的核心構件。轉體結構立面布置圖如圖4所示。本橋轉體系統順時針轉體34°，轉體時間59min，轉體角速度不應大于0.01r/min，T構端部水平線速度不大于0.39m/min。

圖4 轉體系統立面布置圖（單位:cm）

3.1 下轉盤

下轉盤即橋墩基礎的下承臺，它對整個轉體系統起到支撐作用，在轉體結束后，通過混凝土澆筑與上轉盤共同形成橋墩承臺[1]。該橋下轉盤采用C50混凝土，正方形，高250cm。

下轉盤應分兩步施工，首先澆筑混凝土至球鉸骨架底高程，然后安裝滑道及下球鉸，最后進行千斤頂的反力座及剩余混凝土的澆筑。

3.2 球鉸

球鉸為鋼制結構，下球鉸為凹面向上的凹形，上球鉸為凸面向下的凸形。該橋上下球鉸厚度均為4cm，其中上球鉸直徑420cm，下球鉸直徑300cm。球鉸是轉體施工最關鍵的構件，通過轉動球鉸，實現整個轉體系統的轉動。球鉸主要技術標準如下。

3.2.1 球鉸制作精度

（1）球面粗糙度不應大于Ra12.5μm。

（2）球面各處的曲率應保證一致，半徑差值不應大于0.5mm。

（3）球面邊緣任意兩點的高程差不應大于1mm。（4）橢圓度不應大于1.5mm。

（5）球面上布置的四氟板頂面曲率應相同，半徑差不應大于0.9mm。

（6）球鉸上、下凹凸面的中心軸及球鉸轉動軸的中心軸必須重合。

3.2.2 球鉸安裝精度

（1）球鉸頂面邊緣各點必須水平，高程差不應大于1mm。

（2）球鉸轉動中心應嚴格按設計位置施工，順橋向施工誤差不應大于1mm，橫橋向施工誤差不應大于1.5mm。

3.2.3 球鉸安裝要點

（1）安裝期間球鉸的球面不應產生變形，同時應保證球鉸面粗糙度及橢圓度。

（2）承臺混凝土，特別是球鉸附近的混凝土應振搗密實。

（3）采取有效措施，防止雜物進入上下球鉸之間。

下球鉸現場安裝圖如圖5所示。

球鉸應在工廠制造加工完成，在下球鉸面球面上設置467塊銑鉆四氟板鑲嵌孔，同時為方便球鉸下方混凝土的施工，在下球鉸球面上預留了4個混凝土振搗孔及一定數量的排氣孔和壓漿孔。

為滿足球鉸中心軸的轉動，應精確定位下球鉸中心軸，并且在中心軸處固定預埋套筒后方可灌注下轉盤混凝土。待下轉盤混凝土灌注完畢后，在預埋套筒中放入直徑26cm的定位鋼銷軸，然后安裝聚四氟乙烯滑動片。施工前應對下球鉸上的四氟乙烯滑動片鑲嵌孔進行編號，待對球面及鑲嵌孔進行清理后，根據編號依次將滑動片放置在鑲嵌孔內，要求安裝完畢后四氟板頂面曲率應相同，半徑差不應大于0.9mm。上述工作完成后，在滑動片之間涂抹黃油聚四氟乙烯粉，均勻地布滿滑動片之間的空隙。

3.3 撐腳及滑道

在上轉盤上設置6個撐角，撐角支撐于滑道上，當轉體發生傾斜時，可保證轉體系統的穩定性。

撐角應在工廠內制造完成，在下轉盤混凝土澆筑完成后進行安裝。每兩個對稱的撐角之間的連線應與轉動軸中心線重合。每個撐腳由兩個80cm×2.4cm的圓柱形鋼管組成，撐角內填筑C50微膨脹混凝土，撐角下設鋼板，厚3cm。為預留出撐角與滑道的間隙，撐腳走板下應墊設1.6cm厚鋼板和0.4cm厚四氟板。

滑道寬度為110cm，轉動半徑為330cm，由1.6cm厚的不銹鋼板及2.4cm厚的滑道鋼板貼面組成，表層為4mm厚的四氟乙烯劃片。

承臺混凝土澆筑到約1.5m厚時,安裝并固定牢固下盤滑道骨架后，吊裝滑道鋼板，對其進行對中調平后固定。為使撐腳不下沉，在滑道的鋼板上填充石英砂。石英砂填充在鋼條做成厚度為1.7cm的方框內，砂箱直徑為50cm，滑道上共對稱布置6個砂箱，撐角水平布置在石英砂上，與滑道鋼板的間隙為2cm。砂箱可用來支承上轉盤、橋墩及上部結構的重量，同時對轉盤穩定也有一定的作用。

滑道現場安裝圖如圖6所示。

圖6 滑道安裝

3.4 上轉盤

上轉盤即橋墩基礎的上承臺，為縱、橫、豎向預應力結構，采用C50混凝土，八邊形，高200cm。轉臺是直接轉體過程中施加轉體牽引力的構件，同時球鉸、撐腳與上轉盤均通過轉臺進行連接，轉臺直徑760cm，高80cm。轉臺內部分散成對布置預埋轉體牽引鎖，每對牽引索的錨固端應在同一直徑線上，同時應注意所有牽引索的高度及牽引轉動方向應相同。牽引索的埋入深度不應小于300cm，施工完畢后圓順地纏繞在上轉盤上。

正式轉體前應進行試轉，以測定轉動面的摩擦系數。試轉時應首先去除撐腳下的石英砂箱，完成轉動支承體系的轉換,然后施加轉動牽引力,使上轉盤沿轉動中心軸轉動。試轉過程中檢查轉體系統工作情況是否正常并測量摩擦系數，為正式轉體提供依據。

本項目設計摩擦系數如下：靜摩擦系數0.1，動摩擦系數0.06；如測出的實際摩擦系數與上述值偏差較大，應仔細檢查、分析原因并處理。

摩擦系數計算公式：

式中：μ為摩擦系數；M為轉體力矩，kN·m；G為轉臺總重量，kN。

上轉盤縱橫向預應力筋分別采用標準強度1862MPa、彈性模量1.95×105MPa的10根15-75高強度低松弛預應力鋼絞線和15根15-75高強度低松弛預應力鋼絞線。預應力鋼絞線應單端張拉，張拉端錨具采用OVM15-15，錨固端錨具采用OVMM15-15P，錨具應滿足《鐵路工程預應力筋用夾片式錨具、夾具和連接器》（TB/T3193—2016）規定的Ⅰ類錨具的要求。縱橫向的張拉控制應力均為1302MPa。預應力鋼絞線不應一次性張拉所有預應力，應交錯、對稱張拉。預應力孔道采用波紋管成孔，張拉結束后應及時對孔道壓漿封錨。

豎向預應力筋采用帶軋絲錨的冷拉Ⅳ級精軋螺紋鋼筋，直徑32mm。預應力鋼筋在上轉盤頂面單端張拉，張拉控制力590MPa，錨固端置于上盤底混凝土中，錨板距底模板8cm。

3.5 牽引動力系統及牽引力的計算

3.5.1 牽引動力系統

牽引動力系統由連續千斤頂、液壓泵站和主控臺三部分組成[1]，能夠實現多臺千斤頂同步不間斷勻速頂進牽引結構旋轉到位。本橋每個轉體選用兩套ZLD200型液壓、同步、自動連續牽引系統，通過拽拉錨固于轉臺圓周上的20根15.2鋼絞線，形成水平旋轉力偶，使得轉動體系轉動[1]。

3.5.2 轉體牽引力的計算

轉體牽引力計算公式：式中：R為下球鉸頂面半徑1.50m；W為轉體系統總重量37000kN；D為轉臺直徑7.6m；μ為摩擦系數，其中 μ靜=0.1，μ動=0.06。

計算結果：靜摩擦系數較動摩擦系數偏大，因此計算得出啟動時所需要最大牽引力為486.84kN；轉動時所需要最大牽引力為292.11kN。該最大牽引力按照單組撐腳與球鉸共同受力時，且兩端鋼絞線同步牽引的工況考慮。本橋83、84號墩轉體牽引力相同。

4 轉體施工

4.1 準備工作

轉體前的主要準備工作有搜集天氣預報資料、既有線要點及封鎖、清理滑道并完成體系轉換、安裝設備并調試、試轉等。

4.1.1 搜集天氣預報資料

應掌握轉體時的天氣情況，作業天氣要求48h內風力不大于5級，無降雨。

4.1.2 既有線要點及封鎖

做好既有線防護工作，在調度命令確定的天窗時間方可進行轉體施工。

4.1.3 清理滑道并完成體系轉換

（1）用鐵絲等工具摳除撐腳下的石英砂，使撐腳與滑道有一定的間隙，作為拆除砂箱后梁體平衡的保證措施。

（2）分兩組對稱拆除砂箱，使梁體重量作用于球鉸上，切斷上轉盤與下承臺之間的連接鋼筋，完成體系轉換。

（3）清理滑道內雜質，在滑道與撐腳之間涂抹黃油四氟粉以減小摩阻力，并在撐腳下布置四氟乙烯板。

（4）轉動過程中轉動系統的自平衡和配重平衡對施工安全起著決定性作用，為保證轉體施工的順利實施，應對其進行稱重，測定轉動部分的摩擦系數、摩阻力矩、偏心距、不平衡力矩等參數后完成配重。

4.1.4 安裝設備并調試

（1）轉體過程中的設備出廠前要進行測試和標定，并在廠內進行試運轉。

（2）安裝設備并進行空載試運行。檢查并確認設備在不同的時間、溫度等環境下的運行狀況，空載運行正常后方可安裝牽引索、微調及控制設備。

（3）為防止轉體到位后繼續轉動，在平轉就位處設置限位裝置。

（4）安裝助力千斤頂。考慮初始靜摩擦力大于滑動摩擦力，單獨使用柔性鋼束可能會造成轉體結構突然轉動[1]，因此應設置初始啟動牽引的動力儲備千斤頂。該項目在下轉盤的內環支承柱和上轉盤撐角之間安裝了兩臺YCW250B型助推千斤頂。

4.2 轉體

在轉體結構靜置24h后，測量數據，確認其是否處于平衡狀態[2]，全面檢查轉體結構各關鍵受力部位是否有裂紋及異常情況。在完成各項準備工作后進行試轉，試轉角度5°。

試轉時應對轉動速度等數據進行測試，確定是否滿足設計要求，并檢查轉體結構的平衡穩定性、有無故障、關鍵受力部位是否產生裂紋等，如發現異常情況應立即停止試轉，查明產生異常的原因并進行相應整改后方可繼續試轉[3]。

試轉結束，對試轉中測試的各項數據進行分析整理，馬上進行正式轉體。轉體過程中不宜停止，應盡量一次轉體到位，保證轉動的連續性。

正式轉體作業時間表見表1。

表1 正式轉體作業時間表

4.3 合龍段施工后成橋

連續梁共設三個合龍段，即兩個邊跨合龍段、一個中跨合龍段。轉體就位后，先完成邊跨合龍，后進行中跨合龍，繼而完成體系轉換。

5 結語

該橋于2017年4月5日晚順利轉體就位，線路封鎖時間僅為90min，極大地降低了施工安全風險，取得了良好的預期效果，對類似工程具有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1]杜瑛.高速公路跨鐵路橋2～50mT構轉體施工方法[J].黑龍江交通科技，2011（9）：168-170.

[2]王同華.大令公跨京哈鐵路特大橋轉體施工研究[J].石家莊鐵路職業技術學院學報，2015（3）:25-31.

[3]李永貴.淺談轉體橋的施工技術[J].中國高新區，2017（7）：139.