非對稱斜拉橋跨越武廣高鐵水平轉體施工技術

劉志如

摘 要：依托滬昆客專，分析、研究了跨越高鐵的非對稱獨塔斜拉橋的轉體施工技術，詳細介紹了球鉸設計安裝、稱重、配置、平衡轉體和合龍等方面的內容。因為該橋轉體質量大、難度高，所以，希望能為類似橋梁施工提供了一定的借鑒和參考。

關鍵詞：非對稱斜拉橋；水平轉體；1 工程概況

滬昆鐵路長沙樞紐內的南西聯絡線和西北上行聯絡線特大橋兩處以（112+80+32） m非對稱斜拉橋形式上跨武廣運營高鐵。其中，南西聯絡線和西北上行聯絡線主墩承臺邊緣與武廣高速鐵路線路中心距分別為9.7 m和13.1 m。為了避免在工程施工期間對運營的武廣高鐵造成影響，綜合考慮了凈空高度、上跨施工安全性等因素后，經多次方案優化、專家評審，最終采用塔梁固結體系轉體跨越武廣高鐵，轉體角度21°，轉體噸位14 500 t。主跨里面結構如圖1所示。

圖1 主跨立面結構

2 轉體施工方案

為了保證既有武廣高鐵運營線的安全，要先在沿武廣一側搭支架，施工槽形梁（80+4）m的邊跨和112 m主跨，調整索力和精確配重。然后，采用塔梁固結體系水平轉體跨越武廣高鐵。待轉體完成后，與（32-6） m邊跨現澆段合龍，最終調整成橋索力。

3 轉動體系施工

3.1 轉體系統組成

該橋的轉動體系采用環形滑道與球鉸中心支撐相結合的平轉結構。轉動體系由球鉸，上、下轉盤承臺，環形滑道，支撐支腿，牽引反力座和助推反力座等構成。

3.2 球鉸設計和安裝

3.2.1 球鉸結構設計

球鉸是平轉法施工轉動系統的核心，它是由上、下球鉸，球鉸間四氟乙烯板，固定上下球鉸的鋼銷和下球鉸鋼骨架組成。其平面直徑為4.0 m，球面半徑為8.0 m，豎向承載設計值為14 500 t。

3.2.2 球鉸精度要求

球鉸定位精度取決于制造精度和安裝精度。制作精度主要控制比如球鉸和接觸面粗度、球面各處曲率誤差、邊緣各點高程差、水平截面橢圓度、球鉸上下球面形心與球鉸轉動中心應重合等指標；現場安裝精度主要控制中心誤差和球鉸正面相對高差。

3.2.3 球鉸定位安裝

先定位下球鉸，采用豎向細牙螺桿套件（細牙螺桿推薦采用M20×0.5型）和水平方向微調托盤滑移裝置進行精確調整。

精調到位后，澆筑下球鉸混凝土，下轉盤球鉸上要設置8個排氣孔，通過中心向四周的澆筑順序減少對球鉸的擾動，并控制其密實度。

3.3 滑道和撐腳安裝

在鋼撐腳的下方設有環形滑道，上轉盤共設有8組撐腳，在上轉盤混凝土澆筑完成、上球鉸安裝就位時，安裝撐腳。在安裝撐腳時，必須確保走形板平整?？紤]到該工程為非對稱結構，要滿足112 m和84 m兩側同時上墩的要求，所以，撐腳與下滑道的間隙為25 mm。為了保證上部結構施工時轉盤、球鉸結構不發生移動，在轉體前，要用石英砂砂箱將撐腳與環道之間塞死。

3.4 轉動動力選型

考慮到動摩擦力矩與靜摩擦力矩間的差值全部是由轉盤撐腳處的2臺助推千斤頂承受，確定動摩擦系數和靜摩擦系數分別為0.06和0.1.通過計算，確定選用?ytp=1 860 MPa鋼絞線作為牽引索，共計19根；牽引和助推均采用2臺2 000 kN型號的千斤頂。其中，轉體的角度約為21°，轉動角速度為0.015 rad/min，鋼絞線的牽引速度為0.09 m/min，轉體時間為24 min。另外，轉體動力系統是利用高壓油管和電纜線將2臺QDCL2000型連續轉體千斤頂、2臺YTB液壓泵站和1臺LSDKC（A）-8主控臺連接起來的。

4 轉體工藝

4.1 轉體原則

橋梁水平轉體施工原則有2點，即轉體前達到力矩平衡，成橋最終要滿足設計要求。非對稱轉體施工為了滿足上述原則，同時，考慮到結構的非對稱性和跨越高鐵線安全性，在施工中，重點從以下3方面進行控制：①選擇脫模方式。由于梁部整體在支架原位現澆，為了保證斜拉橋索力可控，避免索力突變，保證支架的安全，采用主動脫模的方式。②轉體平衡預偏量設置方向。考慮到既有線的安全，在遠離運營線的方向上設置預偏量。③兩側同時上墩問題。由于兩側不對稱，所以，112 m與84 m在梁體端部兩側都要滿足同時上墩的要求，它對精度控制的要求是非常高的。

4.2 準備工作

4.2.1 理論配重

該橋為不對稱獨塔雙索面塔梁固結體系，轉體部分小跨側84 m、大跨側112 m，兩邊跨度不對稱。在綜合考慮梁體、橫隔板和索等具體的情況下，計算懸臂梁兩端產生的不平衡力矩，確定距梁端53 m范圍所需的理論配重為7.8 t/m。在張拉到第一次索力設計值50%時施加配重，配重塊是由混凝土預制塊加工而成。

4.2.2 主動脫模

為了能夠主動脫模，如果在張拉前上配重，會對支架的安全性產生一定的影響。因為其不對稱跨度比例為1.3∶1，所以，水平分力會使塔根部開裂，豎向分力會使梁索錨固區域開裂。對多種方案進行理論分析和比選后，最終方案確定為先調整索力至第一次索力設計值的50%，然后再進行100%配重，然后再調整索力至第一次索力設計值的100%.

轉體前的索力張拉采用交替張拉法，在張拉過程中，橋塔基本上不出現拉應力。大跨側一對，小跨側一對，共計4根索同時張拉，斜拉索張拉步驟和編號如表1所示。斜拉索張拉端在塔部，張拉的不同步索力差值不超過設計值的±2%，且不超過±60 kN。

表1 張拉步驟和索號

張拉

步驟 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧

張拉

索號 S8/S9 S3/S14 S2/S15 S7/S10 S6/S11 S1/S16 S5/S12 S4/S13

4.2.3 稱重與精確配重

由于承臺的剛度很大、變性很小，容易使球鉸發生微小的轉動，并且操作相對簡單，安全性較高，所以，稱重施加頂力點要設置在承臺上。在距轉體中心線6.2 m處設置千斤頂，分別頂放轉體梁，在每臺千斤頂上設置壓力傳感器，同時，在上轉盤底布置位移傳感器，用來測試球鉸的微小轉動。

由于該橋自身懸臂最長為112 m，并且結構不對稱，所以，經過理論配重后，2座轉體橋仍然存在15.6 cm和17.1 cm的偏心距。因此，需在橋梁縱向調整精確配重。結合安全因素和運營線設備管理單位的要求，為了保證轉體姿態處于可控狀態，在梁端約80 m處進行配重，經過多次稱重、配重后，轉體偏心設置在小跨方向（即遠離既有線方向），南西和西北上行2座橋的偏心距分別設置為5.2 cm和5.6 cm。

4.2.4 清理滑道

拆除上、下轉盤間的固結體系，隨后對稱拆除8對砂箱，清理撐腳石英砂和滑道，在撐腳下布置3層5 mm厚的四氟乙烯板。涂抹黃油和四氟粉可以減小轉體過程中的摩擦阻力。

4.2.5 其他準備工作

在此過程中，還要注意以下幾方面的工作：①在轉體施工時，風速不能超過3級，要在轉體前一周與氣象部門溝能，從而保證轉體工程不在大風和雨雪天氣下進行；②完成轉體槽形梁的橋面附屬設施，避免轉體后橋面施工產生墜物，影響武廣高鐵的行車安全；③清理干凈轉體半徑覆蓋范圍內的障礙物，避免其干涉轉體過程；④在設備空載試運行前，要檢查主控臺、泵站、千斤頂間等設備的油路、信號線和電源線的連接情況，確保設備可以正常運行；⑤在下承臺預埋鋼件上提前安裝相應的限位、微調系統，避免其超轉，同時，便于在后期進行合龍調整工作。

4.3 斜拉橋轉體

4.3.1 試轉

待準備工作完成后，要進行試轉，試轉預偏角度控制在1°內，大跨112 m梁端移動控制在1.50 m以內，同時，要檢查牽引動力系統等是否存在異常。另外，要做好相關角速度、線速度和牽引力等數據的采集、分析工作。

4.3.2 正式轉體

正式轉體時，要注意以下幾點：①準備工作全部就緒，包括解除上下轉盤固結，確保氣象條件符合要求。②在施工封鎖命令下達前，工作人員各就各位。當施工負責人接到封鎖命令并確認封鎖命令號后，才能發布施工指令，開始正式轉體。在轉體過程中，要與鐵路有關部門保持密切的聯系。③當助推頂達到預頂噸位后，再啟動動力系統設備。④在設備的運行過程中，為了使轉體更加平穩，要將鋼絞線牽引速度控制在0.08 m/min。⑤各崗位人員的注意力必須高度集中，時刻注意觀察、記錄動力系統設備和轉體各部位的運行情況。⑥當橋面中心軸線距離距設計位置約1.5 m時，監測人員要開始向控制臺人員報告監測數據，從而及時降低頂推千斤頂的供油量。在距設計位置約0.5 m時，系統暫停。為了防止超轉，要先借助慣性轉動，待轉體結束后，將動力系統由“手動”狀態改為10 s、5 s、2 s點動操作。每點操作一次，測量人員都要報告軸線走行現狀數據，反復循環，直至結構軸線就位。⑦轉體時間在武廣高鐵的天窗點凌晨00：00—04：00之間，在槽形梁兩側、塔頂設置反光片，并在該位置布置足夠的燈源，全程監測梁體軸線、高程和塔的偏位情況。

5 轉體調整和主梁合龍

轉體就位后，全面測量轉體結構，包括橫向傾斜、軸線橫向、縱向偏差和高程偏差值。結合監控數據進行調整，在精調定位時，以轉盤承臺位置調整為主。

待主梁姿態精確調整完畢后，用型鋼將撐腿和滑道之間固結，用封閉球鉸混凝土立模澆筑封鉸C50微膨脹混凝土，待一天氣溫最低時澆筑合龍段混凝土。當混凝土強度滿足設計要求后，張拉全部剩余預應力鋼索，然后卸去壓重，鋪設二期恒載，第二次調整成橋索力。

6 結束語

新建鐵路滬昆客專杭長湖南段杭長II標長沙樞紐內的西北上行聯絡線和南西聯絡線特大橋，上跨既有營業線武廣高速鐵路，采用索力分級張拉、精確稱重和同步液壓水平轉體的施工技術，實現了大噸位非對稱196 m質量為14 500 t槽型梁的成功、安全轉體，為今后類似的工程提供了參考和借鑒。

2014-07-20夜間，在西北上行轉體施工時，中央電視臺進行了實況轉播，使該項目獲得了良好的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]楊振江，鞏天才.石景山南站跨越鐵路高架斜拉橋轉體施工技術[J].鐵道建筑技術，2004（11）.

[2]韓駿.跨滬寧高速公路跨線橋轉體施工技術[J].北方交通，2013（3）.

〔編輯：白潔〕