上跨鐵路橋梁轉體(平轉)施工關鍵技術

馮全信

摘要：本文根據蒙自繞城高速蘆槎沖特大橋上跨玉蒙鐵路轉體橋施工工程實例，結合工程實際采用定量分析的方法，介紹橋梁平轉施工最為核心的關鍵技術或關鍵工序，希望能為云南地區更多的橋梁轉體設計和施工控制提供參考、借鑒。

【關鍵詞】橋梁轉體；施工；關鍵技術

1.工程概況

蒙自繞城高速蘆槎沖特大橋主橋在玉蒙鐵路K135+070處上跨，上跨段橋梁位于曲線上，公路與鐵路交角為78°。既有玉蒙鐵路作為我國西南地區一條重要的國際通道，鐵路客貨運輸繁忙，根據昆明鐵路局批復的相關技術文件要求，為減小施工對既有玉蒙鐵路的運營干擾，確保營運安全，采用轉體法施工。通過采用轉體施工工藝，充分體現了其不同于傳統施工工藝的優越性，在施工過程中僅中斷鐵路交通45分鐘，施工工期6個月，對鐵路交通運輸的影響最小。若采用傳統施工工藝（如架橋機架梁），需中斷鐵路交通達18個小時左右（根據中國鐵路總公司及昆明鐵路局有關文件計算，包含搭設、拆除防護棚架時間及架梁時間），且施工難度大，工期長，風險高。

轉體T構梁轉體長度為68m，就位后兩側各澆筑5.92m的后澆段，整體全長79.84m；轉體結構寬24.5m。經過計算，轉體梁的整體重約為7800噸，故施工中球鉸采用承受重量達9000t噸的ZTQZ-1-90000型球鉸。

2.工藝特點

轉體施工工藝對既有鐵路運輸影響小，申請中斷鐵路行車時間短，施工期間鐵路列車正常通行。

橋梁轉體主要是通過結構自身來實現旋轉就位，使用的機械設備簡單，施工中可大大減少支架材料的用量；轉體結構及工藝具有承載力大、安全穩定、性能合理、簡易高效等特點。

施工工藝在轉體過程中時僅需簡單的液壓設備和牽引鋼絞線即可在較短時間內實現上部結構的轉體就位，有較高的推廣價值。對比掛籃施工，本工法施工分段相對較長，對應的施工速度將會大大提高，錨具耗用量明顯降低，同時掛籃施工均為高空作業，安全風險高。另一方面，就對轉體結構所跨越的河道、公路、鐵路的影響來說，本工藝也明顯小于掛籃施工。

3.適用范圍

此技術適用于繁忙的鐵路、公路干線，特別是封鎖交通困難的鐵路運輸干線，且工期緊，安全要求高的橋梁工程。同時，對于跨深谷等施工受限的特殊橋梁施工及跨徑較大混凝土橋梁施工也適用。

4.工藝原理

本工法工藝原理即在以往跨線橋梁施工基礎上，在承臺上增加一個轉動中心球面鉸—磨心和轉體滑動軌道—滑道。本轉體橋的轉體系統包含下轉盤、球鉸、上轉盤以及牽引系統、滑道等部分組成，而球鉸則是由上球鉸、下球鉸以及摩擦副、銷軸等組成。通過上球鉸相對于下球鉸轉動，達到轉體目的。

5.轉體施工法的關鍵技術

橋梁轉體法的轉動體系主要有轉動支承系統、轉動牽引系統和平衡系統。

5.1轉動支承系統是轉動體系的重要組成，具有承重、平衡以及轉體等功能。

一般由上轉盤和下轉盤構成，它是轉體施工的關鍵設備。下轉盤通過承臺與群樁基礎相聯接，上轉盤則起到支承上部轉動結構的作用。上轉盤通過球絞相對于下轉盤進行轉動，從而實現轉體的目的。同時，轉動支承按平衡條件可分為三種類型，即磨心支承、撐腳支承和磨心與撐腳共同支承。蒙自繞城高速蘆槎沖特大橋上跨玉蒙鐵路轉體橋（以下簡稱本項目）采用第一種支撐類型——磨心支承。

本項目的磨心由兩塊鋼板直接壓制而成，分上、下球鉸，中心插有用于定位的銷軸；轉體過程中轉體結構的所有重量全部由這兩塊鋼制球面板承受。為了保證施工安全和轉體安全，在支承轉盤周圍設有8個支撐腳和16個砂箱，支撐腳的主要作用是在轉體過程中若出現傾覆傾向可對轉體結構起到支承作用，施工中讓上轉盤與支撐腳進行固結，在正常轉動時，支撐腳與滑道面不產生接觸。在轉體前應在下承臺頂面的撐腳間安裝限位梁，確保上、下轉盤在轉體時不發生相對位移和轉動，同時，還應在限位梁與支撐腳之間加設鋼支撐并采用鋼楔子打緊，轉體施工前，再去除鋼楔子，以利轉體。在施工過程中，考慮到各種施工動荷載和靜荷載對球鉸磨心的影響，在支撐腳下墊石英砂，讓石英砂填滿支撐腳和滑道間留有的間隙。同時，在16個砂箱里填滿石英砂并進行預壓，也對轉體上部結構起臨時支撐固定作用。轉體前，分別從砂箱閥門和支撐腳掏出石英砂。支撐腳和滑道間隙不能太大，也不能過小。間隙太大，在有傾覆傾向時支承作用將大大降低，不利于轉體安全；間隙越小，則對滑道面施工精度控制要求越高，如若滑道面的高差控制不好，可能造成擦腳不能轉動。本項目的間隙設置為12mm，在砂箱拆除后，間隙為8mm；在上下球鉸間同一球面上安裝聚四氟乙烯滑動片，并使其誤差均不大于0.3mm，滑片間采用黃油聚四氟乙烯粉進行涂抹。

在平轉體施工中，最關鍵的技術問題是轉體結構是否可以轉動，而球鉸的加工、安裝精度是決定性因素。本項目的球鉸加工由專業的生產廠家完成，在加工過程中，派專業技術人員駐廠檢查驗收，主要檢查球鉸各點處曲率半徑、球鉸表面光潔度、球面貼合度等指標。球鉸安裝過程中，嚴格控制球鉸的安裝精度，球鉸平面相對高差均控制在0.3mm內。通過控制球鉸的加工、安裝精度，可以有效減小摩阻力，從而實現平轉順利實施。

5.2轉動牽引系統主要是由主控臺、液壓泵站和智能連續轉體千斤頂組成。

其通過高壓油管和電纜線等連接組成1套轉體動力系統。整個系統由前后兩臺千斤頂串聯組成，每臺千斤頂公稱牽引力為2000kN，在千斤頂前端均配置相應的夾持裝置。牽引系統同時具有手動和自動兩種控制方式，正常的工作過程一般以自動控制為主，其他如各千斤頂的距離運動、位置調試則主要采取手動控制。

5.3平衡系統， 轉過程中的平衡問題是轉體施工的關鍵。

轉動體系必須是易于轉動且安全穩定的，這是一個理想轉動體系必須具有的兩個基本條件。轉動球鉸是整個轉體施工最為關鍵的核心構件，轉體時所用的牽引力矩的大小是由其摩擦系數的大小決定的。

轉體橋梁在沿梁軸線的豎平面內，一方面會在球鉸體系的制作和安裝過程中出現誤差，另一方面梁體質量分布也存在一定的差異，以及預應力張拉的程度差異等，往往可能導致橋墩兩側懸臂梁段再質量分布以及剛度等方面出現差異，導致不平衡力矩的產生。通過在施工前的準確計算，在球鉸安裝過程中，考慮了0.2m偏心距，使得由偏心引起的不平衡力矩問題得以有效解決，從而在完全拆除施工支架后，通過稱重試驗（對轉動部分的不平衡力矩、偏心距、摩阻力矩、摩擦系數進行測試），使得轉動體在自平衡狀態下得以正常工作，對整個施工過程的安全性起到了重要的作用。

6.結束語

通過對轉動支承系統、轉動牽引系統和平衡系統有效管理和控制，本項目轉體角度79.5°，轉體實際用時45分鐘。整個項目實施過程中，工期僅為6個月，在國內外都較為罕見，這充分體現了轉體施工工藝的優越性，隨著新技術、新工藝的不斷出現以及在工程中的應用，該方法以其簡潔快速、安全可靠、造價較低的特點，在橋梁建設中將發揮越來越大的作用，可產生很好的社會效益和可觀的經濟效益。只是，不足之處是作為轉體橋梁的核心構件的球鉸，一次性投入成本較高，且不能重復利用，在橋梁轉體結束后，只能作為橋梁的一部分共同埋入到混凝土中。中心球鉸封鉸立面圖，這是留給我們需要解決的技術性難題，有待所有工程技術人員去思考。

【參考文獻】

[1]張聯燕.橋梁轉體施工[D].北京.人民交通出版社，2003（03）：56-57.

[2]上海市城鄉建設和管理委員會.橋梁水平轉體法施工技術規程[S].上海.同濟大學出版社.2017：91-92.