淺析上跨鐵路既有線轉體橋施工技術及質量控制

摘要 為提高橋梁轉體的施工質量，減少施工過程中的安全事故，文章結合高速公路擴容上跨鐵路工程成都入城復線段的工程實例，對橋梁工程轉體施工技術方案進行了總結，從施工工藝流程、轉體系統施工、轉體專項試驗、轉體施工封鎖、轉體牽引施工和頂升施工等環節分析了施工的技術要點，并提出了相應的質量控制措施。結果表明，此施工技術及質量控制措施可有效保證該橋梁轉體工程的施工質量。

關鍵詞 橋梁轉體；轉動體系；球鉸；施工技術；質量控制

中圖分類號 U445.465 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）13-0112-03

0 引言

隨著交通基礎設施建設的快速發展，橋梁建設的需求不斷增加。在鐵路既有線路上方建設橋梁時，需要考慮不影響既有線路的正常運營，同時還要保證施工安全和質量。因此，上跨鐵路既有線轉體橋施工技術應運而生，成為一種具有廣闊應用前景的橋梁建設方法。該文旨在全面分析上跨鐵路既有線轉體橋施工技術的原理、應用范圍、優勢以及質量控制措施，為該技術的推廣和應用提供實踐指導。

1 轉體橋施工技術概述

1.1 轉體橋施工技術的概念及原理

轉體橋施工技術是一種利用力學原理，通過轉動施工的方式完成橋梁建設的方法。該技術的基本原理是將橋梁的主體結構在施工時進行現場預制，并在合適的位置進行旋轉，以完成橋梁的合龍。

轉體橋施工技術的核心在于轉動體系的構建。這個體系主要由轉動軸、轉動支撐、牽引系統等部分組成。轉動軸是連接橋梁主體和轉動支撐的關鍵部件，通常由高強度鋼材制成，具有極高的耐磨性和耐壓性。轉動支撐則起到支撐橋梁主體、承受載荷的作用，通常采用摩擦型或軸承型支撐結構。牽引系統則是實現橋梁主體轉動的動力源，通過鋼絲繩或液壓裝置等設備提供轉動所需的牽引力[1]。

1.2 轉體橋施工技術的應用優勢

轉體橋施工技術作為一種先進的橋梁建設方法，具有以下顯著優勢[2]：

（1）施工簡便、高效。轉體橋施工技術通過現場預制橋梁主體結構并在合適的位置進行旋轉合龍，簡化了施工過程，提高了施工效率。

（2）安全可靠。轉體橋施工技術在預制橋梁主體結構時，可在穩定的地面進行施工，降低了施工現場的安全風險。

（3）對周圍環境影響小。由于轉體橋施工技術在旋轉過程中不需要使用大型起重設備和其他施工機械，因此對周圍環境的影響較小。

（4）適應性強。轉體橋施工技術具有廣泛的適應性，適用于不同跨度、結構形式和材料類型的橋梁建設。

（5）經濟效益好。轉體橋施工技術能夠降低施工成本和材料消耗，提高經濟效益。

2 轉體橋施工技術的實施過程

2.1 項目概況

高速公路擴容工程成都入城復線段起于金堂縣二繞成德南樞紐互通，止于成華區龍潭街道龍港路。左線、右線結構中心線位于鐵路交叉處，左線和右線平面部分位于緩和曲線上，部分位于圓曲線上，左右線曲線半徑均為R=1 520 m。單線橋面寬度為18.5 m，左線、右線均涉及兩次跨越鐵路，跨越鐵路主橋均采用（2×45 m）T形剛構。

2.2 與既有鐵路線位置關系

涉鐵段共有成渝成都北聯絡線、成渝疏解線、成渝線共三股鐵路與新建橋梁相交。

新建橋梁的上跨鐵路線，在平面投影上與既有鐵路線相交，相交情況如表1所示。

2.3 橋梁轉體施工方案

2.3.1 橋梁轉體施工工藝流程

根據該橋特殊的結構形式及橋位地形特征，主橋采用轉體法施工，施工技術復雜、施工精度要求高。制定的該項目橋梁轉體施工工藝流程如圖1所示[2]。

2.3.2 轉體系統施工

（1）球鉸加工。球鉸為轉體結構的轉動中心，承受并傳遞全部重量，由上球鉸（凸面，平面半徑為3.7 m）、下球鉸（凹面，平面半徑為3.0 m，球面半徑為6 m）、定位銷軸、型鋼定位骨架和聚四氟滑板等組成。球面板采用30 mm厚的Q355鋼板，加強肋板為30 mm厚的Q235鋼板，銷軸為45#鍛鋼。聚四氟滑板容許壓應力不小于100 MPa，滑動摩擦系數不大于0.08（脂潤滑）。球鉸制造采用工廠加工制作，應在加工完成并經檢驗合格后，再進行工廠的試拼裝[3]。

（2）球鉸保護及運輸。該項目工地位于成都市，轉鉸設備共4套，根據以往轉鉸運輸經驗，每套設備擬采用2輛25 m拖車進行運輸。運輸前由生產廠家對轉鉸設備進行包裝處理，防止運輸過程中出現碰撞而導致結構受損。

（3）球鉸系統安裝。下球鉸需預埋骨架，角鋼頂面高差lt;5 mm，應通過螺母調整校平，平面高差lt;0.5 mm，中心誤差lt;1 mm。上球鉸安裝時，要求形心軸、轉動軸重合，誤差≤1 mm，平面高差lt;0.5 mm。

球鉸系統安裝過程中，最大吊裝重量為上球鉸6.24 t，并采用80 t汽車吊進行吊裝，作業半徑為18 m，臂長26.8 m的有效起重量為9.2 t。

2.3.3 轉體專項試驗

該橋采用轉體施工工藝跨越運營鐵路，安全控制因素眾多、風險大。為確保轉體與鐵路運營安全，需進行轉體專項試驗，圍繞轉鉸質量與結構平衡開展，包括摩擦系數、平整度、平衡、靜置、試轉等測試，以驗證轉體系統性能是否滿足要求。

2.3.4 轉體施工封鎖

封鎖施工作業內容主要為試轉體施工、正式轉體施工。

封鎖施工流程：辦理封鎖手續—封鎖地點確定—駐站聯絡員、現場防護員到位—人員機具材料就位—進行施工—封鎖結束前進行各項檢查及撤離工作—檢查合格—登記結束封鎖—開通封鎖的線路。

2.3.5 轉體牽引施工

（1）轉體準備。主要內容如下：移除鋼楔塊、防水條；主梁最后懸澆節段預應力張拉完后，可移除撐腳和滑道間的撐腳下木框內的砂或鋼楔塊；拆除上下轉盤間的防水條；安裝百分表，讀取百分表初讀數；移除支架等臨時結構或荷載；在轉盤上標注轉體角度，安裝限位裝置。

（2）平衡控制。因箱梁箱室眾多、結構復雜，施工過程中梁上內模制作與安裝誤差可能導致混凝土結構尺寸難以精確控制，加上結構臨時荷載等不確定因素，將造成T梁兩側對轉鉸產生不平衡彎矩。平衡重采用混凝土塊（或其他荷載）方式進行調整。

（3）轉體牽引。

①澆筑上轉盤時，先預埋P形錨具，牽引索埋入轉盤3.0 m以上并纏繞其上。采用2束19-φs15.2-1860鋼絞線作為牽引索，使用ZLD200型連續平轉油缸。轉體時，油缸應固定在反力座上進行加載。平轉需克服靜摩阻和動摩阻扭矩，均由牽引油缸的牽引力扭矩克服。施工時，應啟動油缸分級加載至結構啟動，連續轉動并觀測線形，控制線速度，進行精確合龍、制動和微調定位[4]。

②平轉設備布置。根據方案，共布置8臺ZLD200型連續牽引油缸，每臺油缸可輸出牽引力200 t。根據牽引點具體的連續平轉油缸布置和牽引力情況，在每個牽引點分別布置1臺80 L雙比例液壓泵站，共使用8臺泵站。預計牽引速度最大可達15～20 m/h。在每個助拉點布置1臺液壓泵站，共使用8臺泵站。

在每個連續平轉油缸中，安裝2個壓力傳感器；壓力傳感器安裝在連續平轉油缸主缸的大腔側；在每個連續平轉油缸的上下錨具油缸上安裝1只錨具傳感器，同時在兩個主缸上各安裝1只油缸位置傳感器。

③設備安裝調試。將2臺連續千斤頂按水平、平行、對稱要求布置于轉盤兩側，中心線與上轉盤外圓相切，且與預埋鋼絞線中心線高度相等。設備空載試運行時，應根據轉鉸摩擦系數推算牽引力，反算泵油壓值，調整泵站最大允許油壓，通過試運行檢查設備狀態。

④防傾保險體系。通過8個撐腳起到防傾斜作用。撐腳應與下滑道間預留2 cm的間隙，以在轉體荷載下沿滑道轉動，便于調整荷載狀態和轉體姿態。滑道需清潔并涂抹黃油四氟粉，以減小撐腳與滑道間的摩擦系數。

⑤試轉。試轉時間為正式轉體前1～2 d。試轉速度應和正式轉體時保持一致。試轉時預緊鋼絞線，用千斤頂將鋼絞線逐根以5～10 kN的力進行預緊。試轉時應測量轉動體系的靜、動摩擦系數，測量不同行程點動工況下T構轉體懸臂端的實際轉動長度，為正式轉體提供相關數據。

⑥正式轉體。轉體前的準備工作完畢后，進行轉體。同步張拉牽引千斤頂，按10 kN逐級加力至計算的靜摩阻力。觀測撐腳走板水平位移以確定啟動，并記錄靜摩阻力。平轉時應實時監測梁端的高程、速度、空間位置、牽引力及剩余弧長等參數。轉體過程中球鉸可能發生豎向轉動，導致轉體完成后梁端豎向標高發生變化，對合龍段施工造成影響，因此應在轉體時進行實時監控，并根據測量結果確定是否需要調整姿態[5]。

（4）轉體就位姿態調整。轉體就位后，根據主梁的實測線性及位置數據對轉體T構進行姿態調整。通過橫橋向、縱橋向精調，完成姿態調整，檢測標高、線形的正確性。精調到位后，用專門加工的鋼楔子固定撐腳。

（5）梁體就位接收系統。根據轉體角度進行測量，在撐腳上標注轉過的位置。當橋梁轉體即將到位時，在標注處的滑道鋼板上焊接剛性牛腿對其限位，防止超轉。在轉體到位后，在撐腳與滑道鋼板之間采用鋼楔塞緊并固定。

（6）轉體后球鉸封盤。梁體轉體就位后，在撐腳和滑道間加塞鋼楔塊并焊接牛腿以保證梁體的穩定性，然后進行封盤施工。采用二次封盤，第一次先封上、下轉盤間的混凝土，并在上轉盤頂部預埋壓漿澆注鋼管，待封盤混凝土凝固后用灌漿法填補因混凝土收縮留下的空隙，以保證墩身與上下盤間混凝土的整體性。

2.3.6 頂升施工

當T構轉體精確就位封盤后，進行邊墩蓋梁施工。在具備支座安裝條件時，在蓋梁邊支點位置頂升主梁，有效總頂力6 000 kN（梁端使用液壓千斤頂進行頂升，千斤頂數量不少于2臺），頂點位置位于支座中心連線且應沿結構中心線進行對稱布置，頂升時應保證千斤頂同步、均勻頂升，千斤頂頂面和底面應加墊尺寸不小于30 cm×30 cm、厚度不小于5 cm的鋼板；頂升完成后，安裝好支座，再灌注支座墊石和擋塊，待養護至設計強度的95%后移開千斤頂，進行落梁就位。

3 轉體橋施工技術的質量控制措施

轉體橋施工技術中質量控制的關鍵環節包括以下內容：

（1）設計階段的質量控制。首先，在工程設計階段，應對轉體橋結構的整體穩定性和轉動體系進行精確計算和優化設計，包括但不限于球鉸的設計、配重系統的配置以及臨時支撐設施的選擇等。此外，還需通過仿真模擬和理論分析，確保橋梁在轉體過程中的應力分布合理，避免造成結構損傷或破壞。

（2）預制階段的質量控制。在橋梁構件預制過程中，應嚴格按照設計圖紙和技術規范進行操作，保證混凝土質量和預應力張拉效果滿足設計要求。同時，對于焊接接頭、預埋件的位置精度以及構件間的連接構造等方面應實施嚴格的質量檢驗和驗收，確保轉體時各部件能夠協同工作。

（3）轉體系統安裝及調試的質量控制。球鉸是轉體橋施工的核心部件，其制造、安裝及性能測試均應遵循嚴格的質量標準。在安裝過程中，應確保球鉸位置的精準度，以及上下轉盤間的間隙滿足設計要求。此外，牽引系統、平衡配重、監控設備的安裝調試同樣重要，務必確保所有機械設備運行正常，能夠準確無誤地按照預定計劃完成轉體動作。

（4）轉體過程中的動態監測與控制。在橋梁轉體過程中，應利用現代化的監控設備實時監測轉體速度、角度、扭矩、溫度等關鍵參數，確保轉體過程的平穩、安全，并及時根據實測數據調整施工策略。同時，應設立應急預案，對可能發生的異常情況進行快速響應和妥善處理。

（5）轉體到位后的連接及驗收。橋梁轉體到位后，須對梁體間對接部位的幾何尺寸、結構受力狀態以及臨時支撐拆除后的穩定性進行全面檢查和驗收，確保轉體橋與既有結構的有效連接和整體承載能力達到設計要求。

4 結語

上跨鐵路既有線轉體橋施工技術作為一種先進的橋梁建設方法，具有廣泛的應用前景和重要的現實意義。該文對轉體橋施工技術的原理、應用范圍和優勢進行了深入探討，并對其施工過程中的質量控制措施進行了詳細闡述。通過研究和分析，可以得出以下結論：轉體橋施工技術具有施工簡便、安全可靠、對周圍環境影響小等優勢，適用于跨越深谷、河流、鐵路、高速公路等復雜地形和交通環境；同時，通過建立完善的質量管理體系、加強質量監督和第三方檢測等措施，可以有效控制轉體橋施工的質量，提高橋梁的使用壽命和性能。為了進一步推動轉體橋施工技術的發展和應用，建議加大技術創新和研究力度，不斷完善和提升該技術的施工工藝和質量控制水平。此外，還應加強工程實踐經驗的積累和總結，為類似工程提供更多的參考和借鑒。

參考文獻

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[5]李曉鵬， 李林挺， 周俊龍， 等. 金婺大橋橋塔豎向轉體施工關鍵技術[J]. 世界橋梁， 2024（1）： 58-64.

收稿日期：2024-02-18

作者簡介：張桂鑫（1990—），男，本科，工程師，從事高速公路施工管理工作。