銀洲湖高速公路跨深湛鐵路特大橋轉體試轉探析

杜曉華

（中鐵十六局集團第二工程有限公司，天津 300162）

0 引言

轉體施工是當前跨線橋施工較為成熟的方法之一，很大程度上避免了對既有線路運營的影響[1]。跨線橋正式轉體前要進行試轉，試轉獲取的數據，取得的經驗不僅有利于工程正式轉體過程中遇到問題的順利解決，還方便轉體修正時參考，提前規(guī)避可能發(fā)生的風險。本文以銀洲湖高速公路TJ03標新建深湛鐵路跨線橋轉體梁施工為例，根據設計及現場實際情況展開試轉并對試轉數據進行分析研究。

1 工程概況

銀洲湖高速公路新建深湛鐵路跨線橋中心里程K23+576.834，橋梁全長2297.6m，其中左幅53#～55#、右幅50#～52#墩橋墩上部結構為（2×90）m轉體T構，跨越既有深湛鐵路施工里程為左幅K23+555.834～K23+735.834、右幅K23+472.834～K23+652.734（營業(yè)線里程：K143+269.7～K143+302.4）。轉體T 構掛籃懸澆段分為22個節(jié)段，梁底寬12.65m，頂寬19.65m；0號塊總長度為14m，中心高度10m；1～22號塊長度為8×3m+10×3.5m+4×4m；合龍段長度為2m，高度3.5m；邊跨現澆段長度5.94m，高度3.5m。

2 轉體設備的組成與布置

2.1 轉體主要設備

深湛鐵路跨線橋轉體梁項目選用2套LSDKC－8型液壓、同步智能連續(xù)牽引設備系統(tǒng)，同時具有雙轉同步控制功能，兩臺ZLD200連續(xù)千斤頂分別水平、平行、對稱地布置于轉盤兩側，通過拽拉錨固且纏繞于轉臺上的28-φs15.2mm鋼絞線，使得轉體橋轉動。牽引系統(tǒng)通過拉繩傳感器采集千斤頂的出頂與回頂距離，傳感器工作精度為0.02mm。轉體主要設備機具見表1。

表1 轉體主要設備機具

2.2 牽引動力系統(tǒng)

對于各個橋墩轉體均設置獨立完整的自動連續(xù)張拉轉體系統(tǒng)，其構成包括轉動主控臺、千斤頂以及液壓泵站[2]，能夠為轉體結構啟動提供充足的扭矩。助推轉體系統(tǒng)主要由兩個千斤頂構成，在異常情況下如果自動連續(xù)張拉轉體系統(tǒng)難以正常啟動，可以通過助推轉體系統(tǒng)進行啟動。兩個千斤頂對稱配置在轉盤兩側，要求千斤頂的中心線與上轉盤外圓之間呈現相切的幾何關系，并且中心線高度等同于上轉盤預埋鋼絞線的中心線高度。為了能夠更為準確全面地對現場情況進行觀察，需要將轉動主控臺置于視線較為開闊的位置。轉體牽引系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 轉體牽引系統(tǒng)示意圖

2.3 牽引索

轉體轉盤共設有兩束牽引索，每束牽引索由28根Φ 15.2鋼絞線（強度等級為1860MPa）組成，為了保證牽引索強度符合設計要求，預埋牽引索之前對每根鋼絞線都要進行清潔，確保上面無明顯的銹跡或油污等，然后沿著既定索道依次將鋼絞線排列纏繞，并穿過連續(xù)張拉千斤頂。在上轉盤澆筑時將牽引索另一端埋入上轉盤混凝土體，作為牽引索固定端[3]。預緊鋼絞線時使用YDC240Q千斤頂對牽引索鋼絞線依次預緊，通常控制千斤頂油壓在5～10MPa范圍內，然后再對整束鋼絞線進行預緊，要求兩套牽引索持力保持平衡，并且牽引索索道標高與千斤頂軸心線標高保持一致。

2.4 轉體基本原理

箱梁重量可以通過墩柱傳遞到上球鉸上（如圖2所示），然后再通過球鉸上的四氟乙烯板從上球鉸傳至下球鉸以及承臺，實現箱梁重力的轉移。在箱梁主體施工結束之后，其重量將會全部傳遞至球鉸，在稱重以及配重之后，通過埋設在上轉盤的牽引索以及轉體對千斤頂產生作用，當作用力超過上下球鉸之間及撐腳與下滑道之間的摩擦力時，便會促進橋體轉動到位[4]。

圖2 轉體球鉸布置示意

在深湛鐵路跨線橋轉體梁項目中，轉體為兩組液壓驅動、同步自動連續(xù)牽引系統(tǒng)，其構成均包括千斤頂、液壓泵站及主控臺。需要注意的是牽引設備應基于實際牽引力的2倍及以上進行配置，在牽引力作用下形成水平旋轉力偶，通過拽拉錨固在轉臺上的鋼絞線帶動轉體系統(tǒng)轉動。

3 平衡稱重試驗及配重

在對深湛鐵路跨線橋轉體梁進行試轉之前，首先需進行稱重平衡試驗，對不平衡力矩、偏心距以及摩擦系數等各種參數進行檢測評估，完成橋梁轉體的配重需要[5-6]。測試橋梁轉體在轉動過程中需要具有良好的平穩(wěn)性，尤其是對于無斜拉索的大型懸臂結構來說，其在轉動時必須保障轉體兩端均達到平衡狀態(tài)。如果轉體上部懸臂結構配重不合理，將可能導致梁端轉動出現幅度較大的抖動，降低轉體的平衡性。

通常情況下通過稱重與配重將重心偏離控制在2cm以內，這樣在配重之后轉體橋鐵路中跨側會產生一微小翹起，形成由球鉸及其后兩鋼撐腳三點支撐轉體的受力情況。如果轉體重心偏離較大，需要基于梁上堆載進行調整。為了保障平衡稱重試驗的客觀性和準確性，通常由第三方單位完成平衡稱重試驗。

3.1 平衡稱重試驗及平衡狀態(tài)判定

（1）轉體梁施工結束之后，安裝相應的傳感器（如圖3所示），讀取測試數據，粗略估算箱梁不平衡情況，必要時先初步配重，保證T構穩(wěn)定。

圖3 稱重用位移傳感器安裝示意圖

（2）對撐腳及滑道進行清理，解除臨時支撐，然后觀察撐腳在砂箱等臨時支撐拆除過程中是否會發(fā)生下沉現象，從而對轉體平衡狀態(tài)進行有效判斷。

3.2 稱重步驟

（1）在選定斷面位置處安裝位移傳感器以及千斤頂；

（2）對千斤頂進行調整，確保千斤頂處于頂壓狀態(tài)，并對其力值進行準確記錄；

（3）對千斤頂逐漸加力，在該過程中對位移傳感器的位移進行準確記錄，直至位移從漸變狀態(tài)到突變；

（4）基于觀測數據繪制P-Δ曲線；

（5）對上述流程進行重復，共開展2次及以上次數頂升試驗；

（6）詳細準確記錄不平衡力矩、摩阻系數以及偏心距等參數；

（7）基于稱重試驗結果數據以及現場混凝土實際方量綜合確定配重重量、位置及新偏心距；

（8）出具轉體梁稱重試驗報告。

4 轉體結構牽引力計算分析

4.1 啟動時轉體結構的牽引力計算

式中：R——球鉸平面半徑，R=2.2m；

W——轉體總重量，W=190000kN；

D——轉臺直徑，D=11.5m；

μ——球鉸摩擦系數，μ靜=0.1，μ動=0.06；

計算結果：啟動時所需要的最大牽引力T=2/3×（R·W·μ）/D=2423.2kN。

4.2 轉動時轉體結構的牽引力計算

式中：R——球鉸平面半徑，R=2.2m；

R＇——撐腳平面半徑，R′=5.2m；

W1——轉體球鉸承擔總重量，W=175000kN；

W2——撐腳承擔總重量，W2=15000kN；

D——轉臺直徑，D=11.5m；

μ——球鉸摩擦系數，μ動=0.06；

μ＇——撐腳與滑道摩擦系數，μ′=0.05；

計算結果：轉動時最大牽引力T=2/3×(R·W1·μ)/D+2μ′·W2·R′/D=2017.4kN。滿足施工要求。

5 轉體梁試轉測試

5.1 試轉目的

在稱、配重與設備調試等準備工作全部完成后，正式啟動轉體前，需要通過試運轉對牽引力系統(tǒng)、水平轉體體系以及防傾保險體系等進行系統(tǒng)檢查，確保該牽引系統(tǒng)能夠正常順利運轉。試運轉開始之前需要拆除全部支撐物，才能啟動牽引動力系統(tǒng)，讓其試運轉，在該過程中對牽引力系統(tǒng)、水平轉體體系等狀態(tài)進行考核。試運轉階段還要詳細準確記錄轉體點動速度、角速度以及力矩等參數，為轉體體系性能評估提供定量依據[7]。

5.2 試轉步驟

（1）鋼絞線預緊。在鋼絞線預緊環(huán)節(jié)需要注意兩點：一是采用對稱方式進行預緊，通過多次反復預緊來保障每根鋼絞線都能受力均勻；二是在鋼絞線預緊過程中需要確保每根鋼絞線都在轉盤上處于平行纏繞狀態(tài)。

（2）啟動泵站。首先是要合上轉動主控臺及泵站電源，然后再啟動泵站，并讓兩千斤頂同時進行試運轉。如果在泵站啟動之后發(fā)現不能轉動，可以使用輔助頂推千斤頂增大推力，以便更好克服靜摩擦力的影響；如果使用輔助頂推千斤頂橋梁依然不能轉動，就要立即停止試轉，并對整個流程進行全面分析，尋找問題發(fā)生的原因并及時解決。

5.3 數據收集及檢查項目

（1）試轉時，需要特別做好2項數據測試工作。一是對轉體速度進行測試，通過測量轉體每分鐘轉動角度以及水平弦線距離來判斷轉體速度，需將其控制在合理范圍內；二是在點動方式操作模式下，對每點動一次懸臂端所轉動水平弦線距離進行測量，為精確定位提供可靠依據。要求轉動速度控制在0.02rad/min以內，為了更好地完成數據收集工作，確定試轉角度為左幅逆時針試轉角度3.10°，右幅逆時針試轉角度1.34°，梁體試轉后，不侵入安全限界；施工等級擬定為鄰近營業(yè)線C類施工。

（2）試轉階段，施工技術人員需要對轉體結構是否平穩(wěn)、關鍵受力部位是否產生裂紋等情況進行仔細觀察。如果發(fā)現異常情況需要立即停止試轉，分析問題產生的原因并采取有效的解決措施。

（3）試轉后使用工字鋼限位裝置+抄墊對轉動體系進行臨時約束，避免箱梁發(fā)生活動。經過施工現場測量，轉體結構左幅逆時針試轉角度3.10°，右幅逆時針試轉角度1.34°，箱梁端部轉動完成后不進入安全限界，試轉效果非常理想。

6 結束語

銀洲湖高速公路TJ03標新建深湛鐵路跨線橋轉體梁正式施工前，經過轉體試轉過程中的數據收集與分析，總結了試轉經驗，為跨線橋正式轉體提供了試驗數據支撐，不僅有利于該工程正式轉體過程中遇到的問題及時進行解決，對可能發(fā)生的風險提前規(guī)避，還為后續(xù)轉體橋項目試轉施工提供經驗與借鑒。