某鐵路項目連續(xù)梁墩頂轉(zhuǎn)體施工技術(shù)研究

王兆麟

(鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 建筑工程學(xué)院，鄭州 451100)

我國新建客運專線與既有鐵路交叉時，大多采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁旁位懸臂現(xiàn)澆，墩底平轉(zhuǎn)跨越既有鐵路。為布置轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，墩底轉(zhuǎn)體法，承臺橫向尺寸需要加大，邊緣距離既有鐵路路基較近，對路基擾動增大；基坑深度增加，施工風(fēng)險增大，防護(hù)工程量與止水工程量顯著增加；轉(zhuǎn)體重量接近墩頂轉(zhuǎn)體法轉(zhuǎn)體重量的2倍，增加了球鉸、轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的施工難度與運輸成本；墩底轉(zhuǎn)體的重心較高，轉(zhuǎn)動過程中對既有鐵路安全風(fēng)險大。采用墩頂轉(zhuǎn)體工法，可規(guī)避以上難點，但采用墩頂轉(zhuǎn)體工法施工的混凝土連續(xù)箱梁較為少見，可借鑒的經(jīng)驗相對少，不利于該工法的推廣[1]。

1 工程簡介

1.1 工程概況

某鐵路項目部分設(shè)計采用墩頂轉(zhuǎn)體方案，采用(60+100+60)m雙線預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，主跨與既有鐵路呈61°夾角斜交。其中連續(xù)梁中墩分別為52#和53#，對應(yīng)的墩高則為11m和12m，橋墩截面形狀是圓端型，其中，橫向區(qū)間寬度10.8m，縱向區(qū)間寬度為5.0m；頂帽采用矩形截面，橫向?qū)?0.8m，縱向?qū)?.8m。橋型布置如圖1所示。

圖1 墩頂轉(zhuǎn)體連續(xù)梁跨度布置示意 (單位：cm)

支架法施工在連續(xù)梁0#段以及邊跨直線段中的使用效果極佳，而掛籃施工模式在剩余節(jié)段內(nèi)被廣泛使用。該項目梁體為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)，頂寬12.2m，底寬6.4m，中支點梁高7.29m，跨中及邊跨直線段梁高4.69m，梁底下緣二次拋物線變化。

1.2 工程特點

⑴客專首次在100m跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁上跨營業(yè)鐵路時采用墩頂轉(zhuǎn)體技術(shù)施工，轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)長98m，重量約5360t，轉(zhuǎn)角60°，可借鑒的施工經(jīng)驗少。

(2)墩帽鋼筋密集且鋼筋直徑較大，下球鉸及滑道骨架與墩帽鋼筋空間位置沖突較多，保證其安裝精度較困難。

(3)轉(zhuǎn)體完成后，需采用12組800t千斤頂同步將梁頂起12組千斤頂?shù)耐巾斏y度大。支座由側(cè)面推入墊石與梁體之間，將重達(dá)7.7t的支座在小空間范圍內(nèi)精確定位。

2 轉(zhuǎn)體主要施工技術(shù)

2.1 球鉸與滑道安裝施工技術(shù)

2.1.1 下球鉸及滑道安裝

中墩墩帽使用的混凝土是C50，設(shè)計模式是時下流行的下轉(zhuǎn)盤，下球鉸的直徑為2.44m，環(huán)形滑道的中心直徑是5.24m，此外，還包括轉(zhuǎn)體牽引千斤頂反力座。具體安裝構(gòu)造圖如圖2所示。

圖2 下球鉸及滑道安裝示意圖

預(yù)留墩頂以下5m墩帽施做下轉(zhuǎn)盤。墩帽鋼筋的首次綁扎過程中，要采用14a槽鋼搭設(shè)支架，并做好下球鉸與滑道骨架的準(zhǔn)備工作，等墩帽混凝土澆筑成型后，再進(jìn)行下球鉸及滑道的相關(guān)安裝工作。只有確保其平面位置達(dá)到設(shè)計要求后才能與支架焊接牢固，并吊裝下球鉸，使其放在骨架上。滑道鋼板的統(tǒng)一厚度為4cm，再逐一安裝，此時，將會應(yīng)用到M20細(xì)牙螺栓，該工具位于滑道骨架內(nèi)，其優(yōu)勢在于可以精準(zhǔn)調(diào)整滑道高程，滿足整個滑道面在同一水平面內(nèi)。在二次澆筑墩帽，一定要確保下球鉸面高于其周圍墩頂混凝土面，并維持在20mm左右。而滑道面則應(yīng)高于其周圍墩頂混凝土面10mm。

待下轉(zhuǎn)盤混凝土的強度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，鉸面及套管里的相關(guān)雜物要及時清除。一般來講，首先要將Ф200mm圓柱鋼錠裝入套管內(nèi)部，接下來預(yù)留Φ25mm轉(zhuǎn)動定位鋼銷于轉(zhuǎn)盤預(yù)埋套管之外，同時，確保一定長度的外延鋼絲繩長度。最后進(jìn)入下球鉸滑動片安裝環(huán)節(jié)，此時，唯一需要注意的就是清理干凈頂面和鑲嵌孔，并吹干球面。

2.1.2 上球鉸安裝

首先，將黃油聚四氟乙烯粉均勻地涂在下球鉸球面上，確保其在滑動片之間無間隙地填充，在最短時間內(nèi)完成上球鉸的安裝。之后，將上球鉸懸掛，繼續(xù)涂抹硅脂基黃油，使其形成薄薄的表層，并對準(zhǔn)中心銷軸，使其穩(wěn)定地接觸下球鉸。此時，上球鉸位置還需要利用倒鏈進(jìn)行有效調(diào)整，使其與下球鉸外圈保持一致。然后，進(jìn)入上球鉸臨時鎖定環(huán)節(jié)，這就需要借助螺旋千斤頂?shù)闹С郑渌膫€位置的分布要力爭均勻。最后，先后逆時針和順時針轉(zhuǎn)動倒鏈拉動球鉸，排出余下的黃油四氟乙烯粉，滑動片與上下球鉸會達(dá)到完全密貼的預(yù)期。試轉(zhuǎn)完成后，用寬膠帶紙將上下球鉸邊緣的縫隙密封[2]。位于鉸頂面的雜物也要及時清除，針對吊裝襯板預(yù)留孔位置，將鋼護(hù)筒及塊板螺栓高強度擰緊，鋼護(hù)筒、上球鉸與襯板才會合為有機(jī)整體。

2.1.3 撐腳與砂箱的安裝

上轉(zhuǎn)盤一共包含了四組撐腳，各個撐腳都由兩個鋼管焊組成，并焊在扇形鋼板上。鋼管的尺度為直徑Ф500×24mm、高度916mm。同時，撐腳底要預(yù)留30mm的間隙。撐腳的安裝要做好立模，鋪好石英砂并刮平，具體厚度為30mm。撐腳落位后，還要進(jìn)一步調(diào)整標(biāo)高，確保控制在同一高程。

上轉(zhuǎn)盤與墩頂間的砂箱設(shè)置由無縫鋼管組成，其規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為直徑Ф500mm×15mm，數(shù)量是12個。砂箱布置呈環(huán)形，并加裝石英砂，直徑為3.6m。為了保障其不下沉，一定要做好預(yù)壓處理。同時清理砂箱底座，并使用最新技術(shù)手段找平。最后，對所有砂箱頂面是否高度一致進(jìn)行檢驗和排查。

2.1.4 上轉(zhuǎn)盤的施工

上轉(zhuǎn)盤支架必須要通過碗扣式腳手架才能實現(xiàn)，其中底模為市面上常見的竹膠板，同時預(yù)埋鋼板。而在側(cè)模的施工中，會建立以圓形鋼模為核心的模式，其標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為內(nèi)徑8.46m、高1m。上轉(zhuǎn)盤鋼筋的綁扎需要采取焊接錨固的方式，首先要增加二束牽引索，其強度必須堅硬耐磨，其中φS15.2鋼絞線最為理想。采用P型錨具進(jìn)行牽引索的預(yù)埋及固定，此時錨固端所對應(yīng)的位置要確保對稱，并位于直線之上，而且方向和高度要保持統(tǒng)一。此外，索長度應(yīng)大于4m，而且出口點也必須同步對稱[3]。為了避免部分裸露的牽引索受到外界環(huán)境和人為因素的影響，例如潮濕、電擊、火災(zāi)、雨水等，需要對其進(jìn)行全方位的包裹，而且布條要盡量使用鮮艷顏色，以達(dá)到醒目的作用。

2.2 墩頂牽引轉(zhuǎn)體施工技術(shù)

2.2.1 牽引系統(tǒng)的施工

梁體澆筑工程結(jié)束后，需要及時對牽引索鋼絞線進(jìn)行清理，待將污漬、油污、銹斑處理完畢后，將干凈的鋼絞線有秩序地纏繞于轉(zhuǎn)盤，確保擱置對千斤頂不造成任何干擾和影響。首先需要逐根預(yù)緊，并采用整體預(yù)緊的方式，以達(dá)到各鋼絞線持力統(tǒng)一協(xié)調(diào)的目標(biāo)。具體如圖3所示。

圖3 牽引系統(tǒng)布置簡圖

2.2.2 稱重與配重

橋梁轉(zhuǎn)體的順利實施離不開各項環(huán)節(jié)的跟進(jìn)，其中，稱重與配重環(huán)節(jié)就是不容忽視的重要節(jié)點。一般來講，轉(zhuǎn)動體稱重試驗包括偏心矩、摩擦系數(shù)、不平衡力矩以及摩阻力矩的測試。而不平衡力矩作為重難點環(huán)節(jié)，需要加強注意和完善，其原理就是運用剛體位移突變的方式。通過理論偏心計算得知，52#墩的不平衡力矩為452t.m，而53#墩則為1016t.m。結(jié)合卸砂箱轉(zhuǎn)動體的綜合效能及安全保障，分別為52#、53#墩做出如下預(yù)配重：即做出放置10.4t與26t不同預(yù)制塊的針對性調(diào)整，而且其位置都處在邊跨側(cè)距梁端4m的地方[4]。

2.2.3 試轉(zhuǎn)驗證

轉(zhuǎn)體牽引設(shè)備采用ZLD200型連續(xù)千斤頂，首先，要對設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場校驗，之后再做相關(guān)空載試驗，待無任何問題后，進(jìn)入安裝流程。其中，空載聯(lián)動試驗作為檢驗安裝成功與否的重要標(biāo)準(zhǔn)，尤為關(guān)鍵，待牽引束鋼絞線完全預(yù)緊后方可實施轉(zhuǎn)體。為了潤滑，滑道不僅要與撐腳安裝MGE滑板，而且要涂抹黃油，以確保試驗結(jié)果的準(zhǔn)確無誤。

做好試轉(zhuǎn)前的各項準(zhǔn)備工作，收集好相關(guān)的數(shù)據(jù)，明晰確試的意圖，進(jìn)而科學(xué)地核實好稱重與配重環(huán)節(jié)所呈現(xiàn)的結(jié)果。具體試轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表1所示。

表1 對試轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的詳細(xì)統(tǒng)計

2.2.4 轉(zhuǎn)體施工

依據(jù)以往試轉(zhuǎn)采集的相關(guān)成果、記錄和數(shù)據(jù)，有針對性地查驗轉(zhuǎn)體及滑道設(shè)備的運行狀況，為正式轉(zhuǎn)體提供堅實基礎(chǔ)。首先，把千斤頂調(diào)節(jié)到預(yù)定噸位，開啟相關(guān)動力系統(tǒng)模式，確保其實現(xiàn)智能化運行。在轉(zhuǎn)體施工過程中，2套對稱千斤頂要一直保持方向相反，但是作用力卻是相等的，以減少不平衡力偶爾的出現(xiàn)幾率。此外，每個撐腳處安排2名工人，隨著梁體的轉(zhuǎn)動，不斷將撐腳下的MGE滑板向前倒鋪，每套連續(xù)千斤頂安排1人盯控，操作臺操作手1人，通過電腦輸入轉(zhuǎn)動參數(shù)。相關(guān)技術(shù)人員要實時做好監(jiān)測和記錄工作，尤其是在監(jiān)控動力設(shè)備及轉(zhuǎn)體環(huán)節(jié)，一定不能出現(xiàn)任何紕漏。

當(dāng)轉(zhuǎn)體處于就位狀態(tài)時，要做好限位裝置的設(shè)置工作，標(biāo)記好刻度，其換算法則為：每1°轉(zhuǎn)體梁端相當(dāng)于圓周上為7.34cm，技術(shù)人員要同步跟進(jìn)轉(zhuǎn)體報數(shù)。觀測人員要認(rèn)真負(fù)責(zé)，萬不可疏漏，牢記每轉(zhuǎn)過5°即報告的原則，直至刻度盤轉(zhuǎn)到58°時，牽引工作終止。而剩余2°則采取點動處理機(jī)制，當(dāng)轉(zhuǎn)剩余弧長的達(dá)到一半之時，就需要馬上向上級匯報[5]。

2.2.5 轉(zhuǎn)體就位

360°棱鏡的裝位置位于轉(zhuǎn)動體跨端梁頂中，并貼刻度尺，同時設(shè)置兩臺全站儀，轉(zhuǎn)動過程中需要密切留意梁端的高程變化，待轉(zhuǎn)體到位后，再陸續(xù)實施連續(xù)梁的跟進(jìn)工作。

超轉(zhuǎn)現(xiàn)象一旦發(fā)生，后果不堪設(shè)想。因此，要采取有效的措施預(yù)防該現(xiàn)象的出現(xiàn)。在采取具體的應(yīng)對措施時，設(shè)置臨時支墩，根據(jù)實際情況加設(shè)防超轉(zhuǎn)限位型鋼。一旦出現(xiàn)軸線偏差的情況，要連續(xù)使用千斤頂進(jìn)行反復(fù)調(diào)控。控制點的選擇要位于直線段上，當(dāng)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)與設(shè)計位置出現(xiàn)臨近時，必須要放棄自動牽引模式，隨之轉(zhuǎn)用點動控制。點動操作要實時報告、循環(huán)推進(jìn)，直至結(jié)果精度滿足規(guī)范要求。

梁體的平面位置及高程調(diào)整滿足要求后，需要將砂箱與上轉(zhuǎn)盤鎖定，鎖定材料為鋼板，即采取精軋螺紋鋼將梁體及支墩實現(xiàn)錨固的方式。

2.3 轉(zhuǎn)體后支座頂推安裝施工技術(shù)

2.3.1 支座頂推裝置

該連續(xù)梁采用球形鋼支座，高度分別為215mm，365mm，最大重量7.7t，采用的頂推裝置如圖4、圖5所示。

圖4 頂推裝置三維圖

圖5 頂推裝置立面圖

圖中，1MGE滑板，2軌道限位鋼筋，3固定限位裝置，4滾動軸承，5角鋼，6角鋼，7角鋼連接板，8同步頂升千斤頂，9頂進(jìn)千斤頂，10頂進(jìn)橫梁，11活動限位裝置，12臨時支撐體系，13支承墊石，14支座。

支座的頂推裝置，包括軌道滑移系統(tǒng)、滑動承臺系統(tǒng)和頂推系統(tǒng)。其中，軌道滑移系統(tǒng)搭建在臨時支撐體系和支承墊石上，滑動承臺系統(tǒng)安裝在軌道滑移系統(tǒng)上，由頂推系統(tǒng)將支座頂推就位，利用滑動承臺系統(tǒng)將支座頂升到位，進(jìn)行螺栓固定。

2.3.2 施工方法

(1)頂梁前的準(zhǔn)備工作

待邊跨合龍結(jié)束后，使用鐵錘敲掉鋼楔，這樣高強螺栓即可全部卸下，為拆除撐腳奠定基礎(chǔ)，同時做好綁扎墊石鋼筋的工作。

(2)頂梁

沿上轉(zhuǎn)盤四周均勻布置12個800t千斤頂，采用兩臺ZLDK主控臺，每臺同步控制6個千斤頂，將梁升高大約4mm，并鎖定梁體與砂箱，將定位銷軸取出，拆除夾層鋼板。最后使用高強螺栓將鋼板完全縮緊，確保上下球鉸相互分離。

(3)支座頂推

第一步：將軌道滑移系統(tǒng)按照支座橫向位置準(zhǔn)確放置到臨時支撐體系和支承墊石上，并設(shè)置一定傾角，以便于滑動承臺系統(tǒng)滑動，然后，將軌道滑移系統(tǒng)與臨時支撐體系和支承墊石錨固。

第二步：將滑動承臺系統(tǒng)放置在軌道滑移系統(tǒng)上，并將支座吊至滑動承臺系統(tǒng)四角的同步頂升千斤頂上。

第三步：不斷調(diào)整活動限位裝置位置，在軌道滑移系統(tǒng)的外側(cè)用頂進(jìn)千斤頂緩慢頂進(jìn)滑動承臺系統(tǒng)，直至滑動承臺系統(tǒng)滑移至固定限位裝置處。

第四步：同時頂升滑動承臺系統(tǒng)四周的同步頂升千斤頂，通過同步頂升千斤頂將支座頂升至安裝位置，人工安裝固定螺栓并緊固。

第五步：泄壓千斤頂，拆除連接板，取出滑動承臺裝置和滑道，灌注高強度灌漿材料。

(4)體系轉(zhuǎn)換

支座灌漿達(dá)標(biāo)以后，將梁體表面的鋼楔敲掉，并卸載千斤頂，進(jìn)而達(dá)成體系轉(zhuǎn)換的任務(wù)。此外橡膠圍板的安裝要位于鋼護(hù)筒周圍，在墩旁支架拆除之后，完成后續(xù)的連續(xù)梁跨合龍工作。

3 跨越營業(yè)線安全防護(hù)施工技術(shù)

3.1 鄰近營業(yè)線防墜落措施

(1)為了實現(xiàn)施工雜物的有效監(jiān)管，確保其不進(jìn)入營業(yè)運營區(qū)域，需要做好安全防護(hù)和專職檢查工作。一方面，采用高密度鐵絲網(wǎng)在營業(yè)線附近進(jìn)行實時防護(hù)；另一方面，工作檢查人員要在巡查過程中，不遺余力地清理管頭、廢紙箱以及被風(fēng)吹落的相關(guān)雜物等。

(2)靠近營業(yè)線一側(cè)，采用高2m的高密度鐵絲網(wǎng)對現(xiàn)澆梁施工現(xiàn)場與營業(yè)線鐵路有效隔離，防止人員及雜物進(jìn)入營業(yè)線。需進(jìn)入既有護(hù)網(wǎng)時，必須派專人對護(hù)網(wǎng)開口處進(jìn)行看守，施工結(jié)束后及時恢復(fù)。

(3)轉(zhuǎn)體前，完成橋面防護(hù)欄桿安裝。規(guī)定范圍內(nèi)未做防護(hù)安裝的區(qū)域，要及時施工，其標(biāo)準(zhǔn)為高度不小于2m的高密度鐵絲防拋網(wǎng)，防拋網(wǎng)立柱應(yīng)與橋面預(yù)埋鋼筋焊接牢固。

(4)在鄰近營業(yè)線施工范圍內(nèi)安裝視屏監(jiān)控系統(tǒng)，52#墩與下行線間設(shè)置1個攝像頭，53#墩與上行間設(shè)置高清監(jiān)視攝像頭，委派專人監(jiān)控，實時高效排查具有安全隱患的危險細(xì)節(jié)和情況，這樣不僅可以及時發(fā)現(xiàn)工作的漏洞，而且，一旦出現(xiàn)任何問題能夠有足夠時間去解決。

(5)中跨合龍段時施工前，為保證既有鐵路兩線間埋設(shè)電纜安全，在中跨合龍段投影位置兩側(cè)10m范圍內(nèi)采用5cm厚的鋼筋混凝土預(yù)制板對埋設(shè)線纜進(jìn)行防護(hù)。

3.2 中跨合龍段施工安全保證措施

(1)中跨合龍段施工要提前申報施工計劃，作業(yè)期間，要密切地與鐵路有關(guān)部門取得聯(lián)系，所有的施工環(huán)節(jié)要報相關(guān)的車務(wù)段，按規(guī)定在施工區(qū)前后設(shè)置警戒人員配合鐵路安全員的工作，在完成該工序的作業(yè)內(nèi)容期間，確保列車正常通行。

(2)連續(xù)梁跨越京包線鐵路時，鐵路接觸網(wǎng)回流線與連續(xù)梁梁底的凈空高度較小，箱梁轉(zhuǎn)體過程中梁底距接觸網(wǎng)的最小凈空高度為1.991m。為保證合龍段的安全施工，申請對接觸網(wǎng)及承力索做絕緣處理。轉(zhuǎn)體施工前加裝絕緣套，待轉(zhuǎn)體完成之后進(jìn)行拆除處理，并將其完全更換為鎧裝預(yù)絞絲。

(3)為保證施工過程中施工人員不侵入鐵路線路，在上下行線路內(nèi)側(cè)接觸網(wǎng)立柱外側(cè)施做鐵絲網(wǎng)硬隔離，防護(hù)范圍由京包線小里程箱形橋至大里程橋臺。

(4)中跨合龍段吊籃移動到位后，采用Ф32精軋螺紋鋼錨固，并在未安裝橋面遮板和防護(hù)欄桿的位置安裝防拋網(wǎng)，防拋網(wǎng)應(yīng)與梁面預(yù)埋焊接連接牢固。檢查吊籃上各連接件，對有松動的及時加固，對于后期不使用的臨時構(gòu)件，及時拆除。清理梁體表面垃圾及暫不使用的小器具，嚴(yán)禁在梁面上放置易滾落的物品。

4 結(jié)語

依托某大橋主橋墩頂轉(zhuǎn)體，針對球鉸安裝、稱重試驗及配重、轉(zhuǎn)體操作、體系轉(zhuǎn)換等關(guān)鍵技術(shù)開展研究，并將研究成果成功應(yīng)用于工程實踐，首次實現(xiàn)了鐵路大跨度連續(xù)梁跨營業(yè)線的墩頂轉(zhuǎn)體施工。該技術(shù)的成功應(yīng)用，解決了轉(zhuǎn)體重量大、轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)安裝難度大、轉(zhuǎn)體重心高、轉(zhuǎn)動過程中對既有鐵路安全風(fēng)險大等問題。降低了施工的成本及風(fēng)險，社會效益、經(jīng)濟(jì)效益明顯，可推廣應(yīng)用于鐵路、公路橋梁上跨既有線的轉(zhuǎn)體施工。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊建周,谷松博,郁圣維. 連續(xù)梁墩頂轉(zhuǎn)體施工問題預(yù)防及處理[J]. 國防交通工程與技術(shù)，2016(11)：55-60.

[2] 周福榮.張呼客專最大跨度連續(xù)梁墩頂轉(zhuǎn)體成功[N].中國鐵路建筑報，2016(8):4-7.

[3] 陳曉玲.張呼線(48+80+48)m連續(xù)梁橋高墩墩頂轉(zhuǎn)體施工控制技術(shù)研究[D].石家莊：石家莊鐵道大學(xué)，2016.

[4] 任韶敏.鐵路連續(xù)箱梁水平轉(zhuǎn)體施工及監(jiān)控技術(shù)研究[D].石家莊：石家莊鐵道大學(xué)，2014.

[5] 楊俊卿.北京奧運輔助橋梁轉(zhuǎn)體施工及其穩(wěn)定性分析[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2009.