基于輔助軌道的多支點轉體橋施工關鍵技術研究

徐浩然

(中鐵十一局集團第二工程有限公司 湖北十堰 442013)

1 工程背景

某工程主線高架跨鐵路主橋采用(95 ＋105)m連續鋼箱梁，橋面總寬51 m，分幅布置，靠近主墩側梁高6.5 m，端部梁高3.0 m；下部結構采用門式框架墩，群樁基礎，主墩頂設長10 m，寬4 m 的矩形實體截面預應力橫梁，作為轉體施工平臺。 轉體范圍存在不可拆遷建筑物影響，轉體梁段短臂側長度43.8 m，長臂側長度91.4 m，不能實施常規轉體[1-5]。

為解決以上難題，基于中間滑道和撐腳的思想，提出基于輔助軌道的多支點轉體施工技術[6-8]。將中間滑道和撐腳向外擴展成軌道式的臨時支撐，與上部梁段形成多支點轉體體系，減少不平衡配重，提高轉體梁段在轉體過程中的穩定性和安全性[9-10]。

2 系統組成

基于上述轉體體系，轉體梁段的動力系統、轉體系統和平衡系統等均與常規轉體橋有所不同[11-12]。

2.1 動力系統

主要包含兩套回轉驅動機構，每套由一個臺車架、減速機架、減速機和導向輪等組成，采用齒輪齒條驅動，用臺車架將輔助支撐、滾輪小車、齒輪連接成一個整體。 動力系統輔助支撐與轉體梁底部剛性連接，齒條固定在小車滾動的平臺上，通過齒輪齒條咬合轉動帶動梁體轉體(見圖1)。

圖1 轉體牽引系統

2.2 轉體系統

主要由墩頂中心球鉸、輔助支撐軌道梁(下部結構、軌道系統、滾輪小車、驅動系統、控制系統)和前支撐組成依靠輔助支撐上的動力系統帶動橋梁轉動至設計位置。 為確保滾輪小車不駛出滑動平臺齒條上，應在齒條的起止端設置防撞裝置，限制滾輪小車運行到終點后繼續走動。

2.3 平衡系統

在雙幅橋間設置連接橫梁，球鉸設置于橫梁下部，橫梁將雙幅橋連接成整體以實現雙幅橋單支點轉體。 因雙幅橋面較寬，橫梁承受的應力較大，不利于轉體過程中的穩定，在球鉸正上方梁面設置臨時塔柱及拉索，拉索一端固定在塔柱頂部，一端與橫梁端部固定，由塔柱與拉索分擔部分箱梁的不平衡自重(見圖2)。

圖2 轉體梁段

3 構件組成

基于輔助軌道多支點轉體橋技術的構件安裝，主要包括軌道梁、球鉸、臨時塔索、前支點及其動力系統。

3.1 軌道梁安裝

軌道梁主要由滑動平臺、鋼管立柱、承臺(擴大基礎)、鉆孔樁基礎(高壓旋噴樁基礎)組成。 滑動平臺采用鋼板焊接而成的小型鋼箱梁，為了消除轉動過程中支承系統的變形，正式轉體前需對支承系統按1.2 倍荷載進行預壓，以消除非彈性變形。 滑動平臺箱梁在工廠制造，汽車運輸到現場，采用汽車吊裝、焊接成整體。

3.2 球鉸安裝

用吊車將拼裝好的球鉸吊至安裝位置，使用倒鏈、撬棍等工具調節球鉸中心位置，使中心位置與理論位置偏差不大于2 mm，使用千斤頂調節球鉸上支座板的水平度，使水平度不大于2 mm。 因球鉸與鋼箱梁底采用栓接，并且梁底螺栓孔已在廠內預制，為保證轉體角度，球鉸安裝時其縱向軸線需要與鋼箱梁預拼軸線重合。 球鉸中心及水平度調節完成后，在球鉸下支座板底面塞入墊塊與墊片固定球鉸，墊塊間采用點焊臨時固定后拆除千斤頂。

3.3 臨時塔索安裝

采用汽車吊安裝位于球鉸上方梁面的主塔，采用熱鍍鋅平行鋼絲拉索，斜拉索一端錨固在鋼塔立柱上，另一端通過異形錨頭配合錨栓與橋面板預留吊耳相連，在塔端張拉。

3.4 前支點動力系統安裝

安裝軌道系統，按照編號順序將第一節軌道系統吊裝在軌道梁上，使用調平螺母調整第一節軌道系統的標高與水平度，使用倒鏈調整第一節軌道系統的中心位置，調整到位后使用同樣的方法安裝后續軌道系統，兩節軌道系統搭接部位使用齒條檢測樣板檢測。 軌道安裝完成后使用全站儀復測軌道系統標高及中心位置，無誤后將軌道系統與軌道梁固結。 軌道系統全部固結完成后將每兩個齒條之間的間隙使用墊片塞滿。 軌道系統安裝精度應滿足下列要求：齒條水平度不大于2 mm，與理論標高高度差不大于2 mm；軌道系統中心到球鉸中心的偏差在±5 mm 以內；整體焊接完成后，小車走行平面度小于1.0 mm/m，整體在±20 mm 以內。

安裝滾輪小車，在軌道系統底板上表面做標記，畫出滾輪小車的安裝位置，將滾輪小車吊裝在軌道系統底板上，放在指定位置。 吊裝驅動系統，將其安裝在軌道與滾輪小車上，并在齒條與臺車架之間安裝墊塊，用以防止驅動系統的傾覆。 安裝撐腳，拆除安裝驅動系統時使用的墊塊。

根據要求在合適的位置處安裝電氣控制柜。測量小車的中心進行定位，單獨接線，將每組小車運行至定位點。 兩組小車一起接線，進行輔助支撐系統的調試，主要調試內容包括小車是否同向行走、速度是否可調、行走一圈小車是否存在卡滯現象。 調試完成后將小車重新移動至設計位置。

3.5 前支點安裝

前支點連接驅動系統與鋼箱梁底，底部與驅動系統臺車架焊接，頂部與鋼箱梁底栓接，鋼管內灌C50膨脹混凝土。 前支撐應在梁體增加配重后，拆除主要梁端支架前安裝，安裝前應根據現場實測高度制作，梁底螺栓孔提前在廠內開孔(見圖3)。

圖3 前支點安裝

4 轉體

4.1 檢查

靜置過程中技術人員和質檢人員應對鋼箱梁現場焊縫、前支撐、滾動小車、球鉸、減速機架、齒輪、齒條關鍵部件進行檢查，排除開裂、卡位等現象。 監控單位對預埋的應力元件進行測試并做好記錄，若有異常及時調試或更換。

4.2 試轉

試轉時，應測試驅動電機每分鐘的轉速與梁段轉動角度的對應關系，通過調整轉速將梁段轉體速度控制在設計要求范圍內。 同時，應檢查轉體結構是否平衡穩定，關鍵受力部位是否有過大變形、開裂及其他異常情況。 如有異常情況，則應停止試轉，查明原因并采取相應措施整改后，方可繼續試轉。

4.3 正式轉體

選擇風速小于5 級，無雨的時段實施轉體，轉體前拆除梁底支架，對整個轉體體系進行檢測，布置監控點及應力測試裝置。 注意事項：

(1)轉體時應安排專人觀測滾動小車的運行狀態和走行速度，在轉臺上做好刻度標記，若發現指針每分鐘走行速度超過規定速度(按比例推斷出轉體線速度超標)，及時降速。

(2)實時監測橋面兩端中心軸線的弧線距離，當橋面兩端中心軸線位于合龍前1 m 內時，按轉體試驗提供的點動數據操作。 當由于轉動慣性或測量誤差，在復測發現已經過轉時，可將電機反轉，直至橋梁旋轉至設計位置。

(3)實時監測轉體梁段的撓度、應力，將實測值與理論值進行對比，當實測撓度或應力與理論值偏差超過10%時立即暫停轉體，查找原因、排除隱患后方可繼續。

5 梁體應力和變形分析

橋梁在轉動過程中對前支點截面處的應力和橋梁的撓度進行監測，將實測值與理論值進行對比(見圖4 ～圖6)，當實測值與計算值的偏差超過10%時暫停轉體，查找原因，排除隱患后方可繼續轉體。應力測點沿梁體橫截面對稱軸對稱布置，1 ～4 號測定布置在截面頂面，5 ～8 號測點布置在截面底面。

圖4 頂面測點應力值

圖5 底面測點應力值

圖6 橋梁轉體撓度值

由圖4、圖5 可知，前支點截面處應力在橫截面上大致均勻分布，腹板處應力較大，翼緣處應力較小，應力值72.36 ～126.65 MPa，均小于相應的計算值，最大偏差為7.39%。

由圖6 可知，轉體梁段懸臂端撓度值隨著懸臂長度的增大而增大，實測值與計算值均接近，最大值為12.76 cm，略大于計算值10.80 cm；總體上，實測值與計算值的偏差隨著懸臂長度的增大而增大，最大偏差出現在長臂端部，因此，轉體前應注意控制前支點豎向位移對橋梁撓度影響，應增加支點底部地基承載力，有必要時，可以通過調整拉索的張拉力減小梁體端部撓度。

6 結論

本文在梁底長臂端設置帶有齒輪輔助支撐的環形滑道，在梁面設置索塔及臨時拉索，形成的基于輔助軌道的多支點轉體橋施工技術能解決轉體橋兩端長度和自重差異大，難以采取常規配重平衡的問題。 實施結果表明，轉體梁段前支點截面處應力沿橫截面大致均勻分布，腹板處應力最大為126.65 MPa，翼緣處應力較小；懸臂端最大撓度為12.76 cm，應力和撓度均與理論計算值接近。 該類轉體方法結構穩定、受力清晰，可為因場地、既有建筑物限制造成的非對稱梁段的轉體施工提供參考。