跨線鐵路轉體橋施工技術發展綜述

徐春東，胡 洲，關俊鋒，潘祥峰，劉美豪

（1.南昌鐵路天河建設有限責任公司，江西 南昌 330002；2.南昌鐵路勘測設計院有限責任公司,江西 南昌 330001;3.華東交通大學土木建筑學院，江西 南昌 330013）

橋梁轉體法施工始于20 世紀40 年代的法國,最初是從豎轉法發展起來的，直至1976 年，平轉法施工才首次應用。隨后，國外在斜拉橋、T 型剛構橋、連續梁橋和拱橋等橋型上得到應用，平轉法的使用越來越廣泛，技術也越來越成熟[1-2]。 根據橋梁結構的轉動方向，可將轉體施工分為豎轉法、平轉法以及平轉與豎轉相結合的方法，其中平轉法的應用最多[3-4]。 我國的橋梁施工技術經過近七十年的發展取得了一定的成就，為我國經濟的發展做出了極大的貢獻，跨越鐵路轉體橋的設計與施工，以及未來的發展越來越受到重視[5]。 現行主要以連續梁橋、T 型剛構橋和斜拉橋為主的轉體橋施工，主要的特點是可使用簡單支撐提前制作半橋，轉體過程中以橋的結構本身為轉動體， 應用各種機械實現橋的轉動，并實現完美的梁體對接[6]。

隨著我國橋梁工程的建設需求日益增加，橋梁工程的轉體施工技術應用逐漸增多。 張敏等[7]以重慶鐵路樞紐東環線珞璜南右線特大橋連續梁跨越既有渝貴線鐵路工程為依托，研究了轉體橋施工力學特性及監控技術。 胡拔香等[8]以棗菏高速公路上跨京九鐵路(60+60) m 預應力混凝土T 型剛構橋的轉體施工為背景，根據轉體橋主梁平衡稱重的原理和方法以及橋梁轉體前的準備工作，總結了轉體橋施工技術要點。 韓瓊[9]以楊凌大道上跨隴海鐵路轉體T 型剛構橋施工為依托，對轉體橋施工過程中遇到的難點、解決方式及轉體橋的施工流程進行了詳細的總結。 張漢濤[10]通過分析公路上跨鐵路轉體橋梁施工技術要點，研究了提高轉體施工技術在橋梁工程中應用水平的方法。 梁羽[11]以葫蘆島經濟開發區特大橋工程項目為例，對該施工技術的應用進行分析，文章主要分析了轉體系統的組成、轉體橋主要的施工工藝、技術要點和各項影響因素的控制措施。 張恒[12]以興延高速公路上跨京包鐵路立交橋工程為依托工程，對轉體施工過程的技術要點進行研究，并對施工流程控制，轉體前準備工作，轉體過程用時控制等環節進行了優化設計。 趙琳等[13]以珞璜南右線特大橋上跨既有渝貴線為背景，通過不平衡稱重試驗，對轉體橋的不平衡力矩和偏心距等參數進行了研究，探索了轉體橋不平衡稱重施工控制要點。 方兵[14]以成昆鐵路大樹村龍川江三線大橋轉體施工實踐為背景，介紹了墩中轉體施工中的關鍵技術，主要闡述了墩中轉體系統設計與構造，墩中轉體的施工關鍵技術及施工控制要點。 彭志新[15]通過應用BIM 技術，以新建京雄鐵路為工程背景，對施工過程中的重點工藝及人員的可操作性作了進一步優化，提高了工程精細化管理效率。

轉體橋在跨越式鐵路以及公路工程施工項目當中應用非常廣泛， 不但給工程施工單位節省了大量的工程施工成本， 同時還降低了對周圍環境所產生的不良影響，所取得的工程施工效果非常明顯，具有很可觀的發展前景[16]。本文在閱讀大量文獻的基礎上綜述了跨線轉體橋的施工關鍵技術， 總結了3 種常見跨線鐵路轉體橋施工關鍵技術， 重點介紹了各型橋梁的轉體施工方法和施工技術難點， 論述了其運用和研究現狀。 并對橋梁轉體施工的安全風險管理和BIM 技術在跨線鐵路轉體橋施工中的應用進行了討論，最后展望了橋梁轉體施工法的技術發展前景。

1 跨線連續梁橋轉體施工關鍵技術

跨線連續梁橋大量采用平轉法施工，可極大減少對下行交通運輸的影響。 連續梁橋墩底轉體較為常見，墩中轉體較少，墩頂轉體施工工藝國內也已有多座橋梁采用，特別是近些年出現了一大批墩頂轉體橋。 使用平轉法對連續梁橋進行施工時，轉體段的施工一般使用支架現澆的方法[17]。

轉體系統施工是連續梁橋轉體施工的關鍵工序和技術難點，轉體系統由轉體下轉盤、上轉盤、撐腳、砂箱、墩柱、梁體、轉體牽引系統等組成，轉動牽引系統在施工時設置，沿著逆時針方向將上轉盤轉動到一定角度與橋梁軸線位置重合。 轉動系統中的球鉸由上下球鉸，球鉸間聚四氟乙烯板，對球鉸起固定作用的鋼銷，下球鉸定位鋼骨架等部件組成。轉動球鉸是轉動體系的關鍵工序，制作與安裝精度要求高，需要選擇具有資質的生產廠家加工，并請專業的安裝技術指導。

上、下轉盤均分兩次澆筑混凝土。 對于下轉盤，第一次澆筑于安裝底層、側面及豎向鋼筋后，第二次澆筑于下球鉸和環形滑道安裝，精調固定后[18]；對于上轉盤，首先進行上球鉸、鋼撐腳及砂箱安裝，而后進行混凝土的澆筑，第二次澆筑于安裝鋼筋及預應力束后[17-19]。

2 跨線T 型剛構橋轉體施工關鍵技術

T 型剛構橋因其具有懸臂受力特點， 墩頂位置處存在較大負彎矩，易產生裂縫，對其跨越能力有較大制約[20]。 T 型剛構橋轉體施工關鍵技術有：

1） 轉體角速度控制[21]。 對轉體角速度的要求，視所應用的轉體設備區別對待。 轉體設備若選用卷揚機組，由于其控制精度低，且牽引索為鋼絲纜繩滑輪組，承力索長，受力彈性伸長量大。 停機后，由于彈性力釋放，易發生超轉，對轉體角速度的要求嚴格；而液壓轉體系統運行勻速平穩，千斤頂就近安裝，承力索短，超轉不易發生[22]。 還應視轉體上部結構的懸臂長度及剛度有所區別。 總之，轉體角速度的確定應使轉體上部結構慣性力矩小于轉盤動摩擦力矩， 否則可能會出現在沒有牽引的情況下，轉體結構在慣性力的作用下繼續轉動，當沒有附加的限位設備時，非常危險。

2） 轉體力偶均衡控制[23]。 盡量采用同步性和連續性比較好的轉體動力系統，保證轉體穩定性和轉體效果。 在一些項目中，連續梁的前后跨長度不一致，導致縱向傾覆力矩的出現，為保證轉體時的縱向穩定性，避免出現橫向傾覆的可能，可采用水箱進行橫向配重。

3） 轉體位置控制[24]。 ①轉體過程中,監控測量人員每間隔一定時間向指揮部匯報一次測量結果，如雙方轉速不一致時應暫停予以調整，待調整后再繼續轉體。 當最大懸臂端轉體即將到達設計位置前100 cm 左右時就暫停轉體，后面再采用點動操作，與測量人員相互配臺，完成精調，確保橋梁軸線精確定位。②兩側分別設置全站儀等測量設備和配備專職測量人員，對轉體全過程進行監測，不斷提供橋梁軸線數據。 精確定位時，兩套測量裝置對同一定位數據進行檢測校核，以利于提高數據測量精度和定位精度。 ③在橋墩的合適位置設置限位裝置，以防超轉。

3 跨線斜拉橋轉體施工關鍵技術

轉體斜拉橋由于充分利用斜拉橋的結構優勢，比梁式轉體橋具有更好的跨越能力，結構形式更優美[25-26]。 轉體施工時，在轉動系統結構施工完成后，通過需要轉體的橋墩下面的轉動體系將橋面轉動到設計位置。 使用轉體施工方法能夠有效地克服跨越不能截停的河流、線路或是使用傳統方法難以跨越的山谷的橋梁，并且施工材料設備簡單，施工容易，施工快速高效，容易計算結構受力狀態，工程花費低等優點[27]。

我國已建的轉體斜拉橋大部分為對稱結構獨塔單索面混凝土橋，且橋跨比較大，主梁材質相同。因轉體橋在轉體時，需要提前拆除支架，并解除砂箱等臨時固定措施，使主梁處于懸空狀態。 此時，整個結構將由轉體主墩保持平衡。 此類設計可以減少轉體主梁不平衡的現象，通過自平衡就能保證轉體結構的穩定。 但是，預應力混凝土結構因其自重大的缺陷，限制了轉體斜拉橋跨越能力。 而混合梁轉體斜拉橋相比于一般的轉體斜拉橋具有更好的力學性能和跨越能力，社會效益高，成為轉體橋重要的發展方向之一。 如東豐路跨鐵立交橋轉體最大懸臂長度達145 m，且為非對稱結構，主梁若都采用預應力混凝土結構，轉體重量過于龐大，勢必導致主梁的不平衡，需增大配重，對轉動系統要求更高，施工難度將會大大提升。 如若采用混合梁，邊跨使用良好的抗壓性能混凝土材料，可以增大邊跨的重量和剛度，同時減少了主跨的內力和變形；主跨使用良好的抗拉性能鋼箱梁，不僅可以降低轉體重量，而且能減少邊跨支座反力以及避免了負反力的產生[28]，從而有更好的結構性能，能夠滿足工程建設的要求。

3.1 轉體施工方式

轉體斜拉橋主要采用水平轉動施工，主要分為墩頂水平轉體和墩底水平轉體施工。 當轉體斜拉橋橋墩較高或橋墩體積較大時，采用墩頂轉體相比墩底轉體，轉體重量明顯減小，轉體重心較低，降低了球鉸、轉體結構的設計難度，有效地提高了轉體結構可靠性[28]。 但是，墩頂轉體施工平臺小，高空安裝轉體系統導致施工控制難度大。 目前已建的轉體斜拉橋除北京六環跨豐沙鐵路斜拉橋、衡水市上跨京九、石德立交橋和石家莊市和平路跨鐵路高架橋采用墩頂轉體以外，均采用墩底轉體方式。

轉體斜拉橋轉體系統主要分為球鉸轉體、平鉸轉體和轉體支座轉體，目前已建和在建的轉體斜拉橋除了綏芬河轉體斜拉橋采用平鉸轉體，紫氣大路跨鐵路立交橋，東豐路上跨鐵路立交橋采用轉體支座轉體外，其余均采用球鉸轉體[29]。

3.2 主要技術重難點

轉體斜拉橋的轉動體系統主要包括轉體上盤、轉體下盤、轉動鋼球鉸、撐腳及滑道和轉動牽引系統6 個部分，在轉體斜拉橋建設過程中，實現其轉體施工的關鍵主要有轉動鋼球鉸、轉動系統以及轉體穩定性控制[30]。

1） 球鉸的設計與安裝。隨著轉體斜拉橋轉體重量的增加，球鉸也由混凝土球鉸轉為性能更加優越的鋼球鉸。 在轉體斜拉橋的轉體系統中，鋼球鉸分為上、下兩個轉盤球缺，同時在上下球缺之間安裝聚四氟乙烯滑片并涂上黃油來減小轉動摩阻力[31]。鋼球鉸是整個轉動體系的核心部分，它支撐著上部結構的全部重量，在平衡轉體過程中維持著整個轉體系統的平衡[32]。 需要將鋼球鉸的制作和安裝精度放在首位。

2） 轉動系統的設置。轉動系統主要由牽引動力系統、防超轉及微調系統和測量系統等組成，牽引動力系統一般包括牽引動力設備、牽引反力支座和牽引索，在斜拉橋轉體的各個階段提供牽引力[33]。在制動階段，如果未能轉動至設計位置，可通過微調至設計位置。此外，可以設置限位裝置防止超轉。測量系統主要包括不平衡力矩、轉體牽引力和轉體速度等測試。 通過測量轉體過程中的相關數據，確保轉體順利完成。

3） 轉體穩定性控制。平衡是轉體過程中的關鍵問題，由于球鉸系統的制作，安裝偏差和橋體質量分布不均勻，轉動時會產生不平衡力矩，為避免轉體過程中轉動體發生較大的搖晃或傾覆，必須要對脫離臨時支架后的轉動體進行不平衡稱重測試，以完成平衡配重,保障轉體過程的安全與穩定[34]。 同時， 也有必要對轉體斜拉橋的抗風穩定性進行測試，避免轉體過程受風荷載的影響。

4 跨線轉體橋施工安全風險管理

為了提升轉體施工安全與質量，保證轉體施工的安全性與準確性， 需要加強轉體工程施工控制，提升配套技術的發展。

跨線鐵路轉體橋的施工一般在較復雜的環境中進行，且作業難度高于普通橋梁施工方法，對施工企業規避安全風險提出了更高的要求。 施工企業應盡可能收集施工風險來源，多方位，多角度，多標準對可能存在的安全風險進行識別、評價和預案。

1） 安全風險識別。跨線鐵路轉體橋施工安全風險主要來源于4 個方面：主梁施工風險、轉體部分施工風險、現澆支架施工風險以及自然風險。 跨線鐵路轉體橋施工安全風險識別可分為風險指標的解析，風險清單的建立和橋梁轉體施工安全風險識別報告3 步進行[35]。

2） 安全風險評價。對跨線鐵路轉體橋施工安全風險識別后，需要對可能發生風險的后果根據相關的標準進行評價。 以確定風險的影響程度，以此對跨線鐵路轉體橋施工安全風險做出準確判斷，確定風險處理的緊急程度，采取準確的、合理的風險控制措施。

3） 安全風險控制。安全風險管理的最終目標是進行風險控制， 風險控制是對風險進行評價后，針對風險影響等級進行可行的處理預案[35]。 針對轉體橋施工安全風險的控制措施主要包括風險減輕，風險轉移，風險自留和風險利用等。

①風險減輕：指承包方通過使用合適的施工方法和先進的施工技術，以降低發生風險的可能或降低發生風險造成的損失。

②風險轉移：指承包方面對無法承擔且又無法規避的風險時，通常采用特定的舉措將可能遇到的風險因素轉移至其他單位或部門，達到減少自身承擔施工風險造成的后果。

③風險自留：風險自留是指項目管理主體自身承擔風險發生后的全部后果。 該方案是沒有減少或消除風險，也沒能夠轉移風險。

④風險利用：應用有效的處理方法或者先進的工程技術， 通過使風險因素轉變為可以利用的條件，以達到提高經濟價值的目的。

針對跨線鐵路轉體橋施工，應重點考慮轉體過程中可能出現的風險，如轉體中力矩不平衡、轉體角度偏差等。 此外，應加強對近距離施工機械的保養和管理，轉體過程中，施工管理人員應時刻保持警惕，以規避安全隱患。

5 BIM 技術在跨線鐵路轉體橋施工中的應用

基于三維數字的BIM 技術最初應用于建筑行業，隨后逐漸擴展到整個工程領域。 在跨線鐵路轉體橋施工中，BIM 技術還在起步階段， 應用相對較少。

京雄鐵路連續梁橋跨越現有高速公路施工中應用了BIM 技術， 通過BIM 技術進行施工全過程的模擬，優化了施工方案和資源配置，明確了質量控制的要點，實現了對施工過程的實時監管，促進了項目的管控水平[15]。 采用BIM 技術，國內高速鐵路施工首次采用不平衡轉體方法轉體連續梁，并取得了轉體成功。

在銀西鐵路跨定武高速轉體橋施工中， 采用BIM 技術按照圖紙建立了精細化模型，并結合Revit的標高測量功能直接對轉動體型進行定位，不僅提高了定位精準度，還大大減輕了技術人員的復核工作量。

采用BIM 技術還可以對施工現場、人員進行管理。 施工現場情況復雜，BIM 技術應用成員可將發現的問題及時通過管理平臺程序推送短信或郵件提請審批，決策者不需要在現場也可以實時發現現場的各種問題，并通過平臺將回復意見推送至BIM技術人員，使施工現場的問題及時得到解決。 為對現場工人進行安全管控和保障施工，可使用BIM 施工管理平臺制作包含施工人員個人相關數據的管理二維碼，通過電腦端關聯施工人員二維碼，并使用BIM 管理平臺在模型指定位置關聯監控攝像頭，以實現對施工現場工作人員的動態管理，既方便施工人員的定位，確保其安全性，又便于監控工程進度與工作效率[36]。

6 結束語

橋梁轉體施工技術因其具有經濟、高效的優勢在橋梁施工領域發展迅猛。 隨著我國橋梁工程的建設需求逐漸增多， 在建設難度上也會出現新的挑戰。 由此，對橋梁轉體施工的發展提出以下建議：

1） 不斷改進，總結和探索好的施工工藝，進一步完善轉體施工理論體系；

2） 施工企業應加強實際工程與理論的結合，使實踐與理論形成相互促進作用，不斷提高施工人員的施工技能和施工經驗；

3） 對橋梁轉體施工過程中的細節進行合理的控制，充分發揮出工程整體的施工有效性，對提高我國交通領域的發展質量，以及實現施工方良好的經濟效益有著重要的保障。