淺述超大噸位斜拉橋轉(zhuǎn)體上跨鐵路營業(yè)線施工技術(shù)

奚文峰

摘 要 超大噸位斜拉橋轉(zhuǎn)體上跨鐵路施工難度大，鄰近鐵路營業(yè)線施工安全風險高，超長大樁徑樁基礎(chǔ)、高塔、主梁結(jié)構(gòu)技術(shù)復(fù)雜，球鉸及其他轉(zhuǎn)體設(shè)備、索道管、錨拉板、斜拉索安裝精度要求高，需嚴格控制施工質(zhì)量和現(xiàn)場安全。轉(zhuǎn)體上跨路需按照審批的計劃和方案周密部署、精心組織才能確保施工萬無一失，順利實施。本文以唐山市中心城區(qū)環(huán)線（二環(huán)路）上跨津山鐵路等既有鐵路立交橋轉(zhuǎn)體施工為例，探討了超大噸位斜拉橋轉(zhuǎn)體上跨鐵路的技術(shù)細節(jié)，旨在提供一定的參考與借鑒。

關(guān)鍵詞 超大噸位;斜拉橋;轉(zhuǎn)體;上跨鐵路

1工程概況

1.1 橋梁設(shè)計概況

唐山二環(huán)路上跨津山鐵路等既有鐵路立交橋位于唐山市豐潤區(qū)任各莊村與開平區(qū)周趙莊村接合處，橋梁全長927.5m。

主橋由（34+81）m+115m轉(zhuǎn)體斜拉橋和68m+68m轉(zhuǎn)體T構(gòu)組成，轉(zhuǎn)體斜拉橋橋型為獨塔四索面斜拉橋，共128根索。轉(zhuǎn)體最大懸臂2×106.5m，橋梁轉(zhuǎn)體噸位33000t，轉(zhuǎn)體角度42°3′18″。斜拉橋主梁采用等高度混凝土整體箱梁，標準段頂寬19m，梁高1.5m，采用C55混凝土，共計7232m?。主塔為雙人字形塔，總高80.5m，橋面以下塔柱高度約為19.9m，橋面以上塔高約60.6m。上塔柱高31.583m，作為索錨區(qū)采用整體箱形截面，順橋向長5.0m，橫橋向?qū)?.704～8.02m，縱橫向壁厚分別為 100cm、80cm;斜拉索錨固點橫向間距2.2m，對稱于塔柱中心線設(shè)置。

引橋橋跨樣式為4×40m+3×35m連續(xù)箱梁、2×40m+4×30m+3×30m連續(xù)箱梁。橋梁標準橫斷面：0.5m防撞墻+15.5行車道+0.5m防撞墻+（9.0m～4.0m）中央隔離帶+0.5m防撞墻+15.5行車道+0.5m防撞墻，單幅橋面寬16.5m，橋面橫坡為2%。

1.2 橋梁與鐵路位置關(guān)系

津山鐵路下行線與橋梁軸線交叉處鐵路里程為K276+679.29，交角為137°57′，交叉處既有鐵路軌面高程為44.918m，鐵路位于直線上。既有津山鐵路為雙線電氣化、無縫線路，線間距4m，線路中心兩側(cè)3.1m有電氣化立柱。津山鐵路要求橋下凈高7.96m，設(shè)計橋下凈高為8.11m。主塔外側(cè)距離津山下線中心線最小距離為13.15m。

1.3 斜拉橋轉(zhuǎn)體系統(tǒng)

斜拉橋采用平面轉(zhuǎn)體施工法跨越既有鐵路。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)設(shè)置在主塔塔柱底部，由轉(zhuǎn)盤、球鉸、撐腳、環(huán)形滑道、牽引系統(tǒng)、助推系統(tǒng)等部分組成。因本橋主梁位于半徑6000m的曲線及直線上，大懸臂狀態(tài)下主梁將產(chǎn)生橫橋向不平衡彎矩約35000kN.m。為保證轉(zhuǎn)體時結(jié)構(gòu)處于平衡狀態(tài)，球鉸中心向曲線內(nèi)側(cè)設(shè)預(yù)偏心12cm。轉(zhuǎn)體下盤為主塔的承臺，轉(zhuǎn)體完成后，與上轉(zhuǎn)盤共同形成橋梁基礎(chǔ)，采用C55混凝土[1]。轉(zhuǎn)體系統(tǒng)組成如下：

底座板：5.5m×5.5m×0.18m，重量為21.968t;

下球鉸：底平、上凹的圓柱狀體，球體半徑SR10m，Φ5.5m，高0.46m，重量為54.01t;

上球鉸：頂平、下凹的球冠狀體，Φ5.5m，高0.2665m，重量為31.157t;

四氟乙烯滑板：Φ60×18mm，2636個;

銷軸：Φ270mm鑄鋼柱;

滑道：滑道骨架高0.85m，滑道寬1.1m，中心直徑為12.1m環(huán)形滑道，滑道鋼板厚24mm，鋼板重量為9.8t;

撐腳：8組，每組由2個Φ800×24mm的鋼管混凝土組成;

砂箱：4組，每組3個，外筒Φ1200×20mm，內(nèi)筒Φ950×20mm;

千斤頂反力座：8組，每組2個;

牽引反力座：4個，A： 2.5×2×1.4m，B： 2.5×2×1.6m，C： 2.5×2×1.8m，D：2.5×2×2 m（尺寸均為長×寬×高）;

牽引索：4束，一對主牽引索采用30Φs15.2鋼絞線，一對備用牽引索采用15Φs15.2鋼絞線，每根索埋入轉(zhuǎn)盤長度大于4m，錨具4套;

轉(zhuǎn)臺：Φ15m，高1.1m。

2轉(zhuǎn)體系統(tǒng)安裝

2.1 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)安裝精度要求

2.2 滑道施工

滑道等分為8段在現(xiàn)場平地上拼裝，將焊接好的骨架單元組裝拼圓，使滑道鋼板處于同一水平面，點焊滑道鋼板，整圈點焊完成后再進行調(diào)整，使所有滑道鋼板處于同一水平面且接縫處平滑。采用精密水準儀控制好滑道頂面標高。骨架的中心與球鉸中心偏差不大于5mm，骨架安裝高差不大于5mm，調(diào)整鋼板頂面使其水平。

滑道鋼板通過骨架上位于鋼板上、下側(cè)的螺母調(diào)至設(shè)計位置，將鋼板拼接處焊接為整體，然后打磨平整。滑道頂面高程應(yīng)控制在±0.5mm范圍內(nèi)。

采用3mm厚不銹鋼板作為滑道頂面，與滑道鋼板焊接牢固、密貼，防止在轉(zhuǎn)體時將不銹鋼磋壞，焊接完成后將焊點打磨平。

2.3 球鉸安裝

（1） 下球鉸底座板支撐預(yù)埋

下球鉸底座板每邊均勻設(shè)置4個支撐，在承臺施工時預(yù)埋并加固確保穩(wěn)定。底座板四個角點的支撐角鋼上焊接調(diào)節(jié)螺栓。支撐與底座板焊接牢固。施工中將支撐面相對高差控制在≤2mm，中心偏差≤2mm。

（2）斜拉橋底座板安裝

底座板安裝采用1臺350t汽車吊。利用支撐面調(diào)高螺栓調(diào)整標高，平面位置調(diào)整采用倒鏈配合。安裝完成后與骨架焊接成整體。底座板、滑道安裝完成后澆筑球鉸預(yù)留槽內(nèi)混凝土至底座板剪力鍵槽底，其余部位混凝土澆筑至承臺頂面。

底座板上開設(shè)有直徑15cm的圓孔64個，用于底座板下混凝土澆筑時振搗及排氣，混凝土的澆注順序由中心向四周進行。

底座板混凝土達到設(shè)計強度之后，安裝下球鉸，下球鉸通過剪力鍵與底座板固定，采用1臺650t吊車吊裝，將下球鉸安放于底座板上，調(diào)整至設(shè)計位置，安裝后進行平面位置及高程復(fù)測。

（3）預(yù)留槽澆筑

斜拉橋下球鉸安裝完成后澆注下盤混凝土，承臺頂面應(yīng)低于下球鉸頂面10mm。混凝土澆筑完畢后清理下球鉸凹球面，清除凹坑中的混凝土和水，防止球面生銹。

（4）上球鉸安裝

①上球鉸安裝采用350t汽車吊。吊裝前清理下球鉸及上球鉸球面以及中心銷軸，去除水份及雜物。球鉸表面及安放滑動片的孔內(nèi)不得有任何雜物，并將球面吹干。

②在下球鉸凹球面上按照編號由內(nèi)到外安裝聚四氟乙烯滑動片，四氟乙烯片在工廠內(nèi)進行安裝調(diào)試后編好號碼，現(xiàn)場對號入座。四氟乙烯片φ60mm×18mm規(guī)格，允許應(yīng)力100Mpa，斜拉橋球鉸四氟乙烯滑動片為2636塊。按照由內(nèi)到外順序安裝聚四氟乙烯滑動片，安裝完畢后，各滑動片應(yīng)位于同一球面，其誤差≤1mm。黃油與聚四氟乙烯粉按重量比120：1的比例，配制混合好，填滿聚四氟乙烯滑板之間的間隙，并略高于滑動片頂面，保證滑動片頂面有一層聚四氟乙烯粉黃油。整個安裝過程注意保持球面清潔，涂抹完聚四氟乙烯粉黃油后，盡快安裝上球鉸。

③在中心銷軸套管中放入黃油，將定位銷軸豎直放入下球鉸孔內(nèi)，調(diào)整好垂直度與周邊間隙，吊裝上球鉸平穩(wěn)落在下球鉸上，上下球鉸位置重合。

④將上球鉸吊裝到位，套進中心銷軸內(nèi)。用倒鏈微調(diào)上球鉸位置，使之水平并與下球鉸外圈間隙垂直。

⑤轉(zhuǎn)動上球鉸，使多余的黃油溢出，四氟乙烯滑動片和上球鉸要貼合良好。

⑥球鉸安裝完畢對周邊進行防護，上下球鉸之間用黃油密封保護，外側(cè)用土工布纏繞，確保雜質(zhì)不進入到摩擦面內(nèi)。

2.4 撐腳安裝

斜拉橋設(shè)有8組撐腳，撐腳鋼管內(nèi)填充C55微膨脹環(huán)氧混凝土。下轉(zhuǎn)盤混凝土澆筑完成上球鉸安裝就位后即安裝撐腳，撐腳底與不銹鋼板間預(yù)留35mm間隙，間隙內(nèi)填滿鋪平炒干的石英砂，把撐腳水平地放置在石英砂上。

2.5 斜拉橋砂箱安裝

斜拉橋轉(zhuǎn)體系統(tǒng)設(shè)12個砂箱。滑道不銹鋼板鋪設(shè)施工完成后安裝砂箱。砂箱內(nèi)承壓介質(zhì)選擇干燥無雜質(zhì)的石英砂。

2.6 臨時固結(jié)

為保證轉(zhuǎn)體前施工狀態(tài)下斜拉橋的穩(wěn)定性，將千斤頂反力座加高，使上下轉(zhuǎn)盤連接，作為臨時固結(jié)（見下圖）。千斤頂反力座主筋錨入上轉(zhuǎn)盤，上、下轉(zhuǎn)盤臨時固結(jié)為一整體。

2.7 牽引索按安裝

斜拉橋設(shè)計2對牽引索，主牽引索采用30∮s15.2鋼絞線，備用牽引索采用15∮s15.2鋼絞線，錨固端采用P型錨具，埋入轉(zhuǎn)盤內(nèi)4.0m以上，并圓順地繞在轉(zhuǎn)盤上。牽引索安裝完成后采用防水布包裹，防止銹蝕[2]。

3轉(zhuǎn)體施工準備

3.1 轉(zhuǎn)體技術(shù)參數(shù)

3.2 轉(zhuǎn)體技術(shù)參數(shù)計算

（1）轉(zhuǎn)體牽引力計算

斜拉橋啟動時所需最大牽引力T=3979.4kN。

斜拉橋轉(zhuǎn)動過程中所需最大牽引力T=2387.6kN。

選用2臺450t型、2臺200t液壓、同步、自動連續(xù)千斤頂作為轉(zhuǎn)體牽引動力。

每根鋼絞線承受拉力：182kN。

轉(zhuǎn)體斜拉橋動力儲備系數(shù)（450+200）/397.9=1.63。

斜拉橋轉(zhuǎn)體牽引索的安全系數(shù)：45（根/臺）×182（kN/根）/3979.4（kN）=2.06。

（2）轉(zhuǎn)體時間計算

斜拉橋轉(zhuǎn)體角度42.055°，按鐵路安全限界要求，試轉(zhuǎn)角度為7°，正式轉(zhuǎn)體角度為33°：

轉(zhuǎn)體角速度為0.0167rad（即0.957°/min）

轉(zhuǎn)臺線速度為v1=0.0167×7.5=0.125m/min

梁端線速度：v2=0.0167×106.5=1.78 m/min

①試轉(zhuǎn)時間計算：

試轉(zhuǎn)4°（勻速轉(zhuǎn)動）理論用時：t試=4°/0.957=5min

剩余3°點動用時5min（測取相關(guān)參數(shù)）

②正式轉(zhuǎn)體時間計算：

正式轉(zhuǎn)體角度為33°，其中剩余2.055°在點外點動精調(diào)就位：

斜拉橋轉(zhuǎn)體上跨津山鐵路用時：t=30.945°/0.957=33min。

3.3 現(xiàn)場準備

（1）支架拆除

斜拉索自1至16號索依次對稱張拉，5號索張拉完成后拆除1號索梁上錨固點至主塔投影范圍內(nèi)底模和支架，按照斜拉索張拉次序順次拆除其余梁底模和支架。

（2）臨時固結(jié)拆除及體系轉(zhuǎn)換

臨時固結(jié)解除采用繩鋸切割，沿箱梁軸線方向向兩側(cè)對稱逐步拆除。

將滑道表面清理干凈，在撐腳底與滑道頂?shù)拈g隙中墊10mm厚四氟乙烯滑板，涂抹鋰基脂潤滑油。

分組對稱拆除砂箱，拆除時從箱梁軸線方向向兩側(cè)對稱進行。

測量主塔傾斜狀態(tài)，測量梁端標高確定梁端撓度，及時與第三方監(jiān)控單位確認，確保轉(zhuǎn)體順利。

3.4 轉(zhuǎn)體測量監(jiān)控

測控點布設(shè)主要是測量轉(zhuǎn)體過程中橋的整體平衡性、主塔的垂直度、梁體軸線，轉(zhuǎn)體時在兩端分別進行觀測。

3.5 轉(zhuǎn)體牽引設(shè)備安裝

每套連續(xù)張拉千斤頂分別水平、平行、對稱的布置于轉(zhuǎn)盤兩側(cè)的牽引反力座后方，千斤頂中心線與上轉(zhuǎn)盤外圓相切，高度與牽引索中心線水平。

（1）設(shè)備就位

將自動連續(xù)張拉千斤頂、泵站、主控臺安裝好，啟動各泵站調(diào)試，正常后進行手動調(diào)試，各項都正常后自動運行。在自動運行狀態(tài)下調(diào)整出設(shè)計要求的運行速度。轉(zhuǎn)體設(shè)備供電采用二路電源。

（2）穿索預(yù)緊

牽引索的鋼絞線表面銹跡、油污清理完成后，逐根順次沿著既定索道排列纏繞后，穿過千斤頂。注意使用的鋼絞線應(yīng)左、右均布，不能交叉、打絞或扭轉(zhuǎn)，并對鋼絞線進行預(yù)緊，預(yù)緊力5kN，使同一束牽引索各鋼絞線持力基本一致[3]。

4稱重及配重

轉(zhuǎn)體前進行稱重試驗，測試轉(zhuǎn)體部分的不平衡力矩、偏心距、摩阻力矩及摩擦系數(shù)。

斜拉橋主梁小里程側(cè)設(shè)計存在不平衡力矩 MG=177532 kN·m，偏心距e=54.9cm，需在大里程側(cè)采用水袋配重，按照期望偏心5cm考慮，在距離塔柱中心100m處配重170t，配重完成后，進行橋梁稱重。

5試轉(zhuǎn)

轉(zhuǎn)體設(shè)備安裝并調(diào)試完成、平衡配重、撐腳、滑道等均檢查無誤后方可進行試轉(zhuǎn)。通過試轉(zhuǎn)確定牽引設(shè)備，轉(zhuǎn)體系統(tǒng)是否能夠安全運轉(zhuǎn)，以及確定各項運行參數(shù)。

試轉(zhuǎn)時，應(yīng)做好以下重要數(shù)據(jù)的測試工作。

（1）每分鐘轉(zhuǎn)速，檢驗是否滿足轉(zhuǎn)體時間要求。

（2）采取點動方式操作，測量組應(yīng)測量每點動一次懸臂端所轉(zhuǎn)動水平弧線距離的數(shù)據(jù)，以供轉(zhuǎn)體初步到位后，進行精確定位提供操作依據(jù)。

（3）慣性位移值：停止牽引后梁體慣性移動數(shù)據(jù)。

（4）啟動牽引力。

（5）轉(zhuǎn)動牽引力。

試轉(zhuǎn)過程應(yīng)檢查每個撐腳與滑道的接觸情況以及四氟乙烯滑塊隨撐腳的走行情況。

試轉(zhuǎn)完成后，在每個撐腳與滑道鋼板之間采用鐵楔楔緊、固定。

6正式轉(zhuǎn)體

6.1 正式轉(zhuǎn)體流程

根據(jù)鐵路部門批準的轉(zhuǎn)體作業(yè)時間進行轉(zhuǎn)體，接到轉(zhuǎn)體命令后，啟動動力系統(tǒng)設(shè)備，并使其在“自動”狀態(tài)下運行。

轉(zhuǎn)動過程中監(jiān)測人員持續(xù)觀測塔柱軸線偏位，梁端高程變化，對橋梁轉(zhuǎn)體過程中的應(yīng)力應(yīng)變進行掌握。設(shè)備運行過程中，各崗位人員的注意力必須高度集中，時刻注意觀察和監(jiān)控動力系統(tǒng)設(shè)備的運行情況及橋面轉(zhuǎn)體情況。整個轉(zhuǎn)體施工過程中，加強對滑道四氟乙烯滑板的觀察，始終保持撐腳下方有四氟乙烯滑板。

轉(zhuǎn)體過程中，根據(jù)轉(zhuǎn)臺上標識的轉(zhuǎn)角刻度及梁面軸線雙控，以防欠轉(zhuǎn)或超轉(zhuǎn)。

6.2 手動定位

剩余2.055°進行手動精調(diào)定位，動力系統(tǒng)為點動操作，直至轉(zhuǎn)體精確就位，允許中線偏差不大于2cm。

6.3 鎖定

梁體中線到達設(shè)計位置后，在撐腳與滑道鋼板之間采用鐵楔楔緊、固定，防止梁體在外力作用下擺動，并在7#、10#邊跨現(xiàn)澆段處將伸入梁底的支架對懸臂端進行支頂，保證轉(zhuǎn)體后梁體結(jié)構(gòu)。

6.4 上下轉(zhuǎn)盤封固

轉(zhuǎn)體精確就位后，進行結(jié)構(gòu)姿態(tài)調(diào)整，調(diào)至設(shè)計位置后，立即進行上下轉(zhuǎn)盤封固施工，使轉(zhuǎn)盤與下轉(zhuǎn)盤連成一體。

7結(jié)束語

綜上所述，超大噸位斜拉橋轉(zhuǎn)體上跨鐵路營業(yè)線施工難度大，安全風險多，應(yīng)與鐵路管理單位密切配合，周密組織，嚴格控制橋梁質(zhì)量和現(xiàn)場安全，確保施工有序可控，按計劃實施轉(zhuǎn)體。

參考文獻

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