杭黃鐵路上跨皖贛線轉體橋梁設計

金　城

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司　武漢　430062)

杭黃鐵路上跨皖贛線轉體橋梁設計

金城

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司武漢430062)

摘要以實際工程為背景，介紹了跨越皖贛鐵路轉體橋的設計條件，上、下結構設計和球面轉動體系的設計要點，以及結構分析情況。該設計方案解決了交通運輸繁忙的鐵路跨線橋建設中的難題，與同等規模的其他橋型相比優勢明顯。

關鍵詞轉體施工橋梁球面轉動體系設計

杭黃鐵路跨既有皖贛線鐵路橋位于黃山市績溪縣揚之水村境內，是杭黃鐵路建設的重點工點之一。杭黃鐵路在DK240+062段與既有皖贛鐵路斜交，斜交角度為44°。

鑒于既有皖贛線為營運鐵路，為減小對鐵路運營安全的影響，設計人員在安全、適用、經濟、美觀的前提下，對跨越既有皖贛線鐵路橋梁進行了多個橋型方案的設計比較，最終采用主橋64 m+116 m+116 m+64 m連續梁方案，其中跨越既有皖贛線采用平面轉體施工。立面布置見圖1。

圖1　立面布置圖(單位：cm)

1主要設計條件

(1) 鐵路等級?？瓦\專線250 km/h。

(2) 設計活載[1]。鐵路，雙線ZK活載。

2主橋上、下部結構設計

上部結構為單箱單室預應力混凝土箱梁，梁高由支點處8.9 m漸變至端部5.2 m。箱梁橫斷面全寬12.2 m，其中懸臂2.75 m，底板寬8.6 m。主梁為預應力混凝土結構，轉體前需達到設計強度并張拉完畢，轉體到位后需先合龍邊跨，再合龍中跨。

主墩為圓端型實體橋墩，墩高8 m，順線路方向為4.5 m，橫橋向為10.5 m，主墩與梁部采用球型鋼支座連接，轉動墩設置臨時支墩把梁體與主墩固結，主墩與承臺之間設置球面轉動支座，轉體重量為8 343 t。

為了保證主梁施工不影響皖贛鐵路的正常營運，且考慮橋梁受力的科學合理性及施工便利，該橋不在底部設置張拉槽口，所有預應力筋的張拉均在箱體內進行，避免轉體結束后還需掛模對底板張拉槽進行封錨澆筑而影響鐵路的正常運營。

3轉動體系設計

目前轉動體系主要有平面轉動體系與球面轉動體系2種，在我國施工技術均成熟。如滬昆客?？缥鋸V客專的南西聯絡線特大橋斜拉轉體(轉動重量約14 500 t)，貴州水柏鐵路北盤江大橋轉體(轉動重量約12 000 t)等采用了球面轉動體系；廣東佛山的東平大橋轉體(轉動重量約15 000 t)采用了平面轉動體系。平面轉動體系具有加工簡單、工程費用相對較低等優點，但是球面轉動體系具有滑動性好、平衡稱重及糾偏能力較好、轉動體系所要求的平面空間較小等優點。

本橋經過初步設計階段論證，最終采用球面轉動體系。其由下轉盤、球鉸、上轉盤、轉體牽引系統、助推系統、軸線微調系統組成。轉動體系總體布置見圖2。

圖2　轉動體系布置圖(單位：cm)

(1) 轉體下轉盤。下轉盤是轉體重要支撐結構，布置有轉體系統的下球鉸、撐腳的環形滑道、轉體牽引系統的反力座、助推系統、軸線微調系統等。下轉盤置于下承臺直徑11.0 m、高1.0 m的圓槽內，布置有局部承壓鋼筋網以及連接鋼筋。通過在下轉盤預埋型鋼骨架的方式，將轉動系統的下球鉸、撐腳的環行滑道設置在C50混凝土結構的下轉盤上。轉體完成后，通過封鉸混凝土將下轉盤與上轉盤共同組成承臺。

(2) 球鉸。本橋設計轉動重量8 343 t，球鉸豎向承載力按90 000 kN設計。本橋轉動體系采用鋼球鉸，分上下2片，平面直徑3 000 mm，球面直徑6 000 mm。球鉸是轉動體系的核心，需精確安裝并在精密對位后鎖定，球鉸安裝完后在上下球鉸吻合面外周用膠帶纏繞密封，防止雜物進入球鉸摩擦部位[2]。

(3) 轉體上轉盤撐腳與下轉盤滑道。上轉盤撐腳為轉體時保持轉體結構平穩的保險腿。從保持轉體結構的穩定性和方便施工出發，在上轉盤周圍對稱布置8個撐腳。在撐腳的下方(即下盤頂面)設有1.2 m寬的滑道，滑道中心半徑4.5 m，轉體時保險撐腳可在滑道內滑動，以保持轉體結構平穩。為保證轉體的順利實施，要求整個滑道面在一個水平面上，其相對高差不大于0.5 mm。每個撐腳為雙圓柱形，下設20 mm厚鋼走板。雙圓柱為2個直徑900 mm×8 mm的鋼管，撐腳鋼管內灌注C50微膨脹混凝土。撐腳在工廠整體制造后運進工地，在下轉盤混凝土灌注完成上球鉸安裝就位時即安裝撐腳，并在撐腳走板下支墊10 mm鋼板(作為轉體結構與滑道的間隙)。上轉盤施工完成后抽掉墊板。轉動前在接觸下滑道的支撐腿下面鋪裝3 mm四氟滑板，并在轉動過程中及時添加，以減小轉動時的摩擦力。

(4) 轉體上轉盤。上轉盤在整個轉體過程中以受壓為主，根據上轉盤的結構外形，布置有多層鋼筋網及抗剪鋼材、鋼筋，施工時應綁扎好各鋼

筋、鋼材，同時注意預埋橋墩伸入上轉盤鋼筋。上轉盤是球鉸、撐腳與上轉盤相連接的部分，又是轉體牽引力直接施加的部分。施工時在布設牽引索時應注意：①同一對索的錨固端在同一直徑線上并對稱于圓心，每根索的預埋高度和牽引方向應一致；②每根索的出口點對稱于轉盤中心，牽引索外露部分圓順地纏繞在轉盤周圍，互不干擾地擱置于預埋鋼筋上；③作好保護措施，防止施工過程中鋼絞線損壞或生銹。

待上盤混凝土達到設計強度后，進行整個轉體系統支承體系轉換。抽去墊板使轉臺支承于球鉸上。施加轉動力矩，使轉臺沿球鉸中心軸轉動。檢查球鉸的運轉是否正常，測定其摩擦系數，為轉體施工提供依據。

4結構分析

根據目前規范對結構進行了如下計算：①牽引力計算；②承臺結構計算；③空間動力分析；④顫振穩定性驗算；⑤結構抗風性能計算分析；⑥風致平轉效應計算，主要計算橫向風導致平轉彎矩作用下撐腳的受力情況；⑦風致結構內力計算，主要計算了風致內力的控制截面在轉體過程中的受力情況；⑧轉體結構曲屈穩定分析。

以上計算結果表明，本橋在施工過程及后期營運階段均處于安全狀態，且計算結果滿足現行規范要求。

5結語

轉體橋梁能較好地解決在高山峽谷、水深流急或經常通航的河道上架設大跨度構造物的難題，尤其是對交通運輸繁忙的城市立交橋和鐵路跨線橋，其優勢更加明顯，與同等規模的其他橋梁相比其建造費用相當。目前我國轉體橋梁的最大轉體噸位達到了2.24萬t，隨著新技術、新工藝的不斷應用，該方法會更加安全可靠、操作簡便、實施快速、降低造價，在橋梁建設中將發揮越來越大的作用。

本文介紹的橋梁的轉體噸位不到9 000 t，小噸位的轉體橋在我國報道不多，因此本設計將為跨越營運線路時的橋式方案提供參考。目前該橋已進入施工階段，預計2016年中旬完成轉體施工。

參考文獻

[1]TB10621-2014高速鐵路設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2014.

[2]楊自政.客運專線轉體橋球鉸封固混凝土施工技術[J].鐵道標準設計，2011(7)：46-49.

收稿日期：2015-02-09

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.006