跨鐵路大跨徑連續梁橋轉體施工技術研究

董偉偉

（北京鐵城建設監理有限責任公司，北京 100080）

0 引言

在橋梁施工中，轉體施工方法具有工藝簡單，能跨越峽谷和障礙等諸多優勢，在我國跨線橋建設中得到較好的應用。平轉法、豎轉法、平轉法與豎轉法組合是目前國內外常用的轉體施工方法。謝旺軍等[1]通過長塘大橋的實際情況，探討了在跨越鐵路大跨徑連續梁橋中采用轉體施工方法的可行性，并對其關鍵技術進行了探討，對同類橋梁的建設具有一定的參考意義。李春玉以青島進場路轉體橋為例，開展等跨度小間距同步轉矩剛構橋建造中的若干關鍵問題研究，并在此基礎上攻克了該橋型在建造過程中遇到的防碰撞難題。基于此，文章結合某鐵路大跨徑連續梁橋轉體施工項目，結合轉體施工方法原理，提出了大跨徑連續梁橋轉體施工關鍵技術，進一步豐富和推廣了大跨徑連續梁橋轉體施工技術和施工方法。

1 大跨徑連續梁橋轉體施工方法及原理

連續梁橋轉體施工方法主要指的是預先對橋梁結構按照非軸線設計位置進行制作，然后澆筑完畢梁體，使其達到最大懸臂狀態之后，利用墩柱將橋梁結構的重量傳遞到預埋的球鉸上，接著借助摩擦系數較小的球鉸轉盤或者滑道，利用連續梁橋轉體將橋梁結構轉到設計軸線位置的一種施工工藝。梁橋轉體系統主要包括下承臺、球鉸、撐腳、滑道、支架、上轉盤和轉體施工設備等，具體如圖1 所示[2]。

圖1 梁橋轉體系統結構示意圖

梁橋轉體系統為整個連續梁橋轉體施工的技術難點，其上部轉盤與下部承臺通過上下兩個球鉸構成一個球狀，兩個球面間使用具有低摩擦系數的四氟乙烯滑片連接。利用砂箱將橋體的自重傳遞到球鉸，在后續的工作中，利用稱量測試來完成梁體的平衡。梁橋轉體施工時要借助兩套連續梁橋轉體千斤頂的張拉作用，上下盤在力偶的作用下，將橋梁下承臺圍繞定位軸予以轉動，實現大跨徑連續梁橋轉體系統的整體轉體施工。但連續梁橋轉體的施工工藝比較復雜，在建設中會受到多種因素的交互作用，造成連續梁橋轉體的線形及內力與原設計有所偏差。

另外，在大跨徑的連續梁橋中，梁身和轉體之間會發生位移，從而使施工變得更加困難。因此，在橋梁建設中，要對其質量進行嚴密控制，及時檢測和修正出現的各種誤差，還要強化對線形和應力的監測，并展開相應的理論分析，從而保證橋梁建設的平穩進行。

2 工程實例分析

2.1 工程概況

某新建鐵路下行聯絡線橋梁，該橋采用（40m+72m+40m）連續梁+(4×24m+4×32m）T 形簡支梁的形式，橋梁共397.21m。在這座橋中，有一條連續梁，它的上行線與橋面之間的角度各為20°、30°，為了降低橋梁對鐵路通行的影響，在這條（40m+72m+40m）的連續梁上，設計了一種平面轉體的方法。1 號墩和2號墩為連續梁主墩，連續梁橋轉體主墩樁基全部應用的鉆孔樁基礎，樁直徑為1.8m，靠近鐵路四周采取鉆孔灌注樁防護。橋墩應用圓端形實體橋墩，連續梁段采用單箱單室連續梁。

2.2 施工方案

該工程的轉體為2 個70m 長的“T 構”，其是在鋼軌邊用模板現澆法進行的。在轉動時，“T 構”按照順時針20°和30°的角度進行轉動。從理論角度分析，轉動質量為35000kN，轉動時間為150min。該結構的梁高采用二次拋物線可調高的單箱單室直腹斷面梁,采用順時針同時同步進行平轉工藝。該施工方案涉及一種轉動設備，其包括：骨架選用的是球鉸滑道，且將其安裝在下部支承平臺上。內千斤頂反作用力座選用的是由反力座、轉臺、支腳和拉線等共同構成的。圓形導軌的基本規格為中心半徑7m、寬度0.8m、球鉸鏈直徑2.5m。設計兩個牽引反作用力支承，轉動臺的半徑8.4m、高1.0m。設置8 套支腿，4 條平頭鋼絲繩作為拉繩，埋在轉盤中5m 深。

3 球鉸及轉盤施工方法

3.1 安裝精度

由于下轉盤的精確性是影響轉動效果的關鍵因素，所以當精確定位、調整完畢后，要再次檢驗下轉盤的立體位置及平面度。一般是用全站儀校驗坐標，用精密電子水準儀進行校驗，水準準確度為0.01mm，檢驗合格后，將其固定。

3.2 球鉸的安裝

第一，在下部承臺頂的套管上借助螺栓安裝下部球鉸，并將球鉸的中心軸線插入套管內進行連接，然后將聚四氟乙烯滑片安裝到套管上。

第二，以上設備安裝完畢后，需對兩個表面進行檢驗，必須檢查表面是否處在同一球面，并且高度差應≤1mm。在上球鉸安裝之前，必須先在下球鉸表面刷上黃油四氟粉，然后在轉動之前將定位套管填上牛油。在安裝過程中，為使上、下球鉸處于同一水平線，并且上球鉸可以較好地和下球鉸進行緊密接觸，要在上球鉸的表面位置，涂抹四氟潤滑劑，并輕輕將其下降到下球鉸為止[3]。

3.3 上轉盤的施工

開始澆筑上轉盤混凝土時，首先應在盤內預埋P錨體系牽引繩的固定端，且其高度應和牽引的方向保持一致。同時，同一對牽引繩的固定端應始終保持在同一條直徑線上，且與圓心保持對稱關系。完成混凝土澆筑作業后，做好基礎養護工作，待混凝土的強度達到規范標準時，拆除支撐板，并于球鉸上支撐好轉臺。此外，借助轉動力矩，確保轉臺能夠按照球鉸的中心軸線轉動，以保障轉體支撐體系可以自如切換。

4 墩（臺）身及連續梁橋轉體施工

其一，該橋梁的墩臺都是由固定的鋼模板一次澆筑而成。其二，（40+72+40）m 連續梁施工。綜合考量到橋梁不同部位的特點，該橋梁連續箱梁應用支架現澆法施工，利用吊架進行中跨合龍。吊架底籃和模板自行加工，邊跨現澆段應用支架現澆法施工。為確保工程施工質量和安全，需要做好應力和線形監測工作。

5 跨鐵路大跨徑連續梁橋轉體施工技術要點

5.1 轉體結構概述

該橋轉體部分懸臂長為35m，在1 號墩和2 號墩的中間對稱。該項目在開展轉體施工時，借助牽引系統，真正做到兩重合。具體來說，連續梁軸線應和橋梁的設計位置保持一致，上下轉盤的軸心應保持一致。轉體施工中，平衡系統是確保施工正常的關鍵所在。該工程項目施工中，利用梁體、鋼管混凝土立柱、千斤頂等共同構成平衡系統。其中，鋼管混凝土柱由8 對直徑為60cm 的圓鋼和混凝土共同澆筑而成，位置設置在上承臺處，為轉體施工提供平衡支撐力。

5.2 主要技術參數的確定

該橋梁工程項目的基本參數為：主墩左右兩個轉體懸臂的長度都為35m，橋梁表面的寬度為7m，中心支點梁的高度為6.1m，轉臺的半徑為8.4m，球鉸鏈的半徑為2.5m，轉體的質量為3500t。轉體在啟動時：Fmax=2×500kN；轉動時：Fmax=2×300kN。轉動弧長為π × α ×R/180=3.14×35×20（30）/180=12.21m（18.32m）。因此，可以得出，該梁橋轉體空間半徑為35m，弧長12.21m 和18.32m，形狀為扇形。

5.3 轉體牽引系統

轉體牽引系統是轉體工程的主要動力來源。該項目使用2 根拉繩，16 根可連續頂入的千斤頂，鋼筋混凝土反力架。P 型錨桿系中各錨桿末端連接在一起，形成一個整體式的轉體牽引系統。

5.4 轉體設備

該設備由2 臺100t 的連續千斤頂，2 臺主控設備，2 臺泵站，4 個50t 的起重設備和4 個電動油泵組成。

5.5 轉體施工封鎖時間

依據工程實際情況，需封閉進行鋼軌轉體施工。封鎖時間按照如下標準：設計線速度≤1.2m/min。而基于實踐經驗，最終確定為1.0m/min。由于該橋梁工程最大圓弧長度為18.32m，根據直線速度可以得出，其轉動時間為18.32min，因此設置預備和試驗時間為20min。轉動入位之后，懸臂端閉合時間為75min。

由此可以得出，全部轉動閉合時間為20+18.32+75=113.32min。結合工程項目實際參數，最終計算出結果為150min。

5.6 跨鐵路大跨徑連續梁橋轉體施工流程

5.6.1 轉體施工準備

（1）空載試運行。試驗開始之前，必須估算各水泵的壓力，調節各水泵的最大容許壓力，并檢驗設備。通常，要以千斤頂的數值為基礎計算油壓值，且摩擦因子為μs=0.1×μd=0.06。在測試結束后，將轉臺之間的支架、支墊等約束設備拆下，并對轉動結構進行檢測，在拆下之后，對轉動結構進行長達2h 的監控。

（2）箱梁不平衡力測試及配重。該橋跨度很大，兩端懸空35m，為了確保轉臺的正常運行，必須做好不平衡檢測工作。通常而言，千斤頂在上轉盤下加力，并應用位移計測量球鉸從靜態到動態變化的臨界值。上轉盤兩側的力差就是不平衡力。因而，為確保轉體梁兩端的重量平衡，需要借助砂袋來對整梁的配重進行調整。

5.6.2 試轉

（1）鋼絞線預緊。為保證每個繩索上的受力均勻，采用100t 級的連續式千斤頂，按對稱多次加載的原則，實現1～5kN 的預緊力。

（2）接通電源，起動水泵，在不移動梁的情況下，由兩個起重器一起工作，并利用一副吊鉤來消除橋面上的靜摩擦力，從而實現橋面的轉動。

（3）在試轉過程中，要進行現場監控，收集有關資料，主要包括：一是轉動時的速度。通過收集轉動時的速度可對轉體過程中所需的時間進行判定，以確定轉體過程中所需的時間和是否符合設計參數。轉動時的速度是梁體轉動時所產生的角速和末端的線速，試驗轉動的數值應該在設計的允許范圍之內。二是點移動。轉動梁在靠近設計位置時，往往采用點移動操縱方式來實現定位，從而保證定位的準確性。三是慣性位移值。在拖拉結束后，對拖拉后的橫梁進行慣性位移測試。為防止結構超轉，先借助慣性運行結束后，動力系統改由“手動”狀態下點動操作，直至梁體就位[4]。

5.6.3 正式轉體

第一，當開始轉體時，應使用可靠的通信手段，與施工單位保持聯絡，使扭轉設備的技術指標保持不變，并保證扭轉的全程監視。第二，在正式起動轉體時，必須用1t/h 的載荷系統對其進行載荷，直到轉動開始，載荷設備在自動化的條件下，以一種恒定的轉速轉動。第三，在轉體轉動時，施工人員必須隨時注意轉體的工作狀況及梁的轉動狀況，采取梁體每轉動5°匯報一次的報告制度。第四，為防止梁體在距設計軸向距離約1m 時，因過分轉動而超出設計軸心，一般需停止該體系設備，使其轉動由慣性帶動，然后將工作模式轉換成點動式，實時記錄點動參數，循環往復，直到最終定位于設計位置。

5.6.4 轉體就位

其一，對于轉體的就位，一般是通過水平定位及標高來進行控制的，以保證梁的定位正確，達到設計目的。通過設置在梁兩端的全站儀來進行平面定位，使其視野和梁的設計方向相吻合，誤差不超過10mm。梁的高度是由安裝在梁兩端的精密水平器來控制的。其二，在梁體平面定位準確之后，利用水平觀察方式，在轉盤上調節千斤頂的位置，并將合龍段標高調整到設計高度，然后填充滑槽中的裂縫，將其堵上、焊上。該橋梁工程項目總共為三跨，規格為1×（40+72+40)m。閉合按照先兩邊、后中間的順序進行，以確保達成施工目標。

6 結語

綜上所述，連續梁橋轉體施工方法比較復雜，尤其是在高精度的轉體體系上，這就要求設計者在考慮其受力特點的基礎上進行科學的設計，以保證其滿足工程的安全性和經濟性要求。文章以某鐵路大跨徑連續梁橋施工項目為研究對象，結合連續梁橋轉體施工方法原理，詳細闡述了連續梁橋轉體施工方法，為工程項目的順利完成提供了技術支撐。同時，隨著橋梁施工項目的增多，連續梁橋轉體施工工藝也需要不斷完善和發展，以更好地應對橋梁工程建設實踐，助力交通強國戰略目標的順利實現。