跨既有高速鐵路多股道T形剛構橋施工關鍵技術*

殷愛國

(中鐵七局集團有限公司，河南 鄭州 450000)

1 梁體施工及轉體方案

1.1 3萬t T構轉體橋梁簡介

大河路上跨鄭焦城際、京廣鐵路(85+147+85)m預應力混凝土連續剛構橋采用東、西兩側T構(71.75+71.75)m轉體橋雙向8車道整幅跨越鄭焦城際、京廣鐵路、軍專線5股道，為鄭州市四環線及大河路快速化工程的重大控制性工程。轉體系統位于上下八邊形承臺之間，上轉盤厚3.7m，下轉盤厚6m，轉體重單側3萬t、雙側6萬t，球鉸半徑2.75m，滑道半徑6.5m，上轉盤半徑8.5m，設置8組雙φ1 000鋼管混凝土撐腳?；A采用35根φ2.2m鉆孔灌注樁，主墩PM2，PM3采用雙薄壁結構，主梁為整幅斜腹板單箱五室結構，梁寬38.7m，梁高由中支點處8.5m漸變至3.5m。橋型布置如圖1所示。

圖1 橋型布置(單位：cm)

分別平行于鄭焦城際、軍專線的雙T構橋采用裝配式支架法制梁。通過轉體系統，PM2墩T構逆時針轉動62.1°跨越鄭焦城際和PM3墩T構逆時針轉動62.9°跨越京廣鐵路、軍專線，在鄭焦城際、京廣鐵路兩防護柵欄外側間的空地上方，實現中跨合龍完成橋梁建設。合龍段長3.5m，距離地面高度約26.7m。

1.2 工藝流程

跨既有高速鐵路多股道3萬t T構轉體工藝流程如圖2所示。

圖2 轉體工藝流程

2 梁體施工

2.1 支架法現澆

2.1.1裝配式支架設計

轉體T構現澆支架平均高度達25m，支架寬約40m、長145m、方量約29萬m3。采用裝配式支架體系，單個T構用鋼量達4 440t，分41.75，24，12，24，41.75m 5個節段對稱現澆。支架外側緊鄰既有鐵路路基坡腳。

由混凝土樁基系梁基礎、等高φ609×16鋼管柱、[3703]橫梁、貝雷梁、盤扣式支架、H150×150×7×10型鋼底支撐、盤扣式支架組成的鄰近鐵路現澆混凝土轉體橋箱梁裝配式支架體系，適應梁底連續曲線變化，承載任意高度、寬度、不同體積和質量的轉體混凝土箱梁。在滿足同等條件下搭拆轉體橋梁支架體系中，裝配式支架體系搭拆速度遠快于滿堂支架搭拆速度，且用鋼量少、成本低。T構裝配式支架設計如圖3所示。

圖3 T構裝配式支架設計

2.1.2裝配式支架拆除

1)梁的落架程序應從梁撓度最大處的支架節點開始，逐步卸落相鄰兩側的節點，并要求對稱、均勻、有序進行；同時，要求各節應分多次卸落，以使梁的沉降曲線逐步加大?？蓮目缰邢騼啥诉M行；自上而下逐層拆除，不容許上、下2層同時拆除。拆除的構件應用吊具吊下或人工遞下。

2)鄰近鐵路側支架拆除裝置設計。鄰近鐵路側支架拆除裝置由水平移動系統和豎直移動系統組成。鄰近鐵路側的預埋鋼板上焊接1塊帶孔槽鋼，遠離鐵路側預埋鋼板焊接1個帶孔槽鋼和2個定滑輪，在兩塊槽鋼間穿入鋼絞線并張拉固定，在鋼絞線上設置1個單輪吊鉤滑車，用鋼絲繩連接滑車繞過定滑輪接入卷揚機組成水平移動系統，控制支架零件水平移動；在滑車下方安裝2個多輪吊鉤滑車，用鋼絲繩連接2個多輪吊鉤滑車繞過定滑輪接入卷揚機組成豎直移動系統，控制支架零件上下移動。支架拆除時通過豎直移動系統吊起重物，然后通過水平移動系統將鄰近鐵路側重物移至遠離鐵路側，再通過其他起重機械將重物吊起后安全下落至地面，最后裝車運走。鄰近鐵路側支架拆除裝置設計，解決了近鐵路一側的支架不易被拆除運出難題，如圖4所示。

圖4 鄰近鐵路側裝配式支架拆除裝置

2.2 中跨合龍

2.2.1合龍前墩頂預偏施工

1)混凝土連續梁橋隨歲月的磨耗和溫度變化，梁體混凝土會收縮徐變，主墩墩頂向跨中方向移位，墩底產生負面彎矩和剪力，梁體也會有變形。為改善梁體和墩身的受力狀態，保證橋梁正常服役壽命，采用先合龍邊跨后合龍中跨；中跨合龍前氣溫13℃，用千斤頂對合龍段兩端梁體施加反向水平推力8 000kN，西側PM2號墩移位8mm，東側PM3號墩移位6mm。抵消混凝土收縮徐變引起的墩底負面彎矩和剪力，改善墩身受力狀態和確保梁體的設計線形。

2)水平頂推裝置是由40cm×40cm×2cm頂鐵、φ609鋼管傳力柱、200t千斤頂和I20組成。I20橫擔在中跨合龍段兩端梁體上，千斤頂和鋼管傳力柱均用倒鏈懸掛其上方I20上。千斤頂按梁寬均勻布置，用6臺200t千斤頂均勻施加在6塊腹板上。

3)合龍段選在既有鐵路線間或外側實施，提前觀測合龍口大小隨溫度變化情況，確定合龍段最大伸長量時的時間段。將合龍段定型骨架雙拼[40c剛性鎖定設施提前進行單邊焊接，利用確定的時間段(一般是夜晚)最低氣溫頂推，以設計頂推力和頂推位移雙重條件控制后進行焊接鎖定。

2.2.2模板支撐體系吊架法設計

1)合龍段箱梁模板由底模、翼緣板及斜腹板和箱室內模三大支架模板體系組成。其中，底模支架模板體系由方木和竹膠板組成，翼緣板及斜腹板支架模板體系由底部防護鋼板、盤扣式支架、方木、竹膠板、側模拉桿組成，內模支架模板體系由盤扣式支架、方木、竹膠板組成。這三大支架模板體系受力通過縱梁、橫梁和調整型緊固機構吊桿傳遞給合龍段兩側箱梁。橫梁、縱梁和吊桿設計構成結構簡單、承載力較強的支撐平臺，高效搭建合龍段吊架法模板支撐體(見圖5)。在滿足同等條件下合龍段施工時，模板支撐體系吊架法成本遠低于普通掛籃模板支撐體系，且消除了安全隱患。

圖5 模板支撐體系吊架法設計

2)合龍段箱梁模板安裝。利用橋梁轉體前施工空地拼裝吊運臨時橫梁，采用小型吊裝機配合人工在橋梁轉體后較窄的空間內吊運安裝臨時縱梁；4臺卷揚機協助安裝寬幅橫梁和拆除竹膠板、方木、縱梁、吊桿、橫梁；調整型緊固機構通過吊桿的底(頂)墊梁、底(頂)螺母和最大行程0.2m千斤頂緊固或松動三大支架模板體系；合龍段箱梁外側安裝防護欄桿和防拋網。

3 轉體施工

3.1 既有線封鎖點

橋梁轉體和合龍施工前，需與鐵路管理部門簽訂安全協議和上報列車封鎖點計劃。西側PM2號墩跨鄭焦城際T構提前1d試轉5°、120min封鎖點內完成57.1°轉體，東側PM3號墩跨京廣線、軍專線(臨時封閉)T構提前1d試轉10°、70min封鎖點內完成52.9°轉體。橋梁轉體前(后)與既有鐵路線平面位置關系如圖6所示。

圖6 橋梁轉體前(后)與既有鐵路線平面位置關系

3.2 球鉸

1)球鉸是轉體系統的核心，也是轉體施工的關鍵結構，是加工及安裝精度重中之重。采用洛陽雙瑞LQJ300000kN型球鉸，整體高度為752mm，球面直徑5.5m，由上下球鉸、連接銷φ270軸及2 636片聚四氟乙烯滑板等組成?；h向、徑向間距均為90mm，對稱布置；每個滑片直徑60mm、厚18mm，內嵌下球鉸10mm、外露8mm；滑板間涂抹黃油以減小摩阻力，理論最大靜摩擦系數0.1。試驗結果：此種材料容許應力≥100MPa，實際應力約40MPa，最大動摩擦系數僅為0.06，轉動過程中可有效降低牽引力。

2)下球鉸安裝在型鋼骨架上的下墊板上，其骨架的定位以球鉸的安裝中心為基準點，通過下承臺預埋件、下承臺二次澆筑鋼筋與骨架進行可靠連接，防止在混凝土澆筑過程中出現偏移；通過下球鉸下墊板預留混凝土振搗孔，確保球鉸下部混凝土密實和密貼。骨架上設置上下可調節螺栓，精調球鉸平面和高度，平面控制±1mm，高度控制±0.5mm，所有球鉸下墊板必須仔細打磨，保證其平整。

3.3 滑道與撐腳

1)滑道是整個轉體過程中撐腳的走行軌道，其由24mm厚鋼板、3mm厚不銹鋼板、5mm厚聚四氟乙烯滑板組成。

2)滑道安裝在馬凳型鋼骨架上，其骨架的定位以球鉸的安裝中心為基準點，通過下承臺預埋件、下承臺二次澆筑鋼筋與骨架進行可靠連接，防止在混凝土澆筑過程中出現偏移；并通過24mm厚滑道鋼板位置預留混凝土排氣孔，確保球鉸下部混凝土密實和密貼。骨架上設置上下可調節連接螺栓，精調滑道鋼板平面，控制頂面相對高差2mm以內，所有滑道鋼板必須仔細打磨，保證其平整。

3)8組雙φ1 000鋼管混凝土撐腳是轉動過程中防傾覆的安全保障，抵抗梁體的不平衡力。撐腳高170cm，錨入上轉盤80cm、外露90cm，撐腳與滑道間留3cm空隙。撐腳內填充微膨脹混凝土，并與上轉盤連接成一個整體。

4)整個制梁過程中撐腳不參與受力。為了保證上轉盤撐腳不與環形滑道頂緊，撐腳與滑道間隙用石英砂填充飽滿、四周用楔形鐵塊支墊，并封閉保護，防止在施工過程中混凝土漿液及雜物進入間隙對后期清理造成麻煩。

3.4 砂筒

墩身及梁部施工階段，承受其壓力的是8個砂筒和球鉸，砂筒位于兩撐腳之間，砂筒無縫鋼管直徑680mm、壁厚14mm，內填密實石英砂，與撐腳同步安裝，安裝前用千斤頂根據梁體自重進行預壓持荷。

3.5 牽引裝置

1)牽引裝置由4個與下承臺澆筑為一體的牽引反力座(備2)、4束埋入上轉盤內的鋼絞線牽引索(備2)及2套LEHY2-600T型連續頂推千斤頂組成。

2)與主系統4個反力座對應的4束牽引索按中心間距16cm控制埋設于上轉盤不同高度處，由強度等級為1 860MPa的19-7φ5鋼絞線26束組成，預埋端采用15-19P型錨具，牽引索錨固端理論埋入上轉盤3.0m以上、實際埋入長度為繞上轉盤1周。牽引索與上轉盤夾角不能過大，避免牽引索受上轉盤的彎折影響產生安全隱患。牽引反力座在澆筑前應在千斤頂受力位置預埋鋼板，在牽引過程中千斤頂應與預埋鋼板進行密貼受力。啟動和轉動牽引力值如表1所示。

表1 啟動和轉動牽引力值 kN

3.6 助推裝置

助推裝置由8組助推墩、分配梁、傳力柱、2臺200t千斤頂和頂鐵組成(見圖7)。若上轉盤撐腳與環形滑道頂緊，可采用轉體助推裝置克服撐腳與滑道間的靜摩擦力，使橋梁順利轉體到位。

圖7 轉體助推裝置

4 結語

通過鄭州大河路上跨既有高速鐵路多股道東、西兩側3萬t T構轉體梁現澆支架法應用，研發了鄰近鐵路現澆混凝土轉體橋箱梁的裝配式支架體系及其拆除裝置，與全部采用碗扣式、盤扣式滿堂支架相比，其零件總體用量少，施工速度快，且有效解決了鄰近鐵路一側支架拆除運出問題；通過既有鐵路線間上空梁寬38.7m、8車道特大寬幅T構梁合龍段施工應用，提出跨障礙寬幅轉體橋梁合龍段吊架法模板支撐體系施工方法，解決采用現有掛籃模板支撐體系施工時成本較高、安全隱患較大問題，墩頂預偏改善梁體和墩身的受力狀態；通過既有線封鎖點內轉體施工，驗證了球鉸、滑道和撐腳、砂筒、牽引裝置、助推裝置關鍵技術實用性和安全性。工程實踐證明，該技術安全性極高，效益顯著。