不等跨獨塔斜拉橋不平衡墩頂轉(zhuǎn)體施工技術(shù)

張華

中鐵一局橋梁公司 陜西渭南 714000

橋梁轉(zhuǎn)體施工是指將橋梁結(jié)構(gòu)在非設(shè)計軸線位置制作成形后，利用摩擦系數(shù)很小的滑道及合理的轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)，以簡單的設(shè)備將橋梁整體旋轉(zhuǎn)安裝到位的一種施工方法。此種方法將在障礙上空的作業(yè)轉(zhuǎn)化為岸上或近地面的作業(yè)，因而具有節(jié)約施工用材及設(shè)備，縮短工期，快速安全且不影響通航、不中斷通車的優(yōu)點。時至今日，由于我國鐵路、公路基礎(chǔ)設(shè)施快速發(fā)展，轉(zhuǎn)體施工被大量應(yīng)用于城市內(nèi)跨越鐵路、公路及大型館堂建筑物，取得了較好的經(jīng)濟(jì)社會效益。本文結(jié)合襄陽市東西軸線上跨鐵路橋230#墩60m+90m轉(zhuǎn)體鋼箱梁施工為例，深入研究了橋梁的不平衡墩頂轉(zhuǎn)體施工技術(shù)。

1 工程概況

襄陽市東西軸線道路工程上跨鐵路橋工程，線路全長150m。橋位處路線為直線段，與既有鐵路交角為93.5°。橋梁孔跨布置為（60+90）m鋼箱梁獨塔斜拉橋，采用墩頂轉(zhuǎn)體施工工藝。鋼箱梁為等高箱梁，梁高3.01m，箱梁頂寬34.5m，橋塔高35m，截面為矩形鋼結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)體系統(tǒng)采用鋼球鉸，分上下兩片，本橋轉(zhuǎn)體球鉸噸位為60000KN，轉(zhuǎn)體角度為順時針93.5度。斜拉索為單索面單排索的布置。

圖1 現(xiàn)場施工平面圖

2 施工工藝流程

根據(jù)本工程特點，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，擬定如下總體施工思路：封閉既有鐵路框架橋交通后→排查既有管線并進(jìn)行保護(hù)→拆除橋梁基礎(chǔ)施工范圍內(nèi)的U型槽及人行道擋墻→橋梁鉆孔樁施工→基坑支護(hù)及開挖→承臺施工→搭設(shè)支架及澆筑墩柱及蓋梁→安裝主墩轉(zhuǎn)體系統(tǒng)→搭設(shè)轉(zhuǎn)體梁段拼裝支架→轉(zhuǎn)體梁段鋼箱梁及橋塔拼裝→配重混凝土澆筑及斜拉索安裝及張拉→拼裝支架落架及拆除→稱重配重→試轉(zhuǎn)、正式轉(zhuǎn)體→體系轉(zhuǎn)換、墩梁永久固結(jié)→拼裝合攏段→全橋調(diào)整索力→安裝剩余附屬設(shè)施成橋。根據(jù)橋梁工程特點，確定如圖2轉(zhuǎn)體施工流程。

圖2 轉(zhuǎn)體施工工藝流程

3 轉(zhuǎn)體主要施工技術(shù)措施

3.1 轉(zhuǎn)體前施工準(zhǔn)備

（1）轉(zhuǎn)體系統(tǒng)檢查。由主墩向兩端對稱依次拆除支架，清理上轉(zhuǎn)盤與下球鉸周圍雜物及滑道頂面，尤其清理永久撐腳與滑道之間雜物，對滑道頂面進(jìn)行打磨處理。在圖上沿轉(zhuǎn)體梁段轉(zhuǎn)體外弧線正投影線，模擬排查轉(zhuǎn)體梁段與既有結(jié)構(gòu)物是否在轉(zhuǎn)體過程中存在障礙，對存在障礙部位進(jìn)行拆除，確保轉(zhuǎn)體順利進(jìn)行。

（2）結(jié)構(gòu)線形與應(yīng)力檢查。在鋼結(jié)構(gòu)安裝完成后，按照設(shè)計文件要求順序?qū)π崩骱椭鞫丈w梁預(yù)應(yīng)力索進(jìn)行初張拉。在斜拉索及蓋梁預(yù)應(yīng)力張拉完成后依次拆除臨時鎖定及臨時沙箱，拆除前對結(jié)構(gòu)的線形及應(yīng)力進(jìn)行測量檢測。

（3）設(shè)備就位。將自動連續(xù)千斤頂、泵站、主控臺安裝在預(yù)定位置，啟動各泵站后開始調(diào)試，保證所有千斤頂同步工作。

（4）牽引鋼索穿束并預(yù)緊。將牽引索鋼絞線表面油污清洗干凈，人工排列就位并沿上轉(zhuǎn)盤均勻排列，用專用千斤頂將鋼絞線逐根預(yù)緊，預(yù)緊力5-10KN，以保證各根鋼絞線在牽引過程中受力均勻。

3.2 稱重及配重

轉(zhuǎn)體梁段縱橋向為不對稱結(jié)構(gòu)，加之球鉸體系的制作安裝誤差、梁體配重混凝土澆筑均勻性差異及斜拉索預(yù)應(yīng)力張拉的程度差異，可能導(dǎo)致橋墩兩側(cè)懸臂梁端剛度不同，質(zhì)量分布不同，產(chǎn)生不平衡力矩。因此在試轉(zhuǎn)前，需要進(jìn)行不平衡稱重與配重試驗，測試轉(zhuǎn)體部分的不平衡力矩、偏心矩、轉(zhuǎn)體球鉸的摩阻力矩及摩阻系數(shù)等參數(shù)，實現(xiàn)橋梁轉(zhuǎn)體的平衡配重，達(dá)到安全施工、平穩(wěn)轉(zhuǎn)體的目的。本項目采用絕對平衡配重方案。

3.3 牽引及助推系統(tǒng)

牽引系統(tǒng)主要作用是張拉牽引索給上轉(zhuǎn)盤提供一個克服上下球鉸之間及撐腳與下滑道之間動摩阻力矩的力偶。助推系統(tǒng)主要作用是提供一個克服靜、動摩阻力矩差的力偶，以免牽引系統(tǒng)太復(fù)雜，另外，也作為牽引系統(tǒng)在轉(zhuǎn)體過程中不正常工作時的應(yīng)急手段。

轉(zhuǎn)體的牽引動力系統(tǒng)由一套兩臺液壓、同步、自動連續(xù)牽引系統(tǒng)，兩臺液壓泵站及兩臺主控臺通過高壓油管和電纜連接組成。助推千斤頂采用4臺穿心式千斤頂。

3.4 位控系統(tǒng)、防傾系統(tǒng)及微調(diào)系統(tǒng)

在轉(zhuǎn)體過程中，6000噸轉(zhuǎn)體重量只有球鉸一點支承。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)中心高度約38m，上部轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)受外界條件或施工影響，可能出現(xiàn)傾斜，必須設(shè)置位置微調(diào)控制系統(tǒng)，在轉(zhuǎn)體過程中對轉(zhuǎn)體的懸臂端高程及軸線要進(jìn)行微小調(diào)整。同時，在轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)至設(shè)計位置時，為防止超轉(zhuǎn)，設(shè)置位控系統(tǒng)。轉(zhuǎn)體過程可能因突發(fā)因素中止轉(zhuǎn)體時，必須及時采取安全措施，防止梁體傾覆，安全控制系統(tǒng)與位控系統(tǒng)共用。

（1）位控及安全防傾覆系統(tǒng)。撐腳與千斤頂組成內(nèi)環(huán)位控（保險）系統(tǒng)，撐腳均布于上轉(zhuǎn)盤5m直徑的圓周上。保險支腿下方是不銹鋼板面，上鋪設(shè)四氟乙烯滑板的環(huán)形滑道，支腿與滑道間隙保持3-5mm，轉(zhuǎn)體過程中，支腿起防傾保險作用。位控系統(tǒng)由止動擋塊，止動型鋼、橡膠板等組成。上轉(zhuǎn)盤施工時在兩對角預(yù)埋雙拼I32工字鋼作為止動裝置，相應(yīng)轉(zhuǎn)體終止位置設(shè)置止動擋塊（I32工字鋼與止動擋塊接觸面之間夾角為93.7°）。在型鋼上粘貼厚橡膠墊，用來緩沖轉(zhuǎn)體就位時與擋塊碰撞時的慣性力。

（2）微調(diào)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)體過程中，在梁頂四個角點處布置測量監(jiān)控點，采用全站儀對轉(zhuǎn)體過程中進(jìn)行位置測量，及時反應(yīng)轉(zhuǎn)體狀態(tài)，為轉(zhuǎn)體提供數(shù)據(jù)支持。轉(zhuǎn)體施工中微調(diào)主要分為兩種情況需要微調(diào)：①在轉(zhuǎn)體過程中若高程偏差超出允許范圍，需及時對轉(zhuǎn)體進(jìn)行微調(diào)，以使轉(zhuǎn)體繼續(xù)，保證結(jié)構(gòu)精度，微調(diào)主要采用千斤頂及限位梁限位的形式進(jìn)行微調(diào)，調(diào)整到位后在撐腳及滑道間采用四氟乙烯滑板進(jìn)行鋪墊，確保轉(zhuǎn)體梁段姿態(tài)。②在轉(zhuǎn)體完成后，利用助推反力座、千斤頂及制動擋塊進(jìn)行梁體軸線微調(diào)，利用在上、下轉(zhuǎn)盤之間設(shè)置的鋼管支墩及千斤頂，向偏位相反方向調(diào)整，在另一側(cè)設(shè)置限位梁，以防微調(diào)超限，將轉(zhuǎn)體的技術(shù)參數(shù)調(diào)整到允許范圍內(nèi)。

圖3 位控及防傾系統(tǒng)布置圖

3.5 轉(zhuǎn)體測量監(jiān)控系統(tǒng)

通過在轉(zhuǎn)體兩端軸線及橋梁邊線上布置監(jiān)控點，對轉(zhuǎn)體過程中進(jìn)行位置測量，及時動態(tài)反應(yīng)轉(zhuǎn)體狀態(tài)，為轉(zhuǎn)體提供數(shù)據(jù)支持。在轉(zhuǎn)體就位后進(jìn)行測量，保證結(jié)構(gòu)就位精度。

轉(zhuǎn)體施工前，對轉(zhuǎn)體上的軸線及邊線控制點進(jìn)行測量放樣；轉(zhuǎn)體過程中，對轉(zhuǎn)體進(jìn)行動態(tài)測量，及時匯報轉(zhuǎn)體姿態(tài)；轉(zhuǎn)體快到位時用兩臺全站儀各自進(jìn)行軸線位置貫通觀測；軸線調(diào)整到位后，準(zhǔn)確測量各懸臂端實際標(biāo)高。

3.6 試轉(zhuǎn)

在各項準(zhǔn)備工作完成后，正式轉(zhuǎn)動之前需要進(jìn)行試轉(zhuǎn)體。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)懸臂端接近營業(yè)線外側(cè)的最大試轉(zhuǎn)角度為3.8度，實際試轉(zhuǎn)角度以3.5度控制。試轉(zhuǎn)過程中記錄轉(zhuǎn)體速度、慣性距離、各種設(shè)備運轉(zhuǎn)情況、結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點受力情況。試轉(zhuǎn)完成后對實際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，為正式轉(zhuǎn)體的精確定位提供操作依據(jù)。

圖4 梁體待轉(zhuǎn)圖

試轉(zhuǎn)流程：轉(zhuǎn)體施工主控臺操作人員接到試轉(zhuǎn)體開始指令后，進(jìn)行試轉(zhuǎn)體施工流程如下：先順時針轉(zhuǎn)動1°→點動20秒→點動10秒→點動10秒→點動5秒→點動5秒→點動5秒→點動3秒→點動3秒→點動3秒→轉(zhuǎn)體至3.5°→轉(zhuǎn)體系統(tǒng)臨時鎖定，試轉(zhuǎn)結(jié)束。

圖5 梁體試轉(zhuǎn)示意圖

3.7 正式轉(zhuǎn)體

在天窗點內(nèi)，轉(zhuǎn)體人員接到轉(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。核對實際轉(zhuǎn)動速度與預(yù)計速度的差值，確定“自動”狀態(tài)下的運行時間。

轉(zhuǎn)體前在上轉(zhuǎn)臺行走軌跡范圍內(nèi)粘貼行走刻度表（角度分盤刻度）用于轉(zhuǎn)體精確就位控制。刻度表貼在上 轉(zhuǎn)盤上，助推墩上安裝指針，方便讀數(shù)。

圖6 刻度表現(xiàn)場布置圖

轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)精確就位，在標(biāo)高和軸線調(diào)整符合設(shè)計及規(guī)范要求后，立即進(jìn)行上下轉(zhuǎn)盤的鎖定工作。利用永久撐腳與滑道進(jìn)行臨時鎖定，利用鋼板和槽鋼迅速進(jìn)行鎖定工作。鎖定完成后，安裝永久支撐，焊接蓋梁與梁底之間的預(yù)埋筋及其他連接鋼筋。在主墩理論跨徑線兩側(cè)各7.65m處設(shè)置4臺同步頂升千斤頂（作用點位于隔板處），對鋼箱梁進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整，頂力按800t控制并鎖定，以此將梁體應(yīng)力同步分散至門式墩兩側(cè)墩柱上，同步安裝永久支墩，上下分別與梁底及蓋梁頂進(jìn)行焊接后，卸載千斤頂，安裝封固鋼筋及其它連接件，從鋼箱梁預(yù)留孔處灌注封鉸C50微膨脹混凝土。

圖7 轉(zhuǎn)體完成圖

4 結(jié)語

該工程的重點和難點主要有三個，一是主墩蓋梁采用預(yù)應(yīng)力蓋梁，轉(zhuǎn)體系統(tǒng)設(shè)置在蓋梁正中央，主墩蓋梁預(yù)應(yīng)力精確安裝控制、預(yù)應(yīng)力張拉控制及轉(zhuǎn)體系統(tǒng)安裝精度控制；二是轉(zhuǎn)體采用墩頂不等跨獨塔斜拉橋不平衡轉(zhuǎn)體，轉(zhuǎn)體姿態(tài)及精準(zhǔn)就位；三是轉(zhuǎn)體精確就位后墩梁永久固結(jié)過程體系轉(zhuǎn)換及封鉸。通過對以上關(guān)鍵技術(shù)的研究控制，使整個轉(zhuǎn)體更加快速、安全、易控，減少了對運營鐵路線的影響，并實現(xiàn)了該橋按期準(zhǔn)確轉(zhuǎn)體就位。