跨鐵路既有線橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)特點的分析與研究

孫竹君

摘? 要：基于當(dāng)前跨鐵路既有線立交橋的建設(shè)規(guī)模及設(shè)計需求不斷增長的背景下，轉(zhuǎn)體施工技術(shù)具備的交通網(wǎng)絡(luò)正常運行和轉(zhuǎn)體施工同時并行、互不干擾的優(yōu)勢，使其在當(dāng)前市政道路跨線施工領(lǐng)域取得長足的發(fā)展與應(yīng)用，本文主要圍繞津石高速公路跨京九鐵路立交橋項目實例，對轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的施工工序及工藝、系統(tǒng)構(gòu)成、技術(shù)特點、影響因素等內(nèi)容進(jìn)行分析和闡述，希望為后續(xù)施工企業(yè)進(jìn)行跨線轉(zhuǎn)體施工操作提供必要的技術(shù)支撐和參考。

關(guān)鍵詞：跨鐵路既有線;橋梁轉(zhuǎn)體施工;T構(gòu);球鉸精度;參數(shù)控制

一、工程項目實例分析

本文在研究中所篩選的工程實例是津石高速公路上跨京九鐵路立交橋工程，采用主橋橋面整體式布置、引橋橋面和結(jié)構(gòu)均分幅布置的形式，橋梁全長490米，全寬33.5米，單幅橋梁全寬16.512米，主橋跨度是2×65米連續(xù)T構(gòu)布置，采用了大節(jié)段現(xiàn)澆、轉(zhuǎn)體法施工，轉(zhuǎn)體重量1.45萬噸。轉(zhuǎn)體主橋采用了預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)體剛構(gòu)，工程施工要求的控制精度高，技術(shù)難度較大;同時，鐵路附近需搭設(shè)現(xiàn)澆梁臨時支架，臨時支架的穩(wěn)定性及鐵路行車的安全性也是施工過程控制的重點。

二、轉(zhuǎn)體施工的工序及工藝

本工程轉(zhuǎn)體施工技術(shù)采用了群樁式基礎(chǔ)，下部中墩采用墩梁固結(jié)。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)是由下轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)體支座、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)四個部分組成，轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)所采用的轉(zhuǎn)動體系是由環(huán)道與中心支承相結(jié)合而成。轉(zhuǎn)體上部采用單箱三室斜腹板箱形截面結(jié)構(gòu)，整體箱室分為A0、A1、A2、A3及后澆段等部分，包括墩柱均采用大體積混凝土進(jìn)行澆筑。

三、轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的基本構(gòu)成

從結(jié)構(gòu)規(guī)劃角度而言，轉(zhuǎn)體系統(tǒng)主要包括墩柱、上下球鉸、四氟乙烯板、撐腳、滑道，其中最重要的就是球鉸和撐腳。而在轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動過程中，需要借助牽引系統(tǒng)的牽引力轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動所需驅(qū)動力，從而實現(xiàn)預(yù)期轉(zhuǎn)動目標(biāo)。牽引系統(tǒng)及轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)二者相互依存。

1、球鉸

球鉸是整個轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)成部分，是轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的骨架，對轉(zhuǎn)體過程起到支撐和保障作用，因此要嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)對球鉸的基本原理、功能和質(zhì)量等進(jìn)行綜合評估與篩選。

2、撐腳

作為轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)滑動的支點，撐腳是轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)成部分，在篩選時要高度重視撐腳是否堅固耐用。由于施工時一般將撐腳和混凝土結(jié)構(gòu)澆筑在一起，因此務(wù)必確保撐腳部分的混凝土澆筑按照標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行，同時應(yīng)規(guī)范撐腳的鋼筋綁扎操作。在設(shè)計階段可通過混凝土養(yǎng)護(hù)以及預(yù)壓試塊等方式對撐腳位置預(yù)應(yīng)力對應(yīng)的張拉時間進(jìn)行評估。

3、牽引動力

為確保在轉(zhuǎn)體過程中提供足夠的牽引力，牽引動力系統(tǒng)是轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的核心。牽引系統(tǒng)一般通過計算機系統(tǒng)來進(jìn)行數(shù)字化操控，借助信息技術(shù)的應(yīng)用來完成對液壓表及運轉(zhuǎn)速度等參數(shù)的綜合控制，為實現(xiàn)兩幅同步轉(zhuǎn)體的運行目標(biāo)提供保證。

四、轉(zhuǎn)體施工過程原理

轉(zhuǎn)體箱梁的重量通過墩柱傳遞至上球鉸，上球鉸通過球鉸間的四氟乙烯板傳遞至下球鉸和承臺。撐腳和滑道之間以及上下球鉸之間的動摩擦力矩主要由牽引反力座、轉(zhuǎn)體連續(xù)作用千斤頂、牽引索來承擔(dān);而上下球鉸之間以及撐腳和滑道之間的動、靜摩擦力矩之差主要由助推反力座、助推千斤頂來承擔(dān)。待箱梁主體施工完畢以后，脫空砂箱將梁體的全部重量轉(zhuǎn)移于球鉸，然后進(jìn)行稱重和配重，利用埋設(shè)在轉(zhuǎn)臺的牽引索、轉(zhuǎn)體連續(xù)作用千斤頂，克服上下球鉸之間及撐腳與下滑道之間的摩擦力矩，使橋體轉(zhuǎn)動到位。

五、基于工程實例的轉(zhuǎn)體施工技術(shù)特點分析

1、轉(zhuǎn)體重量

經(jīng)過數(shù)十年的積累與發(fā)展，轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的施工工藝愈發(fā)成熟，轉(zhuǎn)體橋梁的總重量也取得巨大的增長。1980年修建的魯班水庫大橋轉(zhuǎn)體重量僅50噸;經(jīng)過30余年的發(fā)展，2014年修建的武漢姑嫂樹大橋重量達(dá)1.75萬噸;僅僅一年后的2015年，鄒城市三十米橋上跨鐵路立交橋轉(zhuǎn)體重量達(dá)到了當(dāng)時世界之最的2.24萬噸;2016年的菏澤丹陽橋和唐山市跨津山鐵路立交橋分別達(dá)到了2.48萬噸和3.3萬噸，屢次刷新橋梁轉(zhuǎn)體重量的世界紀(jì)錄。本項目工程實例重點橋梁轉(zhuǎn)體重量也達(dá)到了1.45萬噸，雖未達(dá)到刷新記錄的水平，但也同樣為我國轉(zhuǎn)體橋梁建設(shè)施工積累了經(jīng)驗。

2、轉(zhuǎn)體梁懸臂長度

對于本工程懸臂長度65米的跨京九鐵路轉(zhuǎn)體立交橋，當(dāng)承臺位置處僅變化1毫米時，最大懸臂端的位移量就達(dá)到近20毫米。因此，對于橋梁轉(zhuǎn)動過程中及轉(zhuǎn)體完成后的線形調(diào)整，精準(zhǔn)控制最大懸臂端的標(biāo)高和梁體兩端的彎矩平衡至關(guān)重要，唯有不斷提高橋梁的抗傾覆能力，才能確保轉(zhuǎn)體后的順利合攏。

3、轉(zhuǎn)體橋梁橋面寬度

我國原有道路交通上的橋梁多為雙向四車道，已經(jīng)無法滿足當(dāng)前擁堵路況所需的路幅寬度，因此現(xiàn)在修建的橋梁多為雙向六車道。對于橋面較寬的轉(zhuǎn)體橋梁，若混凝土澆注時分布不均勻，可能會產(chǎn)生橫向不平衡力矩，從而使球鉸側(cè)轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)體梁受扭，造成橋梁的受力分析愈發(fā)復(fù)雜。本工程實例中轉(zhuǎn)體橋的寬度為21.3m，轉(zhuǎn)體時應(yīng)特別注意橫向和縱向的重心控制，確保橋梁轉(zhuǎn)體時的穩(wěn)定與安全。

4、轉(zhuǎn)體過程中的風(fēng)荷載影響

轉(zhuǎn)體橋梁在風(fēng)荷載作用下的動力響應(yīng)對轉(zhuǎn)體過程影響很大。根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗，預(yù)計給出的轉(zhuǎn)體時間十分有限，轉(zhuǎn)體當(dāng)天是否有大風(fēng)將決定是否能夠按時進(jìn)行轉(zhuǎn)體，特別是對于受風(fēng)面積較大的大懸臂寬幅轉(zhuǎn)體橋梁，受到的風(fēng)荷載相對更大;同時當(dāng)風(fēng)頻與轉(zhuǎn)體橋的自然頻率接近時，轉(zhuǎn)體橋在風(fēng)荷激勵下的響應(yīng)也很大。因此，當(dāng)橋梁施工地點位于多風(fēng)地區(qū)時，必須分析風(fēng)荷載對轉(zhuǎn)體橋梁穩(wěn)定性的影響，并確定轉(zhuǎn)體時的安全臨界風(fēng)速。

5、合攏前后的受力區(qū)別

合攏前，處于靜定結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)體橋是由球鉸提供抗傾覆力矩來保持平衡，橋梁懸臂最大端受力為零，主梁根部截面處受力最大。當(dāng)轉(zhuǎn)體到合攏位置時，整個橋梁由靜定結(jié)構(gòu)變?yōu)槌o定結(jié)構(gòu)，主梁的應(yīng)力重新分布，無論是設(shè)計還是施工上都不可忽視，務(wù)必使橋梁結(jié)構(gòu)的形變和內(nèi)力處于可控范圍內(nèi)。

六、影響轉(zhuǎn)體精度控制的主要因素

理論方面主要由以下三個因素影響T構(gòu)橋梁能否精確完成轉(zhuǎn)體：一是轉(zhuǎn)體系統(tǒng)中滑道和球鉸的安裝精度，二是試轉(zhuǎn)過程中對試轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)的匯總分析，三是正式轉(zhuǎn)體階段中的過程動態(tài)測點控制。

1、球鉸的安裝精度控制

球鉸包括上球鉸和下球鉸，球鉸安裝的精度和質(zhì)量直接決定了轉(zhuǎn)體成敗。其中，安裝上球鉸要注意球鉸放置時需保證中心銷軸豎直并與周圍間隙一致;安裝下球鉸則主要利用預(yù)埋的定位鋼骨架來安裝固定。安裝過程中應(yīng)盡量確保球鉸面不變形，保證球鉸面的光潔度及橢圓度;同時應(yīng)務(wù)必確保球鉸范圍內(nèi)的混凝土振搗密實，防止混凝土漿等雜物進(jìn)入球鉸摩擦部位。

2、橋梁試轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)體時的重要參數(shù)控制

轉(zhuǎn)體施工的重要控制參數(shù)包括每分鐘轉(zhuǎn)速、點動位移、慣性位移和轉(zhuǎn)動油壓，以上參數(shù)均用于反映轉(zhuǎn)體過程中梁體的運動狀態(tài)，施工現(xiàn)場務(wù)必委托具備相應(yīng)資質(zhì)的單位進(jìn)行實時監(jiān)測，利用數(shù)控方法對以上參數(shù)進(jìn)行全過程監(jiān)控。

七、總結(jié)

綜上所述，本文通過對跨京九鐵路轉(zhuǎn)體大橋工程實例的施工工藝及工序分析，闡明了轉(zhuǎn)體施工技術(shù)在跨鐵路既有線T構(gòu)橋梁設(shè)計與施工過程中的重難點，論證了跨線轉(zhuǎn)體施工技術(shù)即能滿足工程項目建設(shè)規(guī)模要求，也能最大限度節(jié)省土地資源，同時降低對正常鐵路線路的影響，具有廣闊的發(fā)展前景。今后也需進(jìn)一步論述該技術(shù)在實際施工組織中的總體部署、設(shè)備構(gòu)成、安全質(zhì)量保障措施等關(guān)鍵要素，為跨線橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的應(yīng)用積累經(jīng)驗。

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