軌道交通高架橋跨越既有高速公路時的施工方法比選

朱 童

（上海黃浦江大橋建設有限公司，上海市200090）

1 項目概況

上海軌道交通16號線工程跨越S2滬蘆高速公路段為高架橋梁，設計方案為35.5 m+50 m+35.5 m三跨變截面連續箱梁，總長121 m。S2滬蘆高速連接上海城區和臨港新城，設計時速80 km/h，現狀總寬度27 m。原方案擬采取懸臂現澆法施工，因交底時間較晚，且為了盡量減少占路施工對交通的影響，以及降低高架上跨施工帶來對地面車流帶來的安全風險，經多方論證，決定采用轉體法施工工藝實施。

2 轉體方案

在軌交16號線跨S2高速公路的實施中，為保證施工的對稱性和轉體的平衡性，設計將總長121 m的三跨現澆梁分為9.5 m（邊跨現澆段）+2 m（邊跨合攏段）+48 m（轉體段）+2 m（中跨合攏段）+48 m（轉體段）+2 m（邊跨合攏段）+9.5 m（邊跨現澆段）=121 m（總長）。將實現轉體的兩個中墩的承臺分為上下兩部分，其中設置轉體鋼球絞，下承臺處設牽引反力座，實施轉體牽引。轉體系統主要包括承重系統、平衡系統、牽引系統等三個方面。

2.1 承重系統

采用較為成熟的工廠預制鋼球絞作為主要承重系統。鋼球絞主要分為上下球絞、滑道、撐腳、鋼轉軸等組成。其中下球絞定位骨架、滑道定位骨架澆筑在下承臺內，轉體下承臺第一次混凝土施工完畢后，將下球鉸放置于已架好的底座骨架上，骨架上四周的微調螺絲調整下球鉸中心位置及球面，澆筑第二次混凝土時，先將下球鉸的4個振搗孔旋出，振搗至出氣孔有混凝土往上冒，證明振搗密實，再從外側繼續澆混凝土，澆之前先將振搗孔蓋旋好。上承臺混凝土分兩次施工，第一次澆筑中間轉盤部分，第二次再澆筑上承臺。在混凝土澆筑前，事先完成上球鉸的安裝。

2.2 平衡系統

平衡系統主要由滑道和撐腳構成。墩柱及箱梁施工階段采用6對2×Ф600 mm的撐腳承載上部的荷載，也是轉體施工的防傾保險體系，是轉體施工方法中的重要保證措施。根據設計構造的特點，在轉體過程中，轉體的全部重量由球鉸承擔，但轉體結構受外界條件或施工的影響容易出現傾斜。因此，必須設置內環保險腿。

利用上轉盤上環形布置的撐腳作為內環保險腿，鋼管底為5 mm走板，走板與下滑道間預留15 mm間隙，施工中用黃砂灌填，在轉體荷載作用下，沿滑道轉動時留有間隙，便于確定荷載狀態和轉體姿態的調整。轉體前將滑道清理干凈，涂抹黃油四氟粉，便于撐腳滑移。

在理想狀態下，滑道和撐腳之間的15 mm始終存在，即轉體時主要受力均有球絞承擔，但為了避免施工誤差等因素影響導致失穩，故設置撐腳和滑道，在側傾失穩發生后，依靠牽引系統仍可推動轉體，克服撐腳與滑道的摩阻力。

2.3 牽引系統

采用ZLD型自動連續轉體系統，在下承臺頂布置牽引反力座，通過兩臺ZLD100型千斤頂(牽引力1 000 kN)張拉預應力鋼絞線使上下承臺間實現轉動 。牽引力需克服兩部分摩阻力矩（kN·m）：（1）球鉸摩阻力矩；（2）不平衡荷載引起的撐腳滑道間摩阻力距。

3 工期對比分析

原設計圖紙施工方案為懸臂現澆法，主跨、邊跨各采用6個塊段，邊跨現澆段2塊段，邊跨合攏段2塊段，中跨合攏段1塊段，后改轉體法施工對圖紙進行設計變更，兩個轉體段共2塊段，邊跨現澆段2塊段，邊跨合攏段2塊段，中跨合攏段1塊段。塊段劃分分別如圖1、圖2所示。

3.1 方案工期對比

為了更好地研究兩種方案在實施過程中的工期長短，故在方案對比中不考慮外部條件、天氣條件、人力物力的投入等因素，單只考慮施工工序的安排和混凝土養護期等硬性生產周期指標。其中兩種方案中的鋼筋安裝、混凝土澆筑、預應力施工、模板拆除等工序的施工周期取決各類外部因素，對兩種方案的工期對比沒有實際意義，故按相同工序的工期相同來考慮，相同工序的工期以字母代替。

以字母A代表鋼筋施工，字母B代表預應力施工，字母C代表混凝土澆筑，字母D代表混凝土養護期。

3.1.1懸臂現澆法施工周期

按分四個班組兩邊同時進行施工考慮：

（1）Φ800鉆孔樁：因兩種方案中樁基數量分別為16根和18根，差別較小，因此按照施工周期相同考慮；

（2）承臺：A+C+D；

（3）立柱：因兩種方案中立柱均系一次性澆筑，因此按照施工周期相同考慮；

（4）0#塊：A+B+C+D；

（5）1#～6#塊：（A+B+C+D）×6，其中掛籃移機按每塊段1 d，則為6 d；

（6）邊跨現澆及合攏段：兩種方案中施工周期相同；

（7）中跨合攏段：兩種方案中施工周期相同。

小計：工期=8A+7B+8C+8D+6（日歷天）

3.1.2 轉體法施工周期

按分兩個班組兩邊同時進行施工考慮：

（1）Φ800鉆孔樁：因兩種方案中樁基數量分別為16根和18根，差別較小，因此按照施工周期相同考慮；

（2）下承臺：A+C+D；

（3）轉體系統安裝；焊接支架、球絞面處理、滑道焊接等，按5 d考慮；

（4）上承臺：A+C+D(上承臺中穿轉體牽引預應力索，但不先張，故不考慮工期)；

（5）立柱：因兩種方案中立柱均系一次性澆筑，因此按照施工周期相同考慮；

（6）現澆轉體段：現澆箱梁分兩次澆筑（A+B+C+D）×2；

（7）邊跨現澆及合攏段：兩種方案中施工周期相同；

（8）轉體施工：每段轉體牽引僅需約3 h，故按1 d計算；

（9）中跨合攏段：兩種方案中施工周期相同。

小計：工期=4A+2B+4C+4D+2（日歷天）。

兩者對比，轉體法比掛籃法節約：4A+5B+4C+4D（日歷天）

3.2 實際工期對比

根據軌道交通16號線跨S2高速公路轉體法實際施工經驗所得，原方案掛籃法施工計劃工期需至少6個月，采用轉體法實際用了4個月，節約了2個月的工期。其中在轉體法施工階段，因采用新方案新工藝的摸索和實施所花費時間占據了很大的比重，因此，若轉體法施工工藝此前已被廣泛推廣運用，施工單位此前已成熟掌握，則完全有條件將轉體法施工周期大大縮短10～15 d。

4 經濟投入對比

圖1 懸臂現澆法分塊示意圖（1/2）（單位：mm）

圖2 轉體法分塊示意圖（1/2）（單位：mm）

因轉體法施工中，轉體現澆段的施工首先須垂直于線路走向，因此不可避免地導致施工范圍超紅線的情況。以軌道交通16號線施工為例，征地紅線寬度20 m，而轉體現澆段長度48 m，加上施工作業面，共需60 m，則兩側施工場地超出紅線20 m，須借地施工，產生借地費用。

4.1 設備費用

掛籃法施工采用掛藍設備四套，轉體法施工采用兩套轉體設備、鋼球絞、滑道、支撐系統等，若按照新購置并攤銷計算，轉體法設備費用略高于掛籃法設備費用。

4.2 結構增加費用

掛籃法設計方案中，主墩樁基礎16根，樁長46 m，承臺尺寸為7.9 m×7.9 m×2 m，立柱15 m，變更為轉體法后，主墩樁基礎18根，樁長46 m，下承臺尺寸為10.1 m×13.3 m×3 m，上承臺尺寸為Φ8.7 m×2 m，立柱高8.5 m，其余部位結構尺寸未變更。

4.3 措施費用

因掛籃法施工周期長，且長時間位于高速公路通行上空施工，安全隱患極大，因此產生的道路翻交及交通設施配合費用較大，而轉體法施工對高速公路通行安全的影響微乎其微，所產生的交通安全配合費低廉。

通過投入分析，可以得出采用轉體法施工費用高于掛籃法施工。

5 結論

懸臂現澆法跨越既有道路的施工中常常會發生高空墜物的問題，而轉體法施工可以有效地將兩者結合到一起，既提高了施工進度，又降低了安全風險，在高架結構跨越既有高速公路的方案抉選中具有無可比擬的優勢。轉體法施工雖然經濟投入較高，但是合理地增加投入可以兼顧安全和進度，那么不僅降低了投資方的風險，又可以有效地提高社會效益。