跨既有鐵路線T 型剛構橋轉體施工關鍵技術

周逸瑜 ZHOU Yi-yu；石朋杰 SHI Peng-jie

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，太原 030024）

1 工程概況

某高速公路上跨鐵路段采用整幅2×60 米預應力混凝土T 構橋，為了減小公路橋梁施工對既有鐵路運營的影響，在平行于鐵路線的外側，先對2×57 米的T 型剛構預應力混凝土梁進行支架現澆施工，在完成T 梁澆筑后進行71.2°順時針轉體，轉體重量為1.4 萬噸。

在完成轉體施工后，邊跨同樣采用支架現澆施工工藝，并與轉體T 構連接形成連續剛構體系橋梁。T 構上部箱梁采用單箱四室直腹板箱型截面形式，中支點的中心梁高為6.5 米，頂板厚度為0.28 米，底板厚度為0.3 至0.7米，支點位置加厚至1.5 米，腹板厚度為0.45 至0.7 米。支點位置處的腹板厚度為1.5 米，中橫梁采用雙室截面形式，各箱室厚度為1.5 米。（圖1）

圖1 轉體施工橋梁上跨現狀鐵路平面示意圖

轉動系統采用鋼制球鉸形式，分上下兩片，球面空間半徑為8.0 米，設計靜摩擦系數為0.1，動摩擦系數為0.06，考慮到轉體結構的穩定性和施工過程的便利性，在轉動系統的上轉盤周圍對稱布置了8 對撐腳。（圖2）

圖2 轉動系統構造示意圖

2 轉體參數計算

2.1 轉體牽引力、安全系數計算

根據轉體結構的重量以及靜、動摩擦系數，可以求得相應的摩擦力：F靜=W×μ靜=140000×0.1=14000 千牛；F動=W×μ動=140000×0.06=8400 千牛；球鉸平面半徑R=1.95米；轉盤直徑D=8.9 米；則：T啟=2/3×（R×W×μ靜）/D=2044.9千牛；T轉=2/3×（R×W×μ動）/D=1226.2 千牛。

牽引設備采用2 臺ZLDK3500 千牛液壓千斤頂進行同步自動牽引，根據液壓千斤頂的型號可知，千斤頂的工作儲備系數滿足頂升轉體要求。

考慮撐腳與滑道接觸時的影響，且撐腳的支撐反力不超過2000 千牛，撐腳所在位置的回轉半徑R撐=3.9 米。

則：T=2FGR/3D+fNR撐/D。

計算結果：

啟動時的動力儲備系數：K3=3500/2175.1=1.61；

轉動時的動力儲備系數：K4=3500/1313.8=2.66；

滿足要求。

2.2 鋼絞線的安全系數

牽引索采用19-Φ15.2 鋼鉸線。鋼絞線的極限承載為（按19 根鋼絞線計算）19×260=4940 千牛。

啟動時的鋼絞線安全系數：K5=5460×0.75/2670.9=1.8；

轉動時的鋼絞線安全系數：K6=5460×0.75/1602.5=2.9；

從計算結果可以看出，千斤頂的相關技術參數均滿足施工要求。

2.3 轉體時間的計算

橋體懸臂端線速度按照轉體過程中角速度的最大值考慮，通過計算出角速度取最大值條件下的牽引速度后，便可計算出橋體懸臂端線速度，結合本項目線速度的計算值為1.13 米/分鐘，滿足規范要求。

轉體時間計算：轉體到位所用時間（轉速0.02rad/min）：t=65/1.15=56.5 分鐘，按60 分鐘考慮；精調時間按20分鐘考慮；牽引索速度：V=L/t=4.45/56.5=0.079 米/分鐘；轉體要點總時間計算約110 分鐘。

2.4 摩阻系數

通過對比實際滑道、轉盤摩阻系數與理論計算摩阻系數，為轉體的現場實施提供數據支撐。其中，靜摩擦系數μ靜=3M/2RG=0.1，動摩擦系數μ動=3M/2RG=0.06。

若摩擦系數的測量值與設計值相差較大，則在找出相關原因以及處理辦法后，再繼續進行下步工作，以保證轉體的順利實施。

2.5 四氟滑動片應力檢算

支座反力為140000 千牛，各支座布設三圈改性超高板，三圈的內徑分別為400 毫米、1490 毫米、2630 毫米，外徑分別為1440 毫米、2580 毫米、3700 毫米，總面積為10306780.1 平方毫米。經計算，該改性超高板的安全系數以及抗壓強度滿足轉體施工的技術要求。

3 轉體設備及選型

3.1 牽引動力系統

本項目的轉體動力系統由兩臺ZLD350 連續牽引油缸、兩臺ZLDB 液壓泵站以及1 臺ZLDK 電腦控制柜組成，通過高壓油管和電纜線連接。每套連續牽引系統由前、后兩臺油缸串聯組成，同時每臺油缸前端均配有錨具鎖緊裝置。

3.2 牽引索

牽引索是由兩束預埋再上轉盤內的19 根強度等級為1860 兆帕的Φ15.2 毫米鋼絞線組成。為了避免因千斤頂活塞旋轉使得牽引索擰成一束，在連續牽引油缸反力座設鋼絞線分絲板，分絲板不得轉動，千斤頂與牽引反力座間分絲鋼板厚度不小于20 毫米。

3.3 傳感器的布置

為了實時掌握轉體系統在轉體過程中的工作狀態，針對性地布設了三種傳感器，錨具傳感器、油缸行程傳感器以及壓力傳感器。其中，為了實時了解油缸內的錨具工作狀態，為每一臺油缸布設了一個錨具傳感器；為了實時了解油缸內推移千斤頂的行程，為每一臺油缸布設一個油缸行程傳感器，對全行程進行監測數據采集；最后，針對油缸荷載的實時情況，也在每臺油缸中布設一個壓力傳感器。

3.4 現場實時網絡控制系統的連接

搭建現場實時網絡控制系統平臺，該平臺設計軟件程序和硬件設備，通過有線傳輸模式一端連接傳感器和液壓泵站，經解碼器轉成數字信號后，另一端接入計算機控制系統，從而實現整個控制系統平臺的建立。（圖3）

圖3 現場實時網絡控制系統設計框架

3.5 助推千斤頂的布置

根據轉體經驗，轉體橋梁在開始轉體時，為了防止在剛啟動時，靜摩擦力過大而造成轉體失敗，配備4 個助推千斤頂幫助預啟動，待轉體橋梁正式啟動后，助推千斤頂就不再提供頂推力。

4 施工流程及關鍵技術

4.1 施工流程

施工流程見圖4。

圖4 橋梁轉體施工流程圖

4.2 關鍵技術

4.2.1 球鉸制作與安裝

①精確安裝下球鉸，安裝過程中要求保證球鉸面不變形，防止雜物進入球鉸摩擦面。當下球鉸安裝完成后，安裝預埋套筒，對套筒需進行精準定位，以確保后期中心軸鋼棒能圍繞中心轉動。（圖5）

圖5 下球鉸就位

②滑動片安裝。將滑動片按照編號放入對應編號的孔內，并確保各滑動片表面處于同一球面，然后在各滑動片之間涂上黃油聚四氟乙烯粉。

③上球鉸安裝。對上球鉸進行吊裝，并根據安裝位置的要求對上球鉸進行臨時鎖定。（圖6）

圖6 上球鉸安裝

4.2.2 撐腳和滑道

在上盤下方布設4 對雙圓柱形撐腳，其中，每對撐腳由兩個直徑80厘米壁厚24 毫米的圓形鋼管焊接組合而成，同時，將添加有膨脹劑的C55 混凝土灌注在撐腳內部。（圖7）

圖7 撐腳外觀圖

在進行轉體施工時，為了確保轉體橋梁保持平穩，必須確保撐腳能夠在滑道內暢通滑移。要求滑道表面水平度每3 米范圍內小于1 毫米，整體水平度小于5 毫米，滑道板之間13～17 毫米。滑道位置調整完成后將滑道與滑道支架通過相關安裝輔材進行焊接，以固定滑道。滑道調整結束后將滑道面板下面的螺母分別與其相接觸的鋼板點焊，防止螺母松動。

4.2.3 稱重與配重

理論上轉體系統應放置在轉體橋梁的形心處，但由于實際轉體系統兩側的轉體梁端的剛度和質量并非均質，因此，需要在轉體施工前對轉體橋梁進行稱重并重新配重，以確保梁端兩處力矩平衡。

稱重應在監控單位的指揮下進行，稱重完成后應立即安裝撐腳下鋼楔。本項目的稱重試驗分為橫向和縱向稱重試驗，其中，橫向和縱向稱重分別同時采用兩臺400 噸的千斤頂，其布置形式如圖8 所示。

稱重完成后，應根據稱重結果及橋梁轉體技術標準，進行合理配重。理論上轉體系統應放置在轉體橋梁的形心處，但由于實際轉體系統兩側的轉體梁端的剛度和質量并非均質，因此，需要在轉體施工前對轉體橋梁進行稱重并重新配重，以確保梁端兩處力矩平衡。結合本項目橋梁的實際特點，選擇梁體平衡配重方案，按監控要求在預定位置用吊機吊裝混凝土塊進行配重。采用預埋“馬鐙筋”固定配重塊的方式進行配重，“馬鐙筋”采用HPB300Φ20 圓鋼，高出混凝土面15 厘米，橫橋向間距1 米，混凝土塊尺寸1×1×2 米，按照設計配重60 噸預埋固定配重塊預埋件。配重塊底部采用2 厘米+1 厘米厚的兩塊鋼板墊平。

在完成對轉體橋梁的配重工作后，還需要進一步檢驗配重的準確性，也就是進行復稱環節，如果復稱環節不滿足結構重心的要求，那么需要重新進行配重直至最后確保梁體平衡，沒有偏心情況的出現。

4.2.4 轉體監測

為保障橋梁的安全、順利進行，及時地為指揮者決策提供數據支撐，在橋梁轉動過程中需實時監測以下內容：

①橋梁梁端豎向位移的實時監測及限值預警；

②橋梁梁端運動軌跡與計算軌跡的對比偏差；

③橋梁轉動角速度和線速度的實時監測及相關限值預警；

④轉體角度、轉體弧長的實時監測；

⑤轉體過程中風速風向信息的實時獲取。

利用帶電動馬達的全自動測量全站儀，實時測量轉體過程中梁端測點的數據，通過監測信息化系統自動分析處理，得到轉動過程中橋梁相關轉動控制參數及橋梁姿態變化。

5 結語

轉體施工是本項目橋梁上跨既有鐵路施工過程中的關鍵步驟，具有轉體過程復雜，技術難度大，要求精度高等特點。雖然目前橋梁的轉體技術的基礎理論較為成熟，并且該項技術在實際項目中廣泛運用，但必須根據橋梁自身結構特點以及考慮橋梁所處環境的限制性因素，針對性地制定轉體施工方案，減少因轉體施工對橋梁結構受力狀態產生的影響，從而確保施工過程中橋梁結構的穩定和安全。