公路大跨度剛構連續梁平轉法在跨鐵路施工中的應用

解興泉

（中鐵二十局集團有限公司，陜西 西安 710000）

1 工程概況

隴西至漳縣高速起點位于甘肅省隴西縣文峰鎮赤山子村東側，設置文峰樞紐與連霍高速相接，由中鐵二十局集團有限公司承建。其中，渭河特大橋L9～L11跨上跨隴海鐵路采用懸臂現澆、雙幅同步平面轉體的施工方法。上跨結構為 41.4 m+70 m+41.4 m 連續剛構。主墩采用雙薄壁墩，墩高18 m，墩底接轉盤，上下承臺間設整體球鉸，設計豎向承載力為 85 000 kN。

隴海鐵路6#橋位于隴海線隴西至蘭州北區段，隴西至云田鄉區間。連續梁與隴海鐵路夾角為76°。箱梁底面距上行線軌面最小距離為10.05 m，距離下行線軌面最小距離為11.55 m。9#墩承臺距離隴海鐵路上行線回流線最小距離為7.4 m，墩身距離上行線回流線最小距離為14 m；10#墩承臺距離隴海鐵路下行線回流線最小距離為7.7 m，墩身距離下行線回流線最小距離為 14.1 m。

2 工藝流程

首先，平行于隴海鐵路方向逐段采用掛籃懸臂澆筑，梁體節段施工完畢后進行平轉施工，轉體前完成“T”構橋面防撞護欄、防拋網的施工。其次，進行掛籃懸臂澆筑施工。邊跨現澆段、中跨合龍段、跨中掛籃懸臂澆筑標準段及0#號塊這4個位置使用墩頂托架進行澆筑操作。最后，進行墩頂0#號梁段與墩身剛性固結。懸臂澆筑由0#梁段向兩端對稱分節澆筑，形成單“T”構，并以0#梁段為中心的單“T”構進行轉體。轉體到位后澆筑合龍段形成1跨簡支“”形結構，而后澆筑邊跨現澆段，形成三跨超靜定連續梁。

3 轉體施工

3.1 轉動體系

轉動體系由承重、頂推牽引、平衡三大系統構成。平衡系統主要構成部分包括梁頂端位置的備用水箱、大噸位千斤頂、上轉盤鋼管混凝土圓形撐腳及結構本身；頂推牽引系統主要構成部分包括助推反力支座、牽引反力支座及牽引設備；承重系統主要構成部分包括轉動球鉸、下轉盤及上轉盤，其中樁基礎和下轉盤相連，轉體結構依靠上轉盤支承［1］。

箱梁為轉體上部結構：單箱3室直腹板預應力混凝土箱梁，端部梁高 2.5 m，墩頂處梁高 4.5 m，按 1.8 次拋物線變化，頂板寬25.5 m，底板寬18.5 m。左右側轉體懸臂長33 m。墩柱中主墩為雙薄壁墩，壁厚1.1 m，凈距離為 1.8 m，過渡段采用7 m的圓弧連接，墩高18 m。墩底接轉盤，上轉盤的平面尺寸為 10.8 m ×10.8 m，厚度為3 m的實體結構。牽引索埋入上轉盤長度不少于3 m，并圓順地纏繞在轉盤上。預埋端采用“H”形錨。球鉸應該選擇轉體成品球鉸，需具有85 000 kN承載能力，同時保證0.06的最大動摩擦系數與0.1的最大靜摩擦系數。下轉盤的平面尺寸為 15.7 m×15.7 m，厚度為 3.5 m 的實體結構。

3.2 平衡系統主要部件

撐腳位于上轉盤底面，該系統的撐腳應為圓形鋼管混凝土，共8對，80 cm，均勻地分布在轉動中心半徑R=450 cm的圓周，撐腳底面走板采用加工定做，表面磨光度不低于6.3級。滑道應為環形滑道，設置在下轉盤頂面位置，滑道寬1.1 m，設置5.05 m的最外側半徑，主要構成包括5 mm 厚的四氟板貼面與3 mm 厚的不銹鋼板，應于環形滑道頂部進行滑道鋼板的嵌入。

備用大噸位千斤頂在橋墩對稱軸線方向，沿轉盤四周對稱位置設置 4 臺大噸位備用千斤頂。梁頂端部設置2個水袋，作為備用措施。牽引設備應該設置4 臺 ZLD1000 型連續千斤頂，為保證正常運行，同時進行相應主控臺與泵站的配備。助推系統為6臺YCW型穿心式千斤頂。上轉盤設置2束鋼絞線牽引索。

位控系統主要構成部分包括測量儀器、反力座、千斤頂等。內環位控（保險）系統主要包括千斤頂和撐腳兩個部分，反力梁設置在反力座位置，采取防超轉措施，借助雙拼“工”字鋼進行反力梁的組成，將橡膠墊塊于反力座和反力梁的中間位置進行設置，用于對就位慣性力進行緩沖［2］。

針對微調系統，于承臺和轉盤中間的位置進行400 t千斤頂的設置，調整其為偏位相反方向，在另外一邊進行限位梁的設置，用以避免出現微調超限的情況（如圖1所示）。縱橫向位置調整到位后，用型鋼抄墊固定，并將撐腿用鋼板抄死。立模灌注封盤混凝土。

圖1 微調系統布置圖

3.3 轉體計算

3.3.1 轉體牽引力計算

T=2fGR/3D

上式中：T為牽引力，kN；G為轉體總重力，kN；R為球鉸半徑，取1.35 m；D為牽引力偶臂，取10.8 m；f為按照相關的設計規范進行0.1的靜摩擦系數的確認，同時設置0.06的動摩擦系數。

G1上轉盤 =346.1×2.6×9.8=8 818.63 kN；G2墩身=403.6×2.6×9.8=10 283.73 kN；G3梁體=4 650.83×9.8=45 578.14 kN；G4防撞護欄 =0.34×45×2×2.6×9.8=779.69 kN；G5掛籃=160×9.8=1 568 kN；G=67 028.19 kN。

T靜=2×67 028.19×0.1×1.35÷3÷10.8=558.57 kN ；T動=2×67 028.19×0.06×1.35÷3÷10.8=335.14 kN。

3.3.2 安全系數計算

根據計算結果確定牽引千斤頂和千斤頂，系統應分別對稱地設置2臺1 000 kN連續千斤頂，則動力系數1=T靜/F1=558.57/1 000=0.56 ＜ 0.85，滿足要求。

3.3.3 慣性制動距離計算

根據相關的設定，在轉動單元歸位之前，需要停止牽引連續千斤頂，在慣性的作用下使得轉動單元能夠繼續保持轉動的狀態，在這種情況下，整個轉動單元的繼續轉動狀態在動摩擦力下受到阻止將逐漸停止［3］。

鋼絞線受到連續千斤頂的牽引的具體速度能夠確認轉動單元轉動速度。本系統在進行運算的過程中，設置小于0.02 rad/min的千斤頂角速度，同時保證不超過2.0 m/min的橋體懸臂端線速度。預先設定千斤頂線速度為 5.83 m/h，即 0.097 m/min，則轉動單元的角速度為=V1/r1=0.097÷5.4=0.018 rad /min。

本連續梁“T”構總長66 m，端頭轉動線速度如下：

在運行的過程中，為提升轉動單元的安全性，應該按照0.097 m/min的速度利用連續千斤頂對鋼絞線進行牽引，使得轉盤可在帶動下轉動。當梁端轉動速度達到0.59 m/min 時，對應的動能如下：

上式中：W1為“T”構動能，J； M 為“T”構質量，kg。

慣性在止動階段影響較小，當梁頂端部的結構橫斷面中心線與設計橋位縱斷面軸線相差0.5 m時應停止牽引，利用慣性就位。再由控制測量指揮，利用千斤頂通過點動逐步將轉動單元頂推到設計線位置。

3.3.4 轉體時間計算

轉體的角度為（76+25）°，10#墩先轉25°，后9#、10#一同轉體，即101×/180=1.763 rad，轉體時間T 即 1.763 rad/0.018 rad/min=98 min。當點動時間為 0.2 s時，定位精度為 1.69×10-3×0.2×33×1 000=11.15 mm ；當點動時間為 0.5 s 時，定位精度為1.69×10-3×0.5×33×1 000=27.89 mm。

3.3.5 轉體前不平衡力矩及配重的計算

根據設計要求，轉體前調整結構偏心值不大于0.1 m。為防止邊、中跨底板預應力配置偏差及風力等其他因素的影響導致“T”構不平衡，在“T”構0#塊頂預備水袋。

3.4 落架、稱重及配重

落架應先拆除上下轉盤臨時固結，再對稱拆除砂箱，至此把上盤、墩柱、連續箱梁形成一個以球鉸中心為支撐點的自由轉動體系。靜置24 h仔細觀測梁體根部應力與變形、橋梁線形、轉體平衡情況、上下盤應力情況、球鉸壓應力，若無異常即可進行下一步工作。根據測得的稱重參數，對橋梁進行配重。采用水箱作為配重荷載。配重原則是使轉體上部結構的重心垂線落于球鉸軸心線偏后的一側（重心垂線仍落于球鉸支撐面上）或使轉盤后側撐腳落于滑道上。通過配重達到轉體過程3個有效支撐點即球鉸及靠后側的2個撐腳，形成可控的穩定體系，不會發生瞬時任意方向傾斜的現象［4］。

3.5 試轉

首先，需要拆除上、下轉盤間填充物；解除多余約束，檢查轉體結構關鍵受力部位情況。其次，在下承臺頂布置轉體牽引系統的設備、工具、連接控制臺、泵站、千斤頂間信號線及電源并調試設備。根據千斤頂的施力值反算出各泵站油壓值。設備空載運行，檢查設備運行是否正常。人工理順鋼絞線，將牽引鋼絞線沿牽引方向繞過轉盤穿入連續千斤頂。先用5 kN逐根頂緊鋼絞線，保證每根鋼絞線受力均勻。拆除砂箱支墊，清理滑道雜物并涂潤滑油。檢查環道及周圍有無阻礙轉動因素。試轉時，現場應統一指揮，并記錄試轉時間和停轉后余轉值，比較實測結果與計算結果，調整轉速。測試每分鐘轉動主橋的角度及懸臂端轉動的水平弧線距離，將轉體速度控制在設計要求內。試轉角度不得侵入既有線限界內，保證既有線安全。

3.6 轉體

首先，應該按照施工要點規劃，在保證當時的氣象狀態滿足批準的施工天窗點氣象條件時，可進行相關的正式轉體操作。其次，轉體實施前2 h由鐵路相關單位組織召開施工預備會，鐵路防護設施、安全防護員就位，施工負責人接到駐站聯絡員可以開始施工通知，開始轉體。再次，精確就位采用上下雙重控制：下部控制時，在下承臺精確放出上承臺設計邊線，控制轉體時上部的轉動角度；上部控制時，在轉體過程中使用全站儀精確測量轉體梁端中線和梁端標高。最后，利用下承臺助推反力座與撐腳之間設置的限位裝置，防止梁體過轉，當轉至最后一個撐腳與助推反力座空位時，放入限位“工”字鋼，以防止梁體過轉。

動摩擦系數和四氟靜摩擦系數之間存在較大的差異，在進行具體運行時，啟動瞬間會出現巨大的摩擦阻力差值，對其造成非常大的沖擊。在此情況下，轉體應該借助助推啟動千斤頂的輔助操作，同時借助鋼索牽引進行轉動操作，進而提升操作的安全性。預先使輔助千斤頂滿足設定的噸位，在轉體正式實施過程中，進行動力系統設備的啟動操作，保證其能夠在“自動”的基礎上進行操作。在正式進行轉體時，防止出現時慢時快的情況，保證牽引力的同步與對稱，同時要均勻轉速，保證摩擦力矩和轉盤承受的動力偶處于平衡狀態，不會出現傾覆力矩問題。在運行過程中，操作人員必須高度集中注意力，時刻觀察動力系統和轉體各部位運行情況。如果出現異常立即停機處理，徹底排除隱患后再運行。為防止結構超轉，轉至距離設計位置約2°時系統暫停，先借助慣性運行，待穩定后改由手動點動操作。為了進一步確認轉體就位的安全性與精準性，應該借助橡膠緩沖墊在限位型鋼上［5］。

轉體結構精確就位后，檢查平面軸線及高程。符合設計要求后，用鋼楔塊抄墊固定，并與滑道鋼板、上盤預埋鋼板全面焊接。要求以最短的時間完成轉盤結構固結，防止風力或其他因素導致結果位移。確認鐵路達到開通放行條件，解除現場封鎖防護，恢復營業線運行。檢查轉體高程、軸線偏位是否符合設計要求，并依照圖紙施工順序完成合龍段施工。

3.7 轉體施工質量保障措施

轉體前必須進行試轉，通過試轉確定點動慣性位移量、確定最大靜摩擦力力值，以指導后期轉體。轉體前進行稱重及配重，確保平穩轉體。具體轉體時間根據鐵路局天窗點確定，盡量放在白天轉體。當風力大于5級時嚴禁轉體［6］。為防止過轉，需根據試轉確定的參數提前控制連續千斤頂，通過助推反力支座預設限位裝置，確保不過轉。轉體時需備用牽引泵站及連續千斤頂，確保在有效天窗點內完成轉體。

4 結語

在我國交通網日趨密集的形勢下，跨越既有道路、鐵路營業線建造橋梁在工程建設中已成為常態，應用平轉法施工鋼構連續梁，將原本需要在營業線上空進行的懸臂現澆作業，轉移到營業線界以外施工，不僅最大限度地降低了施工對鐵路運營的干擾，而且降低了安全風險，使連續鋼構懸臂現澆擺脫了營業線封鎖要點的限制，加快了施工速度，提升了工程的經濟優勢與技術優勢，為類似工程的施工提供了經驗借鑒。