跨既有線T構轉體施工關鍵技術分析

（中鐵二十局集團第一工程有限公司，江蘇 蘇州 215151）

0 引言

轉體施工是指橋梁結構在非設計軸線位置制作（澆筑或拼接）成形后，然后借助動力將橋梁轉動就位的一種施工方法。它可以將障礙上空的作業轉化為岸上或近地面的作業。轉體施工具有結構合理、受力明確、力學性能好；工藝簡單、操作安全；不干擾運輸、不中斷交通，可廣泛應用于跨越深谷、激流、鐵路、公路和交通運輸繁忙的城市立交的橋梁施工中。轉體施工的關鍵技術是轉動設備與轉動能力，施工過程中的結構穩定和強度保證。

1 工程概況

新建鄭州至萬州鐵路北汝河特大橋579#～582#墩設計為一聯三孔（60＋100＋60)m 預應力混凝土連續梁，跨越既有孟平鐵路，連續梁設計為支架現澆，再轉體合龍施工。其中580#、581#墩轉體梁段總重量W 均為約8000 噸左右,梁長98 米，轉體角度約為48。轉體橋由下轉盤、球鉸、上轉盤、轉體牽引系統、轉體助推系統等組成，轉盤直徑10.8 米,球鉸平面直徑為3.7 米。

2 轉體施工關鍵技術

2.1 轉體施工基本參數

（1）設計轉角速度應不超過0.02 rad/min；（2）動摩擦系數μ1 為0.06，靜摩擦系數μ2 為0.10；（3）轉體梁段總長為98m；（4）助推力作用力臂（滑道中心線直徑D2）為8.5m；（5）牽引束力偶臂（上轉盤外徑D1）為10.8m；（6）球鉸平面半徑為1.85m；（7）轉體設計總重力G 為80000 kN（活載系數取1.0）。

2.2 轉體體系施工

2.2.1 支承系統

在轉體橋梁的使用及建設過程中，轉體體系起到了非常重要的作用。其中下轉盤、轉體球鉸以及上轉盤為支撐系統的組成部分。在橋梁轉體過程中，上轉盤的撐腳為保險腿，主要作用是使轉體結構的平穩性得到保障，且按照對稱排列的方式在上轉盤周圍進行布置。在對撐腳進行安裝之前，施工人員應該對下轉盤進行混凝土灌注，且應對球鉸進行安裝，與此同時，為了使滑道和轉體結構之間具有足夠的間隙，施工單位應將10mm 的鋼板支墊在撐腳走板的下方，在上轉盤施工完成后，施工人員應將支墊拆除。在實施轉動施工之前，施工人員應將5mm 厚的四氟滑板鋪在與下滑道相互接觸的支撐腿下放，使其轉動摩擦力進一步降低。在轉動體系中，鋼球鉸為其核心要素，其在轉體施工過程中發揮重要作用。通常球鉸可以分成上下兩片，因此在制作和安裝過程中，施工人員應對其精準度進行嚴格管理。

圖1 下球鉸吊裝、定位

圖2 吊裝上球鉸

2.2.2 牽引系統

牽引動力系統、牽引索和牽引反力座為轉動體系牽引系統的重要組成部分。一般情況下，鋼絞線為牽引索的組成部分，鋼筋混凝土為牽引反座力的組成部分，而電纜線和高壓油管所連接的主控臺、液壓泵站以及液壓連續千斤頂為牽引動力系統的主要組成。在對連續轉體千斤頂進行布置過程中，施工人員應確保其與支撐系統兩側的反力座相平行，且應保持其對稱性，與此同時，上轉盤預埋鋼絞線的中心線和千斤頂的中心線之間應與上轉盤外圓相切，且兩者應為水平狀態。在對預埋牽引索進行施工時，施工人員首先應對鋼絞線表面進行清理，去除銹跡和油污，并以既定索道方向為基礎，對鋼絞線進行排列，當鋼絞線從千斤頂穿過后，施工人員應該夾緊鋼絞線，使其持力一致。

2.3 線形監控

在對跨既有線T 構橋實施轉體施工時，施工單位應對橋梁主梁線形的平順性進行控制，使其符合設計方案要求，在此過程中，施工人員應對梁段立模標高進行科學合理的控制。在對梁段立模標高進行確定時，施工單位應以橋梁實際情況為基礎，對其影響因素進行分析，并對控制措施進行制定，使橋梁線形質量進一步提高。在對影響因素進行分析過程中，若不考慮實際工程，則會使其控制有效性受到影響，使設計方案與橋梁線形偏差增大，因此，在對線形進行控制時，對梁段立模標高的準確性有很大影響。一般情況下，當支架、恒載出現變形時，施工單位應以工程實際為依據，對橋梁預拱度數據加以計算，使每個環節的施工得到保障，與此同時，在對橋梁節段進行測量時，施工人員應對測量工具進行嚴格選擇，并以現場實際數據和上節段變形觀測為基礎，對施工誤差進行合理調整。

2.4 T 構稱重試驗

2.4.1 進行稱重試驗的必要性

為了使橋梁轉體施工順利完成，施工單位應從合理轉體配重、轉動體系質量以及勻速轉動等方面對T 構轉體梁轉體實施控制。在對懸臂兩端進行布置時，應確保其對稱于橋梁順向豎平面，當吊裝施工和預制球鉸過程中出現誤差時，會導致施工后橋梁兩端重量出現偏差，進而導致預應力張拉受兩端受力出現偏差，最終出現力矩不平衡的問題。一般情況下，在實施轉動施工過程中，轉動球鉸摩擦力于牽引力之間息息相關，因此，為了使橋梁轉體施工效率進一步提高，在實施施工之前，施工人員應實施稱重試驗，對不平衡力矩實施測試，并對球鉸摩擦力進行計算，得出具體參數，對橋梁轉體施工技術和設備進行選擇，使安全性能評估進一步提高。

2.4.2 判定平衡狀態

在對跨既有線T 構橋實施稱重試驗時，施工人員應以位移法為基礎，確定不平衡力矩方向。在對不平衡力矩進行判斷過程中，應以拆除前后沙箱的不平衡力矩為依據，轉動球鉸，并在上轉盤的撐腳底部放置百分表，以其讀數為基礎，對比沙箱拆除前后的數據，采對結構向里大里程側轉動時的不平衡力矩進行判斷。

2.4.3 千斤頂稱重

在實施千斤頂稱重過程中，應以梁體施加轉動力矩為試驗原理，并測試球鉸的切向轉動位移，圖3、4 為測試儀器。施工人員應以測試情況為基礎，對關系曲線進行繪制，當其位置出現變化時，其球鉸在千斤頂的不平衡力矩和頂力力矩等作用下會出現平衡臨界值，施工人員應以數據參數為基礎，對臨界點位置進行計算。與此同時，施工單位應以千斤頂稱重試驗為基礎，對球鉸剛體位移精準度進行嚴格控制。在對測點進行布置過程中，施工人員應以撐腳設置情況為依據，將兩個水平和豎向百分表以及千斤頂頂升設置于撐腳兩側，對轉動情況加以判定。一般情況下，稱重試驗是以球鉸豎向位移為基礎進行測試的，在對球鉸邊緣切向轉動位移實施測試過程中，設置百分表具有一定的難度，與此同時，在球鉸轉動時，百分表也會出現打滑的問題，因此，施工人員應對球鉸的水平和豎向位移情況加以測試，是數據判定準確性進一步提高。在轉體過程中，若配重方案以梁體絕對平衡為基礎，外部因素會對轉動體產生較大影響，從而出現晃動等狀況，使轉體施工質量受到影響，因此，為了使轉動體穩定性進一步提高，施工人員應保障四氟乙烯板和撐腳之間的穩定性。

圖3 壓力傳感器和千斤頂的組裝圖

圖4 數據采集儀

2.5 球鉸應力分析

當轉動結構和跨既有線T 構橋之間距離較遠時，會產生應力，從而導致球鉸應力分布受到影響。一般情況下，在進行施工過程中，施工單位應以Midas 有限元軟件為基礎，對全橋模型進行建立，并對跨既有線T 構橋靜力加以分析，對恒荷載作用條件下橋墩墩底的反應進行計算，并以此為基礎，對球鉸空間局部有限元模型進行設計，使球鉸局部應力分布分析精確度進一步提高。與此同時，施工單位還應以ANSYS 有限元計算軟件為基礎，對轉體結構局部受力進行分析。

3 施工質量控制要點

（1）球鉸安裝精度應滿足：中心誤差≯ ±1.0mm，球鉸正面相對高差≯ ±0.5mm。

（2）滑道（中心D=9.5m，W=1.2m）組裝過程中務必注意鋼板朝向（兩表面摩阻力不同且一側不宜電焊），鋼板對接中不宜滿焊，防止安裝后受溫度應力影響引起滑道變形；同時滑道上螺栓外露不宜過長，否則后期需切除。

（3）滑道安裝中應控制好初調，減小螺栓精調量，精調后在同一水平面上，其相對高差≯ 0.5mm；為保證承臺頂層鋼筋安裝，滑道角鋼與鋼板之間距離應盡量相等。

（4）下轉盤混凝土澆筑前應對原砼面進行灑水濕潤處理，混凝土澆筑過程中下轉盤球鉸、滑道均應不受擾動，澆筑前后應進行測量復查。

（5）為防止因摩擦較大千斤頂無法頂推，應備2 臺250T 千斤頂組成力偶助推系統，并在試轉前安裝、調試好，便于隨時投入使用。

4 結束語

一般情況下，轉體施工必須要對關鍵技術階段嚴格控制，才能保證各項質量符合標準，順利完成轉體施工。本文以鄭州至萬州鐵路河南段ZWZQ-4標段跨孟平鐵路連續梁轉體施工為基礎，對轉體施工關鍵技術加以分析總結，對轉體體系構成要素進行闡述，利用球鉸應力分析、T 構稱重試驗以及線形監控等方法，對跨既有線T 構橋轉體施工質量和效率進行控制，使轉體施工優勢得到充分的發揮，從而達到提高轉體施工質量的目的，也為今后其他同類跨越既有線橋梁轉體施工提供借鑒。