連續梁轉體施工關鍵技術研究

馮揚芃

（中鐵二十五局集團第一工程有限公司，廣東 廣州 510080）

湘桂鐵路東外環特大橋作為全國首座轉體施工試驗項目，對施工的要求是精益求精。尤其是轉體期間施工是橋梁建設中重要的施工環節之一，它涉及橋梁的旋轉、轉向等關鍵操作，對于保證施工安全和橋梁質量具有重要意義。本文將介紹橋梁轉體施工的關鍵技術和實施步驟。

1 工程概況

湘桂鐵路改造建設過程中需要跨過武廣高速鐵路，因此在與武廣高鐵交叉處建設跨武廣東外環特大橋，其相交上跨部分為（40+64+40）m 預應力連續梁。武廣高速鐵路是中國第一條真正時速350 公里的高鐵，日開行列車多達170～200 對，是我國南北向高鐵大動脈之一。為保證武廣高速鐵路的正常運營，決定采取在高鐵兩側現澆樁基、承臺、橋墩和部分梁段，然后利用“天窗”時間實施平轉對中合攏的轉體施工方案，最后對平行合攏的梁段進行現澆。

2 旋轉系統施工

旋轉系統是指實施平轉對中合攏施工能夠旋轉的部分，其中包括上下承臺、球鉸、支撐腿、橋墩和懸臂主梁等，其他不能旋轉的部件，在可旋轉部件(包括下軸承平臺和基礎部件)的旋轉過程中提供垂直支承力和抗傾覆力。

2.1 下球鉸安裝

旋轉系統所用的設備由專業的制造商加工制作，并架運輸至施工現場，進行安裝、檢查以及調試，該裝置主要由骨架、球面板、摩擦片、套筒等組成，摩擦片填充有特殊的特氟龍滑片，并設置在上球面板之間。

下轉盤混凝土首次澆筑時，先用全站儀標識出預埋位置及設計高程，然后加工預埋鋼筋并將其定位。定位后，在安裝定位框架之前，首先將調平墊設置在定位框架底部的相應嵌入位置，每個墊圈的頂表面的高度差以1mm 均勻控制，精確控制和調整墊片的頂面標高。與此同時，定位鋼銷被安裝，并定位框架與定位鋼銷和在安裝的同時牢固地焊接。

下轉盤球節主要由地腳螺栓和下轉盤球節調節螺栓組成。現場安裝接頭主要通過螺栓連接，其他部件由制造商組裝。使用固定調整框架和調整螺栓懸掛下球節，調整到中心位置，然后調整螺釘調整高度。完成精確定位和調整后，再次檢查。安裝時還需要檢查整個旋轉系統水平高度以及轉盤中心高度是否滿足要求，并控制其平直度。全站儀檢測中心位置，通過千斤頂調整高程，同時多點復測。安裝沿橋時確保其實際安裝位置與預期位置偏差不超過1mm，同時將下球節相對高度控制在1mm 范圍內。在施工項目中，下球節的安裝精度（不超過0.5mm）在可調范圍內得到改善。完成以上工作后，通過擰緊調整螺栓將槽鋼固定在下球節和定位架之間[1]。

2.2 滑道安裝

施工過程中通過全站儀來為滑道精準定位，并按照要求布置其框架。滑道安裝可以分段拼裝，滑道調整固定后，安裝旋轉體過程中，可以通過在滑道內移動支撐腿來確保梁體上部處于平整狀態。在安裝過程中，滑塊的頂部表面比下部轉盤混凝土的頂部表面高1cm，同時多點復測，使整滑道表面處于同一水平面。

2.3 上球絞安裝

安裝之前對上下球鉸進行清理，確保球鉸球窩接觸面處沒有其他雜質，將中心銷襯套和中心銷均勻地涂地黃油聚四氟乙烯粉末，然后將銷釘放入襯套中，以調整銷和銷襯套之間的垂直度和間隙。然后，將聚四氟乙烯滑動片片安裝在下球形擴孔球面上，并將滑動件安裝在同一球面上，并用鋼尺重復測量。重新測試后，將黃油聚四氟乙烯粉末施加到球體上并稍微高于滑塊的頂部表面。最后，上部球鉸鏈放置在中心銷中，然后使用反向鏈條微調上球節的位置，使其與外圈鉸鏈外圈間隙水平和垂直。在安裝和檢查球窩接頭后，上下球窩接縫用聚乙烯塑料薄膜緊緊包裹，以確保任何物體未進入摩擦面。

2.4 支撐腿安裝

在滑道位置上共設有6 對鋼鑄的支撐腿，由制造商制造并運輸到現場，混凝土澆筑到下轉盤中，安裝上部球形接頭，并在澆筑混凝土后安裝支撐腿。

2.5 牽引鋼絞線預埋

安裝上層底部加固件后，安裝三組定位牽引電纜，牽引電纜由三根φ15.2 鋼絞線連接。在混凝土中，牽引纜索的預埋端由錨固定，鋼絞線的平面位置和高度由底部加強件的固定確定，并使得兩個錨固端相對直線對稱。每根電纜的預埋高度和牽引方向是相同的，每根電纜預先嵌入長度大于6m。在施工期間，牽引電纜中心預留了半圓形凹槽。牽引電纜的外部泄漏部分圍繞轉盤，并且在沒有干涉的情況下放置在預嵌入的肋上，并采取保護措施確保鋼絞線不會在后續施工中受到損壞。

3 轉體關鍵參數計算

3.1 牽引力計算

牽引力與旋轉體本身結構和尺寸有關，可以根據相關技術標準和參數直接計算。參照《公路橋涵施工技術規范JTGT F50-2011》中有關旋轉體牽引力規定，可由下式來計算旋轉體牽引力：

式中：

T——牽引力，kN。

f——摩擦系數，本文在計算過程中分別取靜摩擦系數和動摩擦系數為0.1 和0.06。

G——轉體總重力，取17550kN。

R——球鉸半徑，本文中取1.5m。

D——牽引臂（轉盤半徑），D=9.4m。

代入相關數據得到：

3.2 牽引索安全系數

本文牽引索選取的鋼絞線相關安全參數如下：標準強度fytp=1860MPa；直徑φ15.2-3；單根橫截面面積A=140mm2；在控制應力下鋼絞線下fk=0.75fytp=0.75×1860=1395MPa。

單組鋼絞線允許的最大應力計算公式為：

代入相關參數計算得：

則牽引索安全系數：

因此可以判斷本文選取的牽引索安全系數符合要求[2]。

3.3 慣性制動距離計算

為確保旋轉單元的安全性，連續千斤頂在拖動鋼絞線時將速度控制在V1=0.07m/min，此時梁開始轉動，梁端的旋轉速度大約為V2=0.35m/min，因此可以計算其動能為：

轉盤旋轉是的摩擦力矩：

設在摩擦力矩作用下，制動所需轉過的角度為α，則制動過程摩擦力矩做功：

則梁端的慣性制動距離為：

4 轉體施工

4.1 試轉體

利用天窗之前合適的時間完成試轉體施工，避免占用天窗時間。記錄梁體初始時刻參數值后，開始逐漸加載直到梁體開始正常旋轉，并使在其大約旋轉2°后停止加載。

通過試轉體要收集梁體實際旋轉油表讀數和慣性制動距離等關鍵參數。

4.2 正式轉體

在“天窗”即將到來時，各作業班組需要完成所有準備工作，并按照預定施工要求準備開始正式轉體工作作業。

同時按下兩副主控臺“啟動”按扭，開始逐漸加載，當主控臺位移數據開始發生變化時，記錄下此時系統的靜摩阻力，同時對梁端進行測量，梁體將開始逐漸旋轉。經過一段時間后，整個梁體將以一定速度勻速旋轉，此時指揮人員需要根據實時測量數據和主控臺顯示數據來判斷梁體實際情況，并按照操作規程指揮相應操作人員進行作業，確保整個梁體旋轉的時間/位移滿足設計要求。操作過程中主要通過控制牽引速度來保證梁體旋轉實際時間/位移數據和預期基本保持一致。如果旋轉過程中位移、速度等超出預期，需要及時進行調整。當梁體運動到距離預期位置1m 左右時，開始降低牽引速度。當位置只有0.5m 時，開始制動。在兩“T”中心線相差9cm 時，停止加壓油泵，梁體將逐漸減速直至靜止狀態。此時通過測量軸線長度、標高等來確認橋梁狀態和位置信息。如有必要，即進入橋梁姿態調節階段。在調整橋梁姿態時，為防止梁體發生滑移或者超轉，需要再次點動控制梁體狀態。

4.3 精確定位及鎖定

轉體到達指定位置后，通過調整軸線兩側的千斤頂來調整橋梁姿態，確保梁端標高符合設計要求。在水準儀的微調中，它用于對縱橫橋向進行測量，在利橋梁軸線由全站儀檢測。經過測量確定橋梁位置和姿態符合要求后，立即固定支撐腿，并抄死助推反力墩墩頂與梁底，這樣整個梁體將被固定而不會因外力作用發生位置偏移。完成以上工作后，多次測量梁體軸線，如果發現軸線偏離預定位置，可以通過連續頂系統和頂推千斤頂來調整梁體軸線位置。

4.4 固定上下轉盤位置

完成梁體轉體工作后，開始固定轉盤施工作業。將上轉盤、下轉盤焊接到鋼筋的預留垂直位置，C60 微膨脹預拌混凝土放置在梁支撐模具的外側。預埋的灌漿管位于上轉盤的界面處。在通過灌漿方法填充密封混凝土的凝固之后，在混凝土收縮間隙之后，將混凝土放置在上下轉盤上。它們之間沒有差距。輪換后，將永久支撐件推入到位（對于上推軸承，鋼墊設置在支架上，不銹鋼滑塊放置在塊上；25 塊厚的MGE 滑塊用于巖石頂部），并暫時支持。拆下支撐下座板下方的MGE 滑塊，將梁向下提升到設計高度，鎖定，擰緊上下支撐板螺栓，并注入高強度支撐砂漿墊。插孔已卸下，系統轉換。拆下球形接頭定位銷，在鋼制外殼周圍安裝橡膠，然后拆下中間墩側支架[3]。

5 關鍵控制點

5.1 試轉前準備工作

試轉前準備工作包括：

1.檢查轉體時所需的檢測設備，例如：游標卡尺等精密尺寸測量儀器以及提供轉體牽引力的預應力液壓電動油泵（油泵由試驗室校準后使用）。

2.清理支撐腿和滑道周邊碎屑等雜物，將四氟乙烯板放在支撐腿及滑道上，然后涂上黃油四氟乙烯以減少摩擦。

3.安裝千斤頂時，需要確保兩個千斤頂位于同一平面內，并對稱地分布于轉盤兩側。預埋的牽引索需要與預應力液壓電動油泵相連。

4.由于天氣因素會對轉體施工帶來較大影響，因此必須選擇天氣良好的時候進行施工作業[4]。

5.2 結構平衡、安全的施工措施

5.2.1 下球鉸混凝土的密實度

澆筑混凝土時，為確保混凝土澆筑質量，需要嚴格控制振動深度和次數。使用振動桿在球鉸鏈周圍傾斜插入，使石頭底部處于振動沉積物中，為了確保球窩的底部與混凝土緊密連接，球窩接頭的底面與混凝土緊密連接，沒有空隙，從而提高混凝土的致密性和澆筑質量。

5.2.2 控制滑槽間隙

在安裝階段，鞋底和滑塊之間的間隙應控制在15mm～25mm 之間；在轉體過程中，為避免產生較大阻力，應使得支撐梁與滑塊之間存在一定間隙，間隙值控制在3mm～5mm 范圍內[5]。

5.2.3 力偶形成的措施

在旋轉過程中，為防止產生額外力矩，應確保加載的力作用在同一水平面上，并且使得牽引索在延伸過程中緩慢地纏繞在轉盤上。

6 總結

我國鐵路項目的快速建設和發展，使橋梁結構越來越多地應用于大型河流等障礙，尤其是在建設高速鐵路過程中，橋梁的作用越發明顯。許多橋梁項目需要穿越現有高速鐵路等，給施工帶來較大難度，同時，在施工過程中容易引發安全事故。如何解決橋梁跨越其他鐵路干線問題已經成為其建設的難點問題。因此，研究旋轉橋梁施工技術有利于促進我國橋梁建設和高速鐵路建設，對推動社會經濟發展具有積極意義。