淺述超大噸位斜拉橋轉(zhuǎn)體上跨鐵路營業(yè)線施工技術(shù)

奚文峰

摘 要 超大噸位斜拉橋轉(zhuǎn)體上跨鐵路施工難度大，鄰近鐵路營業(yè)線施工安全風(fēng)險(xiǎn)高，超長大樁徑樁基礎(chǔ)、高塔、主梁結(jié)構(gòu)技術(shù)復(fù)雜，球鉸及其他轉(zhuǎn)體設(shè)備、索道管、錨拉板、斜拉索安裝精度要求高，需嚴(yán)格控制施工質(zhì)量和現(xiàn)場安全。轉(zhuǎn)體上跨路需按照審批的計(jì)劃和方案周密部署、精心組織才能確保施工萬無一失，順利實(shí)施。本文以唐山市中心城區(qū)環(huán)線（二環(huán)路）上跨津山鐵路等既有鐵路立交橋轉(zhuǎn)體施工為例，探討了超大噸位斜拉橋轉(zhuǎn)體上跨鐵路的技術(shù)細(xì)節(jié)，旨在提供一定的參考與借鑒。

關(guān)鍵詞 超大噸位;斜拉橋;轉(zhuǎn)體;上跨鐵路

1工程概況

1.1 橋梁設(shè)計(jì)概況

唐山二環(huán)路上跨津山鐵路等既有鐵路立交橋位于唐山市豐潤區(qū)任各莊村與開平區(qū)周趙莊村接合處，橋梁全長927.5m。

主橋由（34+81）m+115m轉(zhuǎn)體斜拉橋和68m+68m轉(zhuǎn)體T構(gòu)組成，轉(zhuǎn)體斜拉橋橋型為獨(dú)塔四索面斜拉橋，共128根索。轉(zhuǎn)體最大懸臂2×106.5m，橋梁轉(zhuǎn)體噸位33000t，轉(zhuǎn)體角度42°3′18″。斜拉橋主梁采用等高度混凝土整體箱梁，標(biāo)準(zhǔn)段頂寬19m，梁高1.5m，采用C55混凝土，共計(jì)7232m?。主塔為雙人字形塔，總高80.5m，橋面以下塔柱高度約為19.9m，橋面以上塔高約60.6m。上塔柱高31.583m，作為索錨區(qū)采用整體箱形截面，順橋向長5.0m，橫橋向?qū)?.704～8.02m，縱橫向壁厚分別為 100cm、80cm;斜拉索錨固點(diǎn)橫向間距2.2m，對稱于塔柱中心線設(shè)置。

引橋橋跨樣式為4×40m+3×35m連續(xù)箱梁、2×40m+4×30m+3×30m連續(xù)箱梁。橋梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面：0.5m防撞墻+15.5行車道+0.5m防撞墻+（9.0m～4.0m）中央隔離帶+0.5m防撞墻+15.5行車道+0.5m防撞墻，單幅橋面寬16.5m，橋面橫坡為2%。

1.2 橋梁與鐵路位置關(guān)系

津山鐵路下行線與橋梁軸線交叉處鐵路里程為K276+679.29，交角為137°57′，交叉處既有鐵路軌面高程為44.918m，鐵路位于直線上。既有津山鐵路為雙線電氣化、無縫線路，線間距4m，線路中心兩側(cè)3.1m有電氣化立柱。津山鐵路要求橋下凈高7.96m，設(shè)計(jì)橋下凈高為8.11m。主塔外側(cè)距離津山下線中心線最小距離為13.15m。

1.3 斜拉橋轉(zhuǎn)體系統(tǒng)

斜拉橋采用平面轉(zhuǎn)體施工法跨越既有鐵路。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)設(shè)置在主塔塔柱底部，由轉(zhuǎn)盤、球鉸、撐腳、環(huán)形滑道、牽引系統(tǒng)、助推系統(tǒng)等部分組成。因本橋主梁位于半徑6000m的曲線及直線上，大懸臂狀態(tài)下主梁將產(chǎn)生橫橋向不平衡彎矩約35000kN.m。為保證轉(zhuǎn)體時(shí)結(jié)構(gòu)處于平衡狀態(tài)，球鉸中心向曲線內(nèi)側(cè)設(shè)預(yù)偏心12cm。轉(zhuǎn)體下盤為主塔的承臺，轉(zhuǎn)體完成后，與上轉(zhuǎn)盤共同形成橋梁基礎(chǔ)，采用C55混凝土[1]。轉(zhuǎn)體系統(tǒng)組成如下：

底座板：5.5m×5.5m×0.18m，重量為21.968t;

下球鉸：底平、上凹的圓柱狀體，球體半徑SR10m，Φ5.5m，高0.46m，重量為54.01t;

上球鉸：頂平、下凹的球冠狀體，Φ5.5m，高0.2665m，重量為31.157t;

四氟乙烯滑板：Φ60×18mm，2636個(gè);

銷軸：Φ270mm鑄鋼柱;

滑道：滑道骨架高0.85m，滑道寬1.1m，中心直徑為12.1m環(huán)形滑道，滑道鋼板厚24mm，鋼板重量為9.8t;

撐腳：8組，每組由2個(gè)Φ800×24mm的鋼管混凝土組成;

砂箱：4組，每組3個(gè)，外筒Φ1200×20mm，內(nèi)筒Φ950×20mm;

千斤頂反力座：8組，每組2個(gè);

牽引反力座：4個(gè)，A： 2.5×2×1.4m，B： 2.5×2×1.6m，C： 2.5×2×1.8m，D：2.5×2×2 m（尺寸均為長×寬×高）;

牽引索：4束，一對主牽引索采用30Φs15.2鋼絞線，一對備用牽引索采用15Φs15.2鋼絞線，每根索埋入轉(zhuǎn)盤長度大于4m，錨具4套;

轉(zhuǎn)臺：Φ15m，高1.1m。

2轉(zhuǎn)體系統(tǒng)安裝

2.1 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)安裝精度要求

2.2 滑道施工

滑道等分為8段在現(xiàn)場平地上拼裝，將焊接好的骨架單元組裝拼圓，使滑道鋼板處于同一水平面，點(diǎn)焊滑道鋼板，整圈點(diǎn)焊完成后再進(jìn)行調(diào)整，使所有滑道鋼板處于同一水平面且接縫處平滑。采用精密水準(zhǔn)儀控制好滑道頂面標(biāo)高。骨架的中心與球鉸中心偏差不大于5mm，骨架安裝高差不大于5mm，調(diào)整鋼板頂面使其水平。

滑道鋼板通過骨架上位于鋼板上、下側(cè)的螺母調(diào)至設(shè)計(jì)位置，將鋼板拼接處焊接為整體，然后打磨平整?；理斆娓叱虘?yīng)控制在±0.5mm范圍內(nèi)。

采用3mm厚不銹鋼板作為滑道頂面，與滑道鋼板焊接牢固、密貼，防止在轉(zhuǎn)體時(shí)將不銹鋼磋壞，焊接完成后將焊點(diǎn)打磨平。

2.3 球鉸安裝

（1） 下球鉸底座板支撐預(yù)埋

下球鉸底座板每邊均勻設(shè)置4個(gè)支撐，在承臺施工時(shí)預(yù)埋并加固確保穩(wěn)定。底座板四個(gè)角點(diǎn)的支撐角鋼上焊接調(diào)節(jié)螺栓。支撐與底座板焊接牢固。施工中將支撐面相對高差控制在≤2mm，中心偏差≤2mm。

（2）斜拉橋底座板安裝

底座板安裝采用1臺350t汽車吊。利用支撐面調(diào)高螺栓調(diào)整標(biāo)高，平面位置調(diào)整采用倒鏈配合。安裝完成后與骨架焊接成整體。底座板、滑道安裝完成后澆筑球鉸預(yù)留槽內(nèi)混凝土至底座板剪力鍵槽底，其余部位混凝土澆筑至承臺頂面。

底座板上開設(shè)有直徑15cm的圓孔64個(gè)，用于底座板下混凝土澆筑時(shí)振搗及排氣，混凝土的澆注順序由中心向四周進(jìn)行。

底座板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之后，安裝下球鉸，下球鉸通過剪力鍵與底座板固定，采用1臺650t吊車吊裝，將下球鉸安放于底座板上，調(diào)整至設(shè)計(jì)位置，安裝后進(jìn)行平面位置及高程復(fù)測。

（3）預(yù)留槽澆筑

斜拉橋下球鉸安裝完成后澆注下盤混凝土，承臺頂面應(yīng)低于下球鉸頂面10mm。混凝土澆筑完畢后清理下球鉸凹球面，清除凹坑中的混凝土和水，防止球面生銹。

（4）上球鉸安裝

①上球鉸安裝采用350t汽車吊。吊裝前清理下球鉸及上球鉸球面以及中心銷軸，去除水份及雜物。球鉸表面及安放滑動(dòng)片的孔內(nèi)不得有任何雜物，并將球面吹干。

②在下球鉸凹球面上按照編號由內(nèi)到外安裝聚四氟乙烯滑動(dòng)片，四氟乙烯片在工廠內(nèi)進(jìn)行安裝調(diào)試后編好號碼，現(xiàn)場對號入座。四氟乙烯片φ60mm×18mm規(guī)格，允許應(yīng)力100Mpa，斜拉橋球鉸四氟乙烯滑動(dòng)片為2636塊。按照由內(nèi)到外順序安裝聚四氟乙烯滑動(dòng)片，安裝完畢后，各滑動(dòng)片應(yīng)位于同一球面，其誤差≤1mm。黃油與聚四氟乙烯粉按重量比120：1的比例，配制混合好，填滿聚四氟乙烯滑板之間的間隙，并略高于滑動(dòng)片頂面，保證滑動(dòng)片頂面有一層聚四氟乙烯粉黃油。整個(gè)安裝過程注意保持球面清潔，涂抹完聚四氟乙烯粉黃油后，盡快安裝上球鉸。

③在中心銷軸套管中放入黃油，將定位銷軸豎直放入下球鉸孔內(nèi)，調(diào)整好垂直度與周邊間隙，吊裝上球鉸平穩(wěn)落在下球鉸上，上下球鉸位置重合。

④將上球鉸吊裝到位，套進(jìn)中心銷軸內(nèi)。用倒鏈微調(diào)上球鉸位置，使之水平并與下球鉸外圈間隙垂直。

⑤轉(zhuǎn)動(dòng)上球鉸，使多余的黃油溢出，四氟乙烯滑動(dòng)片和上球鉸要貼合良好。

⑥球鉸安裝完畢對周邊進(jìn)行防護(hù)，上下球鉸之間用黃油密封保護(hù)，外側(cè)用土工布纏繞，確保雜質(zhì)不進(jìn)入到摩擦面內(nèi)。

2.4 撐腳安裝

斜拉橋設(shè)有8組撐腳，撐腳鋼管內(nèi)填充C55微膨脹環(huán)氧混凝土。下轉(zhuǎn)盤混凝土澆筑完成上球鉸安裝就位后即安裝撐腳，撐腳底與不銹鋼板間預(yù)留35mm間隙，間隙內(nèi)填滿鋪平炒干的石英砂，把撐腳水平地放置在石英砂上。

2.5 斜拉橋砂箱安裝

斜拉橋轉(zhuǎn)體系統(tǒng)設(shè)12個(gè)砂箱?；啦讳P鋼板鋪設(shè)施工完成后安裝砂箱。砂箱內(nèi)承壓介質(zhì)選擇干燥無雜質(zhì)的石英砂。

2.6 臨時(shí)固結(jié)

為保證轉(zhuǎn)體前施工狀態(tài)下斜拉橋的穩(wěn)定性，將千斤頂反力座加高，使上下轉(zhuǎn)盤連接，作為臨時(shí)固結(jié)（見下圖）。千斤頂反力座主筋錨入上轉(zhuǎn)盤，上、下轉(zhuǎn)盤臨時(shí)固結(jié)為一整體。

2.7 牽引索按安裝

斜拉橋設(shè)計(jì)2對牽引索，主牽引索采用30∮s15.2鋼絞線，備用牽引索采用15∮s15.2鋼絞線，錨固端采用P型錨具，埋入轉(zhuǎn)盤內(nèi)4.0m以上，并圓順地繞在轉(zhuǎn)盤上。牽引索安裝完成后采用防水布包裹，防止銹蝕[2]。

3轉(zhuǎn)體施工準(zhǔn)備

3.1 轉(zhuǎn)體技術(shù)參數(shù)

3.2 轉(zhuǎn)體技術(shù)參數(shù)計(jì)算

（1）轉(zhuǎn)體牽引力計(jì)算

斜拉橋啟動(dòng)時(shí)所需最大牽引力T=3979.4kN。

斜拉橋轉(zhuǎn)動(dòng)過程中所需最大牽引力T=2387.6kN。

選用2臺450t型、2臺200t液壓、同步、自動(dòng)連續(xù)千斤頂作為轉(zhuǎn)體牽引動(dòng)力。

每根鋼絞線承受拉力：182kN。

轉(zhuǎn)體斜拉橋動(dòng)力儲備系數(shù)（450+200）/397.9=1.63。

斜拉橋轉(zhuǎn)體牽引索的安全系數(shù)：45（根/臺）×182（kN/根）/3979.4（kN）=2.06。

（2）轉(zhuǎn)體時(shí)間計(jì)算

斜拉橋轉(zhuǎn)體角度42.055°，按鐵路安全限界要求，試轉(zhuǎn)角度為7°，正式轉(zhuǎn)體角度為33°：

轉(zhuǎn)體角速度為0.0167rad（即0.957°/min）

轉(zhuǎn)臺線速度為v1=0.0167×7.5=0.125m/min

梁端線速度：v2=0.0167×106.5=1.78 m/min

①試轉(zhuǎn)時(shí)間計(jì)算：

試轉(zhuǎn)4°（勻速轉(zhuǎn)動(dòng)）理論用時(shí)：t試=4°/0.957=5min

剩余3°點(diǎn)動(dòng)用時(shí)5min（測取相關(guān)參數(shù)）

②正式轉(zhuǎn)體時(shí)間計(jì)算：

正式轉(zhuǎn)體角度為33°，其中剩余2.055°在點(diǎn)外點(diǎn)動(dòng)精調(diào)就位：

斜拉橋轉(zhuǎn)體上跨津山鐵路用時(shí)：t=30.945°/0.957=33min。

3.3 現(xiàn)場準(zhǔn)備

（1）支架拆除

斜拉索自1至16號索依次對稱張拉，5號索張拉完成后拆除1號索梁上錨固點(diǎn)至主塔投影范圍內(nèi)底模和支架，按照斜拉索張拉次序順次拆除其余梁底模和支架。

（2）臨時(shí)固結(jié)拆除及體系轉(zhuǎn)換

臨時(shí)固結(jié)解除采用繩鋸切割，沿箱梁軸線方向向兩側(cè)對稱逐步拆除。

將滑道表面清理干凈，在撐腳底與滑道頂?shù)拈g隙中墊10mm厚四氟乙烯滑板，涂抹鋰基脂潤滑油。

分組對稱拆除砂箱，拆除時(shí)從箱梁軸線方向向兩側(cè)對稱進(jìn)行。

測量主塔傾斜狀態(tài)，測量梁端標(biāo)高確定梁端撓度，及時(shí)與第三方監(jiān)控單位確認(rèn)，確保轉(zhuǎn)體順利。

3.4 轉(zhuǎn)體測量監(jiān)控

測控點(diǎn)布設(shè)主要是測量轉(zhuǎn)體過程中橋的整體平衡性、主塔的垂直度、梁體軸線，轉(zhuǎn)體時(shí)在兩端分別進(jìn)行觀測。

3.5 轉(zhuǎn)體牽引設(shè)備安裝

每套連續(xù)張拉千斤頂分別水平、平行、對稱的布置于轉(zhuǎn)盤兩側(cè)的牽引反力座后方，千斤頂中心線與上轉(zhuǎn)盤外圓相切，高度與牽引索中心線水平。

（1）設(shè)備就位

將自動(dòng)連續(xù)張拉千斤頂、泵站、主控臺安裝好，啟動(dòng)各泵站調(diào)試，正常后進(jìn)行手動(dòng)調(diào)試，各項(xiàng)都正常后自動(dòng)運(yùn)行。在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下調(diào)整出設(shè)計(jì)要求的運(yùn)行速度。轉(zhuǎn)體設(shè)備供電采用二路電源。

（2）穿索預(yù)緊

牽引索的鋼絞線表面銹跡、油污清理完成后，逐根順次沿著既定索道排列纏繞后，穿過千斤頂。注意使用的鋼絞線應(yīng)左、右均布，不能交叉、打絞或扭轉(zhuǎn)，并對鋼絞線進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力5kN，使同一束牽引索各鋼絞線持力基本一致[3]。

4稱重及配重

轉(zhuǎn)體前進(jìn)行稱重試驗(yàn)，測試轉(zhuǎn)體部分的不平衡力矩、偏心距、摩阻力矩及摩擦系數(shù)。

斜拉橋主梁小里程側(cè)設(shè)計(jì)存在不平衡力矩 MG=177532 kN·m，偏心距e=54.9cm，需在大里程側(cè)采用水袋配重，按照期望偏心5cm考慮，在距離塔柱中心100m處配重170t，配重完成后，進(jìn)行橋梁稱重。

5試轉(zhuǎn)

轉(zhuǎn)體設(shè)備安裝并調(diào)試完成、平衡配重、撐腳、滑道等均檢查無誤后方可進(jìn)行試轉(zhuǎn)。通過試轉(zhuǎn)確定牽引設(shè)備，轉(zhuǎn)體系統(tǒng)是否能夠安全運(yùn)轉(zhuǎn)，以及確定各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)。

試轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)做好以下重要數(shù)據(jù)的測試工作。

（1）每分鐘轉(zhuǎn)速，檢驗(yàn)是否滿足轉(zhuǎn)體時(shí)間要求。

（2）采取點(diǎn)動(dòng)方式操作，測量組應(yīng)測量每點(diǎn)動(dòng)一次懸臂端所轉(zhuǎn)動(dòng)水平弧線距離的數(shù)據(jù)，以供轉(zhuǎn)體初步到位后，進(jìn)行精確定位提供操作依據(jù)。

（3）慣性位移值：停止?fàn)恳罅后w慣性移動(dòng)數(shù)據(jù)。

（4）啟動(dòng)牽引力。

（5）轉(zhuǎn)動(dòng)牽引力。

試轉(zhuǎn)過程應(yīng)檢查每個(gè)撐腳與滑道的接觸情況以及四氟乙烯滑塊隨撐腳的走行情況。

試轉(zhuǎn)完成后，在每個(gè)撐腳與滑道鋼板之間采用鐵楔楔緊、固定。

6正式轉(zhuǎn)體

6.1 正式轉(zhuǎn)體流程

根據(jù)鐵路部門批準(zhǔn)的轉(zhuǎn)體作業(yè)時(shí)間進(jìn)行轉(zhuǎn)體，接到轉(zhuǎn)體命令后，啟動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)備，并使其在“自動(dòng)”狀態(tài)下運(yùn)行。

轉(zhuǎn)動(dòng)過程中監(jiān)測人員持續(xù)觀測塔柱軸線偏位，梁端高程變化，對橋梁轉(zhuǎn)體過程中的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行掌握。設(shè)備運(yùn)行過程中，各崗位人員的注意力必須高度集中，時(shí)刻注意觀察和監(jiān)控動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行情況及橋面轉(zhuǎn)體情況。整個(gè)轉(zhuǎn)體施工過程中，加強(qiáng)對滑道四氟乙烯滑板的觀察，始終保持撐腳下方有四氟乙烯滑板。

轉(zhuǎn)體過程中，根據(jù)轉(zhuǎn)臺上標(biāo)識的轉(zhuǎn)角刻度及梁面軸線雙控，以防欠轉(zhuǎn)或超轉(zhuǎn)。

6.2 手動(dòng)定位

剩余2.055°進(jìn)行手動(dòng)精調(diào)定位，動(dòng)力系統(tǒng)為點(diǎn)動(dòng)操作，直至轉(zhuǎn)體精確就位，允許中線偏差不大于2cm。

6.3 鎖定

梁體中線到達(dá)設(shè)計(jì)位置后，在撐腳與滑道鋼板之間采用鐵楔楔緊、固定，防止梁體在外力作用下擺動(dòng)，并在7#、10#邊跨現(xiàn)澆段處將伸入梁底的支架對懸臂端進(jìn)行支頂，保證轉(zhuǎn)體后梁體結(jié)構(gòu)。

6.4 上下轉(zhuǎn)盤封固

轉(zhuǎn)體精確就位后，進(jìn)行結(jié)構(gòu)姿態(tài)調(diào)整，調(diào)至設(shè)計(jì)位置后，立即進(jìn)行上下轉(zhuǎn)盤封固施工，使轉(zhuǎn)盤與下轉(zhuǎn)盤連成一體。

7結(jié)束語

綜上所述，超大噸位斜拉橋轉(zhuǎn)體上跨鐵路營業(yè)線施工難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)多，應(yīng)與鐵路管理單位密切配合，周密組織，嚴(yán)格控制橋梁質(zhì)量和現(xiàn)場安全，確保施工有序可控，按計(jì)劃實(shí)施轉(zhuǎn)體。

參考文獻(xiàn)

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