大跨度鋼箱梁轉體橋施工技術

孫新鋒

（中鐵十四局集團公司第一工程發(fā)展有限公司，山東日照 276800）

1 工程概況

青島市新機場高速連接線3 標段（雙埠-夏莊段）主線的鋼箱梁自西向東依次跨越膠濟貨線、膠濟客專雙線、青榮城際雙線、機場專用線6 條既有鐵路。鋼箱梁橋采用的事墩梁固結體系，結構形式為跨徑2×120m 的T 構橋，分幅錯位布置。采用轉體的施工工藝，轉體前平行于鐵路線方向采用支架拼裝焊接完成，再采用臨時索塔進行臨時拉索對稱張拉，拉起大小里程梁端拆除支架，逆時針雙幅同時轉體90°[1]。

轉體結構按設計包含上下承臺、球鉸、上轉盤、轉體牽引系統(tǒng)。

1.1 上下承臺

上下承臺是承載轉體橋上部結構的重要基礎部分，橋梁轉體完成后，上下承臺與上轉盤進行鎖固，形成整體基礎。上承臺頂面安裝轉動系統(tǒng)的下球鉸、環(huán)形滑道、轉體拽拉千斤頂反力座及牽引反力座等。

1.2 球鉸

轉動體系的核心球鉸半徑2.0m，球面半徑799.2cm，設計豎向承載力為110000kN。

1.3 撐腳與環(huán)形滑道

撐腳是轉體橋實施轉體時，能夠支撐保持平穩(wěn)的保險支腿。在撐腳的下方（即下盤頂面）設有1.13m 寬的滑道，轉體時撐腳在滑道內滑動，保證轉體結構平穩(wěn)。

1.4 轉體上轉盤

上轉盤是轉體橋的主要結構，在實施轉體時處于一個多向、立體的受力狀態(tài)，轉盤為上球鉸、撐腳與上轉盤相連部分，也是轉體牽引力直接施加的部位。轉臺內預埋P 型錨轉體牽引索，每根索埋入轉盤長度大于4.5m，每對索的出口于轉盤中心對稱布置。

1.5 轉體結構總重量

轉體總重量W 為73384kN。

2 球鉸滑道安裝

2.1 球鉸滑道簡介

如圖1 所示，轉體球鉸主要由下球鉸支架、滑道及撐腳、上球鉸、下球鉸、轉軸等主要構件組成。

圖1 轉體結構球鉸滑道組成

2.2 安裝工序

下球鉸支架、下球鉸及上球鉸采用分部吊裝、分層定位的安裝方法。具體先后順序為：先安裝下球鉸支架，接著安裝下球鉸及轉軸，最后安裝上球鉸[2]。

滑道采用工廠制作，現場拼裝的方式進行組裝。在硬化場地，先組裝好滑道骨架，再整體吊裝至設計要求的位置。撐腳在施工上轉盤時進行安裝。

2.3 安裝工藝

2.3.1 預留基坑

按設計圖要求在承臺頂面預留球鉸及滑道的安裝基坑，本工程的基坑深度1.35m。球鉸中心為圓心，3.9m 半徑為中心預埋長1m 的10#槽鋼，槽口向下均布等分8 塊，作為滑道骨架定位支撐；以球鉸中心為圓心，按設計方向在下球鉸支架的4 個支撐點處預埋邊長200mm 左右鋼板，用于下球鉸骨架的定位及加固，預埋槽鋼和鋼板與下承臺鋼筋網焊接相連?；觾劝聪鲁信_鋼筋布置圖預埋豎向主鋼筋，橫向鋼筋在滑道及下球鉸支架安裝完成后再布置[3]。

2.3.2 滑道拼裝

為提高工作效率，左右幅滑道支架都在平整場地進行拼裝，采用直徑16mm 鋼筋拼裝焊接成拼裝基礎，基礎直徑參考滑道支架安裝直徑，基礎頂面鋼筋采用水準儀調節(jié)標高，滑道支架底面角鋼面與頂面鋼筋面持平，利用鋼筋平臺進行平拼裝滑道支架，如圖2 所示。拼裝完成后采用10#槽鋼做支撐，整體吊裝至基坑。

圖2 滑道拼裝吊裝

2.3.3 測量控制

采用精度達0.01mm 的數字水準儀和配套塔尺進行下球鉸頂面標高測量，同時用4 臺3t 油壓千斤頂進行標高調整。

滑道板全部鋪設完后，利用電子水準儀和水平尺對滑道板逐件較準、調平?；腊屙斆鏄烁哒`差不超過2mm，相鄰滑道鋼板拼接邊緣高差不超過0.5mm，使滑道平面的標高符合設計要求。

2.3.4 下球鉸混凝土施工

在混凝土澆注前要打開下球鉸設計的振搗孔，并用塑料布將滑板面遮擋好。澆注時從下球鉸的一側澆筑混凝土，通過下球鉸面向另一側流動，在每個振搗孔處固定1 臺振搗棒，振搗時間不得少于5min，充分振搗。下球鉸側面輔以斜向振搗棒，通過振搗孔觀察盤下混凝土振搗質量。

2.3.5 安裝上球鉸

首先對球面進行清潔，并保證上球鉸安裝過程中無任何雜物摻入球面，進而影響上下球鉸之間摩擦阻力，上下球面之間填充潤滑油脂。下球面包含多個滑塊，在滑塊之間的和滑塊頂面均勻涂抹潤滑油脂，涂抹厚度以高出滑塊表面約3mm 為準，對定位軸同樣進行涂抹，確保能夠填滿上下球鉸之間的間隙。

對上球鉸的地面進行清理，保證球面光潔，待潤滑油脂填充完成后，馬上吊裝就位上球鉸，吊裝定位過程需人工配合，定位過程要緩慢、輕放，就位后人工對上球鉸正反方向進行試轉，使上下球鉸充分接觸，然后精調上球鉸保證與下球鉸水平位置一致。精調完成后，使用膠帶封閉上下球鉸的間隙，如圖3 所示。

圖3 球鉸安裝

2.3.6 撐腳安裝

按設計要求確定撐腳的具體安裝位置。對應撐腳位置處，四角設置鋼墊塊。撐腳底板處填充2cm 厚石英砂，石英砂選擇粒徑0.5～1.2mm 的細砂和粒徑1.2～1.8mm 的粗砂按照4:6 的比例進行摻合。石英砂填充可適當超出撐腳安裝范圍，填充后對其壓實收平。收平后石英砂頂面可略高于撐腳鋼墊塊1mm 以內[4]。

2.3.7 施工上承臺

按設計圖及規(guī)范綁扎上承臺底層鋼筋及外周鋼筋，底層鋼筋與撐腳焊接牢固。布置完上轉盤外圈模板后，布置轉體牽引束和錨固。對牽引束外露段，進行防銹、防污處理。

上承臺澆注前在上轉盤外圓周低于牽引束中心線5cm 處，預埋用于固定牽引束盤繞段的鋼筋（φ20，約40cm 長，預埋20cm，外露 20cm，間隔1m）。

上承臺澆注時，先灌注C50 微膨脹混凝土于撐腳內。灌注撐腳時，汽車泵泵管距離混凝土頂面距離不宜大于50cm，以減小混凝土澆筑時的沖擊。

澆注、拆模、鑿毛后，將包扎防護好的牽引束外露段盤繞在上轉盤上并綁扎固定。

至此，轉體球鉸的安裝階段的工作完成，下步施工墩身、梁體，待梁體完成后再進入轉體施工階段，如圖4 所示。

圖4 上轉盤承臺施工

3 轉體前準備工作

3.1 轉體參數計算

3.1.1 牽引力計算

轉體總重量G 按110000kN。

轉體牽引力計算見式（1）。

式中：R——球鉸平面半徑，R=2m；D——轉臺直徑，D=8.9m；f——球鉸摩擦系數，f靜=0.1，f動=0.06。

計算結果如下。

啟動過程所需最大牽引力：T1=2f靜GR/3D=1647.9kN。

轉動所需牽引力：T2=2f動GR/3D=988.8kN。

啟動動力儲備系數：K1=3500/1647.9=2.1。

轉動動力儲備系數：K2=3500/988.8=3.5。

滿足要求。

考慮撐腳與滑道接觸的影響，且撐腳的支撐反力N 不超過2000kN，則見式（2）。

式中：N——轉體時撐腳所需最大支撐力，N=2000kN；R撐——撐腳所在位置的回轉半徑，R撐=3.9m。

計算如下。

啟動時所需最大牽引力：T3=2f靜GR/3D+f靜NR撐/D=1735.5kN。

轉動過程中所需牽引力：T4=2f靜GR/3D+f動NR撐/D=1041.4kN。

啟動時的動力儲備系數為：K3=3500/1735.5=2.02。

轉動時的動力儲備系數為：K4=3500/1041.4=3.36。

滿足要求。

3.1.2 鋼絞線安全系數

1860MPa 級直徑φ15.2mm 鋼絞線的標準破斷力是260kN。18 根鋼絞線的極限承載如下。

18×260=4680kN。

按考慮撐腳撐影響的情況計算結果如下。

啟動過程的鋼絞線安全系數：K5=4680×0.75/1735.5=2.02。

轉動過程的鋼絞線安全系數：K6=4680×0.75/1041.4=3.37。

滿足要求。

3.1.3 轉體時間及牽引速度計算

設計要求的轉體速度0.012rad/min 即大約0.69°/min 計算，左幅橋轉體角度為91.5165°（含試轉角度），則左幅橋轉體時間t=91.5165/0.69=132.6min，右幅橋轉體角度為90°（含試轉角度），則右幅橋轉體時間t=90/0.69=130.4min。即理論轉體時間大約為133min。

按設計速度計算，牽引速度v1=ωr1=0.012×4.45=0.0534m/min=3.2m/h。當牽引速度達3.2m/h 時，橋體懸臂端線速度為v2=ωr2=0.012×49=0.59m/min。滿足橋體懸臂端線速度不大于1.5m/min的規(guī)范要求。

3.2 轉體設備

牽引系統(tǒng)設備組成（雙墩轉體）如表1 所示。

表1 牽引系統(tǒng)設備組成（雙墩轉體）

3.3 稱重

3.3.1 目的與內容

實施轉體的過程中必須保證轉動的平穩(wěn)性，理論上應保證轉體中心支點兩端重量一致達到平衡狀態(tài)。在實際的轉體過程中，絕對平衡的梁體懸臂結構會引起結構轉動時發(fā)生抖動，所以需要稱重實驗，確定梁體重心偏移量，通過調整配重，將梁體重心調整至合適狀態(tài)。

3.3.2 測點布置及設備

稱重千斤頂、測試儀器布置如圖5 所示。

圖5 稱重千斤頂、測試儀器布置

3.3.3 稱重試驗及配重方案

以右幅2#墩T 構為例，由稱重試驗頂升力-位移曲線（圖6、圖7），根據轉動體剛性位移突變法原理，通過理論分析和實測數據計算，稱重試驗結果如表2 所示。

圖6 右幅2#墩縱橋向大里程頂升力-位移曲線（臨界值：8300kN）

圖7 縱橋右幅2#墩向小里程頂升力-位移曲線（臨界值：3000kN）

表2 右幅2#墩稱重試驗結果

配重方案如下：根據橋梁實際狀態(tài)，采用平衡配重方案，即在縱橋方向小里程側距離0#節(jié)段中心100m 位置配重10.0t；配重后經復稱確定，偏心距為0.005m，偏向大里程側。

3.4 試轉

3.4.1 施工步驟

（1）預緊鋼絞線。逐根以1~5kN 的力將鋼絞線進行預緊，再用牽引千斤頂對整束鋼絞線在2MPa 油壓下整體預緊，預緊對稱進行，重復數次，保證各根鋼絞線的受力均勻，使同一束牽引索各鋼絞線持力基本保持一致，預緊過程中應保證所有鋼絞線平行水平地纏在上轉盤上。

（2）合上主控臺及泵站電源。啟動泵站，用主控臺控制兩臺連續(xù)千斤頂同時施力試轉，不能轉動時，則采用助推千斤頂同時出力，克服超常靜摩阻力，啟動橋梁轉動，若仍不啟動，則停止試轉，另行研究處理方案。

3.4.2 試轉數據測試

（1）每分鐘轉動主橋的轉動角度及懸臂端所轉動的水平弦線距離，應將轉體轉動角速度為0.01619r/min，鋼絞線每分鐘走行7.2cm。

（2）試轉過程首先轉動連續(xù)2°，點動控制轉動1°點動過程測量慣性力造成的移動距離，以此作為指導正式轉體的依據。

（3）點動操作時，測量人員應測量每點動一次懸臂端所轉動的水平弦線距離，以為精確定位提供操作依據。

（4）試轉過程中，通過應力傳感器檢查轉體結構的平衡穩(wěn)定性，有無故障，關鍵受力部位是否異常。如出現異常情況，則應停止試轉，查明原因并采取相應措施整改后方可繼續(xù)試轉。

（5）試轉過程注意牽引力的變化，如有異常超出正常范圍，及時檢查轉盤是否有雜物卡住撐腳。

（6）試轉的角度。轉體前小里程方向梁端外側與青榮線上行線最外側回流線的最近水平距離為20.118m，每轉動1°，梁端橫向轉動距離為2.01m，為保證試轉后梁體與營業(yè)線的安全距離，確定試轉角度為3°，試轉后小里程方向梁端邊緣距離接觸網回流線距離14.088m。右幅大里程側距膠濟貨線15.260m。

3.4.3 試轉安全措施

（1）試轉前必須按照有資質第三方稱配重報告進行梁體配重，實現梁體平衡。

（2）試轉后及時撐腳底部鋼楔子復原將轉體臨時固定。

（3）轉與正式轉體時間間隔不能過長，采取待鐵路給點后，在鐵路點前兩天進行試轉。

4 轉體

4.1 轉體前準備

正式轉體前，要通過分析采集試轉的各項數據，修正轉體實施方案。

雙幅同步轉體必須做到統(tǒng)一指揮，兩側采用一套監(jiān)控系統(tǒng)，通過監(jiān)視系統(tǒng)反映的兩幅橋的數據資料進行協(xié)調指揮，以達到同步的目的。

4.2 轉體實施

（1）首先操控牽引千斤頂達到預定噸位，然后啟動動力系統(tǒng)，并使其在“自動”狀態(tài)下運行。

（2）每個轉體的對稱千斤頂的作用力要保持大小相等、方向相反，同時保證上轉盤無傾覆力矩產生僅承受與摩擦力矩相平衡的動力偶。

（3）設備運行過程中，各操作人員的注意力必須高度集中，重點注意觀察和轉體各部位和監(jiān)控動力系統(tǒng)設備的運行情況。如果出現異常情況，必須馬上同現場負責人匯報，立即停機處理，待徹底排除隱患后，重新啟動設備繼續(xù)運行。

（4）兩墩同時啟動，橋梁兩側設同步啟動現場指揮員，用對講機通信指揮。

（5）轉體過程中，由測量人員采用全站儀同步觀測梁體中線，時刻關注觀察橋面轉體情況。結構正式轉體時梁端每轉過5m，測量人員向現場負責人匯報一次，當距終點2m 時，每轉過50cm測量組向現場負責人匯報一次，在距終點1m 時，千斤頂連續(xù)工作進入“點動”模式，點動時間大約10min，此時測量組再次測量梁體位置，以確定梁體距終點準確距離，然后選擇合適的點動距離（試轉時測得數據）點動一次，測量組再次測量并反饋，根據的結果再次選擇合適的點動距離進行點動，如此循環(huán)直至梁體準確就位，點動原則為次數控制5 次，點動時間逐漸縮短。

4.3 轉體監(jiān)測

在轉體過程中對各關鍵參數進行隨時跟蹤測試，并及時提出預警，確保轉體施工的絕對安全，在鐵路給定的窗口時間內順利完成既定的轉體施工過程。

（1）轉速監(jiān)控測量：主要儀器——全站儀。

（2）轉體結構剛體位移監(jiān)測：主要儀器——東華振動測試儀（2 個豎向拾振器）。

（3）轉體結構的加速度和豎向振幅監(jiān)測：主要儀器——東華振動測試儀（2 個橫向＋4 個豎向拾振器）。

采用梁端豎向振動加速度作為評價轉體過程穩(wěn)定性指標。

大跨柔性鋼箱梁橋轉體過程穩(wěn)定性分析：建立考慮軌道不平順和風荷載作用的接觸非線性有限元模型，系統(tǒng)研究環(huán)境風速、轉體速度和軌道不平順等因素對轉體結構振動特性的關系，建立梁端振動加速度或振動幅值對轉體結構穩(wěn)定性的影響，通過實測數據顯示，轉體過程中結構梁端的最大豎向振動加速度是28.35mm/s2，小于黃色預警值0.5max=58mm/s2，轉體過程安全。通過豎直激光控制轉盤角度及全站儀后視轉動輪鏡坐標相結合的方式精確使鋼箱梁一次性轉體到位[5]。

5 結語

隨著我國鐵路基礎設施建設的高速發(fā)展，為減小上跨鐵路橋施工對電氣化鐵路的影響，轉體法施工被更多的地應用于跨線橋施工中，橋梁轉體施工也成為一種成熟的施工工藝，本文原有的轉體橋施工的基礎上又提升了鄰近即有線大跨寬幅鋼箱梁橋梁的施工技術，對于橋梁施工發(fā)展具有重要的實用性和推廣價值及廣泛的推廣應用前景，為涉鐵工程的橋梁建設積累一定的經驗。