大跨度轉體連續梁施工技術研究及應用

周磊 ZHOU Lei

（北京鐵城建設監理有限責任公司，北京 100855）

0 引言

目前我國鐵路建設正處于蓬勃發展的時期，越來越多的鐵路項目陸續開工，由于我國鐵路建設時間跨度較大，使得后續新建鐵路與既有鐵路產生交叉，為減少對既有鐵路的影響，一般采用連續梁上跨，但連續梁由于其施工期較長且在施工過程中各種安全隱患也較為突出，對既有鐵路線路的運營安全影響較大。為最大限度的降低對鐵路線的影響，近年來很多鐵路橋梁在跨越既有鐵路時多采用轉體連續梁施工工藝，即梁體先以連續梁的工藝在鐵路線路范圍外進行施工，然后通過轉動球鉸對連續梁進行轉動，從而完成上跨既有鐵路的施工。轉體連續梁大大縮短了對既有鐵路的影響，最大限度的保證了鐵路運營安全，但轉體連續梁對施工技術水平要求較高，尤其是轉體中各工序的把控是否嚴格配合更是關系著整個項目的成敗。在新建鐵路項目某特大橋轉體連續梁施工中，由于該連續梁不但高度高跨度大，而且上跨多條既有鐵路線路和地方公路，使得連續梁在施工工程中對周邊影響較大，尤其是鐵路營業線施工安全防護風險加大，同時也對連續梁轉體后合龍精度提出嚴峻考驗。為確保鐵路和公路的安全運營及轉體合龍后的精度，項目部對該連續梁轉體方案進行統籌規劃，對轉體施工各項工序進行嚴格把控，通過一系列措施，有效縮短了轉體施工工期，大大降低了對周邊交通線路的影響，確保了鐵路及公路運行安全，同時轉體后合龍精度也滿足有關要求，保證了梁體線性和外觀質量。通過現場實際應用，該大跨度轉體連續梁施工工藝及相關技術在施工中取得很好的效果。

1 工程概況

新建鐵路某特大橋（41+76+41）m 連續梁全長為159.5m，上跨既有鐵路正線（K28+751 某特大橋9#墩）、K2線（K28+742 某特大橋9#墩、10#墩）、K1 線（K28+733 某特大橋10#墩）、貨物疏解線（K28+710 某特大橋10#墩）。在既有鐵路正線及K1 線兩側設T 構，分別轉體就位，跨中合攏。中跨跨越東艷路、既有鐵路正線線、客車車底取送線。東艷路寬度為32m，交叉角度為57°，既有鐵路正線、客車車底取送線交叉角度為61°；T 構采用墩底轉體法施工，均位于R=400m 的圓曲線上。橋面設2%橫坡。既有鐵路線為國家III 級鐵路，電氣化牽引單線鐵路，限制坡度12‰，最小曲線半徑400m。K2 線、K1 線為國家V 級鐵路，電氣化牽引單線鐵路，限制坡度7‰。貨物疏解線均為國家III級鐵路，電氣化牽引單線鐵路，限制坡度16‰，最小曲線半徑400m。梁體為單箱單室、變高度、變截面結構，底板、腹板、頂板局部向內側加厚，底板按二次拋物線變化，其他均按直線線性變化。中支點截面中心線處梁高6.442m，中跨跨中10m 及邊跨8.75m 直線段截面中心線處梁高3.642m，梁底下緣按二次拋物線變化。（圖1）

圖1 轉體連續梁與周邊交通位置關系示意圖

2 轉體結構設計

轉體結構的主要結構包含上下轉盤、轉動球鉸以及轉體牽引系統組成。在下承臺頂面設置環形滑道、助推反力支座、牽引反力支座等設施，在上下承臺之間布設有銷軸的轉動盤（球鉸）。施工時需將圓柱滑塊均勻布置在球面板上，上球面板頂面與托盤相連，托盤上設置轉盤，整個系統臨時支撐均采用混凝土結構，轉動牽引束采用鋼絞線纏繞而成。上轉盤設有6 組撐腳，每個撐腳由兩個?500mm 的鋼筒組成雙圓柱形，下設30mm 厚鋼走板。將聚四氟乙烯滑塊按照設計位置嵌入到下球鉸面上，然后將黃油和聚四氟乙烯粉的混合料對球鉸間的縫隙進行填充。連續梁施工完成后，實施轉體。轉體前梁面上雜物需清除，梁面小型物件需固定牢靠。轉體總重量為9#墩4962t、10#墩4962t，在轉體施工前應對其摩阻力等參數進行測試，每處轉體施工點配備2 臺ZLD200 型千斤頂，轉體總耗時需小于90 分鐘，轉體就位進行精調后立即鎖定，然后進行下一步施工。（圖2）

圖2 轉體結構立面圖

3 轉體各項參數計算

3.1 轉體牽引力、安全系數計算 9#、10#墩轉體重量均為49620kN，即總重量G 取49620kN。轉體牽引力計算：牽引力T=2/3×（R×W×μ）/D[1]

其中R 為球鉸平面半徑，R=1.275m；W 為轉體最大重量；D 為轉臺直徑，D=7.2m；μ 為球鉸磨擦系數，μ 靜=0.1，μ 動=0.06；轉動開始時最大索引力T=2/3×（R×W×μ 靜）/D=585.5kN；正常轉動時牽引力T=2/3×（R×W×μ 動）/D=351.5kN。

根據上述計算公式，計算各轉體墩的啟動牽引力、轉動牽引力。計算轉體過程撐腳豎向力，考慮的不平衡力有：

①兩側梁體澆筑偏差，按重心偏心10cm 計算；②一側風向上吹，按6 級風考慮。撐腳豎向力N，撐腳距球鉸重心距離L=3m，增加牽引力T=μ×N×L/D。

表1 轉體施工牽引力統計表

啟動時單側動力儲備系數：K1=2000/585.5=3.42。轉動時單側動力儲備系數：K2=2000/351.5=5.69。連續千斤頂型號為ZLD200 型，最大張拉力為2000kN，計算結果表明千斤頂動力有足夠的安全系數儲備。

3.2 鋼絞線的安全系數計算 牽引索采用15-?s15.2鋼鉸線；標準強度：fytp=1860MPa；每束根數：n=15；單根截面面積：A=140mm2；上轉盤設置兩束牽引索，設計牽引索采用15-15.2 鋼絞線。單根理論張拉力：140*1860=260.4kN；15 根合計15*260.4=3906kN；啟動時鋼絞線的安全系數2×3906/778.6=10.03，滿足施工要求。轉動時鋼絞線的安全系數2×3906/544.3=14.35，滿足施工要求。

3.3 轉體時間的計算 千斤頂的牽引理論速度（mm/min）=泵頭流量（L/min）/（2×伸缸面積）。理論上由于泵頭的實際流量可根據要求從0 到36L/min 進行選擇，所以轉體的速度可根據設計的要求而設定在規定的時間范圍內實現施工要求。9#墩轉體角度為順時針60°，10#墩轉體角度為順時針55°。順時針試轉5°后，正式轉體9#墩按順時針55°、10#墩按順時針50°考慮，上轉盤直徑7.2m，計算出9#墩鋼絞線牽引長度L=3.46m、10#墩鋼絞線牽引長度L=3.14m。9#墩梁端轉過弧線長度為35.84m、10#墩梁端轉過弧線長度為32.58m。按轉體角速度0.02rad/min 進行計算：正式轉體到位所用時間：9#墩t=55/（0.02×180/π）=48min，10# 墩t=50/（0.02×180/π）=44min；9# 墩轉體線速度為35.84/48=0.75m/min，10#墩轉體線速度為32.58/44=0.74m/min；牽引索速度：V=L/t=3.46/48=0.07m/min（9#墩），V=L/t=3.14/44=0.07m/min（10# 墩）；精調時間按20min 考慮；轉體用時為：48+20=68min（9# 墩）、44+20=64min（10#墩）。轉體要點總時間計算：轉體前提前做好準備工作，不占用時間，其它工序所需時間如下：①接觸網斷電及恢復送電時間：15min；②轉體到位時間：48min（9# 墩）、44min（10#墩）；③精調時間：20min；總計時間：15+48+20=83min（9#墩）、15+44+20=79min（10#墩）橋面兩端頭中心軸線合攏前2m 內時，監測點工作人員開始給控制臺倒數報告監測數據，每10cm 報告一次；當主梁端部即將到達設計位置前100cm 時，采用點動操作；在30cm 內，每1cm 報告一次；在5cm 內每1mm 報告一次。預計點動階段時間20 分鐘。因此，9#墩轉體要點總時間按120 分鐘考慮、10#墩轉體要點總時間按120 分鐘考慮。

4 翻模主要施工工藝

4.1 總體施工工藝流程 總體施工流程圖，詳見圖3。

圖3 轉體施工流程圖

4.2 臨時鎖定微調系統及拆除砂箱 在主梁施工完成，主梁落架前，將4 臺400 微調千斤頂安裝到位，使其均勻受力。上轉臺與下承臺之間采用鋼撐腳下部打入鋼楔塊進行鎖定，完成整體結構的臨時鎖定。待配重到位后，拆除撐腳與滑道間的石英砂箱，清理滑道與撐腳間的石英砂，并在撐腳下鋪設聚四氟乙烯滑板后對稱、均衡拆除上、下轉盤間的砂箱，采用4 臺400t 千斤頂將上下轉盤抄實（即微調系統千斤頂），拆除后利用高壓水沖洗以保證清潔[2]。

4.3 鋪設撐腳下聚四氟乙烯板及安裝鋼楔塊 拆除撐腳上部支后鋪設聚四氟乙烯板，每個撐腳位置其鋪設數量為2 塊。然后將鋼楔塊固定在撐腳的四個方向。每個轉體點位置鋼楔塊需布置8 組共32 個，鋼楔塊厚度≥0.5cm。

4.4 轉體系統設備安裝及調試 本工程轉體系統由4臺ZLD200 型連續千斤頂，每臺千斤頂配備液壓泵提供動力，每兩臺千斤頂采用1 臺主控臺進行控制。千斤頂油缸前后位置需設置緊鎖裝置。在轉盤處的反力墩上將千斤頂按要求進行布置，油缸中心線必須與鋼絞線的工作受力線重合，每個轉體位置的千斤頂距離轉盤的距離必須一致，同時距離牽引所脫離點位置≥2m。千斤頂位置與油泵及總體控制柜處于同一平面上以便油壓穩定，同時要確保轉體的組件部分與設備保持一定距離，控制柜位置要選擇在視野范圍良好處，能夠觀測到整個施工狀況。

4.5 試轉體及正式轉體 在正式轉體前需先進行試轉體，確保各項參數無誤后將臨時支撐拆除，梁體靜置24 小時后再由專職人員對梁體進行全面檢查，確認無誤后在規定時間內進行轉體施工。轉體時間點需提前與鐵路及公路管理部門進度溝通確認，然后由轉體施工總負責人發號指令方可進行，在轉體過程中鐵路防護員及駐站聯絡員要保持通訊設備的通暢。在轉體過程中觀測人員要明確分工，確定觀測范圍，尤其是轉體速度、反力架受力狀況，鋼絞線情況等。在轉臺處做好標識。在梁體配重位置觀測人員在轉體接近剩余1～2°時，將剩余梁端走行弧長及時匯報給轉體總負責人，按照前期的試驗數據進行點動轉體，每個點動操作結束后要及時計算剩余弧線長度以便指揮人員及操作人員能夠實時了解轉體狀況，從而為一步操作提供依據，重復上述工序直至轉體達到設計位置[3]。

4.6 轉體到位后的約束鎖定及封盤施工 轉體結構精確就位后，即對結構進行約束鎖定。下轉盤施工時下球餃及滑道安裝就位后，澆筑下轉盤混凝土。澆筑混凝土前安裝下球餃振搗孔防護套及排氣孔管，保證下轉盤混凝土密實并防止混凝土流入下球餃凹面內；上轉盤施工時注意預留振搗孔，保證上下轉盤封固混凝土振搗密實。

5 安全質量保障措施

①在轉體施工前，由項目部對所有參建人員進行交底，對其操作規范及安全掌握狀況進行考核，符合要求后方可進行上崗作業[3]。②在轉體之前進行認真檢查，發現問題提前處理，試轉及轉體前應先確定滑道及撐腳間留有間隙，且無雜物，若有雜物需提前清理干凈，并涂抹黃油后再進行轉體施工。③大風天氣及雨天不得進行轉體作業施工，并將上下轉臺之間重新用4 臺400t 千斤頂進行抄墊固定，防止在風力作用下梁體發生顫振或抖振。

6 結束語

通過對該連續梁轉體方案進行統籌規劃，對轉體施工各項工序進行嚴格把控，通過一系列措施，有效縮短了轉體施工工期，大大降低了對周邊交通線路的影響，確保了鐵路及公路運行安全，同時轉體后合龍精度也滿足有關要求，保證了梁體線性和外觀質量。通過現場實際應用，該大跨度轉體連續梁施工工藝及相關技術在施工中取得很好的效果，也為后續類似施工提供了借鑒和參考。