跨既有铁路线T 型刚构桥转体施工关键技术

周逸瑜 ZHOU Yi-yu；石朋杰 SHI Peng-jie

（中铁十二局集团第三工程有限公司，太原 030024）

1 工程概况

某高速公路上跨铁路段采用整幅2×60 米预应力混凝土T 构桥，为了减小公路桥梁施工对既有铁路运营的影响，在平行于铁路线的外侧，先对2×57 米的T 型刚构预应力混凝土梁进行支架现浇施工，在完成T 梁浇筑后进行71.2°顺时针转体，转体重量为1.4 万吨。

在完成转体施工后，边跨同样采用支架现浇施工工艺，并与转体T 构连接形成连续刚构体系桥梁。T 构上部箱梁采用单箱四室直腹板箱型截面形式，中支点的中心梁高为6.5 米，顶板厚度为0.28 米，底板厚度为0.3 至0.7米，支点位置加厚至1.5 米，腹板厚度为0.45 至0.7 米。支点位置处的腹板厚度为1.5 米，中横梁采用双室截面形式，各箱室厚度为1.5 米。（图1）

图1 转体施工桥梁上跨现状铁路平面示意图

转动系统采用钢制球铰形式，分上下两片，球面空间半径为8.0 米，设计静摩擦系数为0.1，动摩擦系数为0.06，考虑到转体结构的稳定性和施工过程的便利性，在转动系统的上转盘周围对称布置了8 对撑脚。（图2）

图2 转动系统构造示意图

2 转体参数计算

2.1 转体牵引力、安全系数计算

根据转体结构的重量以及静、动摩擦系数，可以求得相应的摩擦力：F静=W×μ静=140000×0.1=14000 千牛；F动=W×μ动=140000×0.06=8400 千牛；球铰平面半径R=1.95米；转盘直径D=8.9 米；则：T启=2/3×（R×W×μ静）/D=2044.9千牛；T转=2/3×（R×W×μ动）/D=1226.2 千牛。

牵引设备采用2 台ZLDK3500 千牛液压千斤顶进行同步自动牵引，根据液压千斤顶的型号可知，千斤顶的工作储备系数满足顶升转体要求。

考虑撑脚与滑道接触时的影响，且撑脚的支撑反力不超过2000 千牛，撑脚所在位置的回转半径R撑=3.9 米。

则：T=2FGR/3D+fNR撑/D。

计算结果：

启动时的动力储备系数：K3=3500/2175.1=1.61；

转动时的动力储备系数：K4=3500/1313.8=2.66；

满足要求。

2.2 钢绞线的安全系数

牵引索采用19-Φ15.2 钢铰线。钢绞线的极限承载为（按19 根钢绞线计算）19×260=4940 千牛。

启动时的钢绞线安全系数：K5=5460×0.75/2670.9=1.8；

转动时的钢绞线安全系数：K6=5460×0.75/1602.5=2.9；

从计算结果可以看出，千斤顶的相关技术参数均满足施工要求。

2.3 转体时间的计算

桥体悬臂端线速度按照转体过程中角速度的最大值考虑，通过计算出角速度取最大值条件下的牵引速度后，便可计算出桥体悬臂端线速度，结合本项目线速度的计算值为1.13 米/分钟，满足规范要求。

转体时间计算：转体到位所用时间（转速0.02rad/min）：t=65/1.15=56.5 分钟，按60 分钟考虑；精调时间按20分钟考虑；牵引索速度：V=L/t=4.45/56.5=0.079 米/分钟；转体要点总时间计算约110 分钟。

2.4 摩阻系数

通过对比实际滑道、转盘摩阻系数与理论计算摩阻系数，为转体的现场实施提供数据支撑。其中，静摩擦系数μ静=3M/2RG=0.1，动摩擦系数μ动=3M/2RG=0.06。

若摩擦系数的测量值与设计值相差较大，则在找出相关原因以及处理办法后，再继续进行下步工作，以保证转体的顺利实施。

2.5 四氟滑动片应力检算

支座反力为140000 千牛，各支座布设三圈改性超高板，三圈的内径分别为400 毫米、1490 毫米、2630 毫米，外径分别为1440 毫米、2580 毫米、3700 毫米，总面积为10306780.1 平方毫米。经计算，该改性超高板的安全系数以及抗压强度满足转体施工的技术要求。

3 转体设备及选型

3.1 牵引动力系统

本项目的转体动力系统由两台ZLD350 连续牵引油缸、两台ZLDB 液压泵站以及1 台ZLDK 电脑控制柜组成，通过高压油管和电缆线连接。每套连续牵引系统由前、后两台油缸串联组成，同时每台油缸前端均配有锚具锁紧装置。

3.2 牵引索

牵引索是由两束预埋再上转盘内的19 根强度等级为1860 兆帕的Φ15.2 毫米钢绞线组成。为了避免因千斤顶活塞旋转使得牵引索拧成一束，在连续牵引油缸反力座设钢绞线分丝板，分丝板不得转动，千斤顶与牵引反力座间分丝钢板厚度不小于20 毫米。

3.3 传感器的布置

为了实时掌握转体系统在转体过程中的工作状态，针对性地布设了三种传感器，锚具传感器、油缸行程传感器以及压力传感器。其中，为了实时了解油缸内的锚具工作状态，为每一台油缸布设了一个锚具传感器；为了实时了解油缸内推移千斤顶的行程，为每一台油缸布设一个油缸行程传感器，对全行程进行监测数据采集；最后，针对油缸荷载的实时情况，也在每台油缸中布设一个压力传感器。

3.4 现场实时网络控制系统的连接

搭建现场实时网络控制系统平台，该平台设计软件程序和硬件设备，通过有线传输模式一端连接传感器和液压泵站，经解码器转成数字信号后，另一端接入计算机控制系统，从而实现整个控制系统平台的建立。（图3）

图3 现场实时网络控制系统设计框架

3.5 助推千斤顶的布置

根据转体经验，转体桥梁在开始转体时，为了防止在刚启动时，静摩擦力过大而造成转体失败，配备4 个助推千斤顶帮助预启动，待转体桥梁正式启动后，助推千斤顶就不再提供顶推力。

4 施工流程及关键技术

4.1 施工流程

施工流程见图4。

图4 桥梁转体施工流程图

4.2 关键技术

4.2.1 球铰制作与安装

①精确安装下球铰，安装过程中要求保证球铰面不变形，防止杂物进入球铰摩擦面。当下球铰安装完成后，安装预埋套筒，对套筒需进行精准定位，以确保后期中心轴钢棒能围绕中心转动。（图5）

图5 下球铰就位

②滑动片安装。将滑动片按照编号放入对应编号的孔内，并确保各滑动片表面处于同一球面，然后在各滑动片之间涂上黄油聚四氟乙烯粉。

③上球铰安装。对上球铰进行吊装，并根据安装位置的要求对上球铰进行临时锁定。（图6）

图6 上球铰安装

4.2.2 撑脚和滑道

在上盘下方布设4 对双圆柱形撑脚，其中，每对撑脚由两个直径80厘米壁厚24 毫米的圆形钢管焊接组合而成，同时，将添加有膨胀剂的C55 混凝土灌注在撑脚内部。（图7）

图7 撑脚外观图

在进行转体施工时，为了确保转体桥梁保持平稳，必须确保撑脚能够在滑道内畅通滑移。要求滑道表面水平度每3 米范围内小于1 毫米，整体水平度小于5 毫米，滑道板之间13～17 毫米。滑道位置调整完成后将滑道与滑道支架通过相关安装辅材进行焊接，以固定滑道。滑道调整结束后将滑道面板下面的螺母分别与其相接触的钢板点焊，防止螺母松动。

4.2.3 称重与配重

理论上转体系统应放置在转体桥梁的形心处，但由于实际转体系统两侧的转体梁端的刚度和质量并非均质，因此，需要在转体施工前对转体桥梁进行称重并重新配重，以确保梁端两处力矩平衡。

称重应在监控单位的指挥下进行，称重完成后应立即安装撑脚下钢楔。本项目的称重试验分为横向和纵向称重试验，其中，横向和纵向称重分别同时采用两台400 吨的千斤顶，其布置形式如图8 所示。

称重完成后，应根据称重结果及桥梁转体技术标准，进行合理配重。理论上转体系统应放置在转体桥梁的形心处，但由于实际转体系统两侧的转体梁端的刚度和质量并非均质，因此，需要在转体施工前对转体桥梁进行称重并重新配重，以确保梁端两处力矩平衡。结合本项目桥梁的实际特点，选择梁体平衡配重方案，按监控要求在预定位置用吊机吊装混凝土块进行配重。采用预埋“马镫筋”固定配重块的方式进行配重，“马镫筋”采用HPB300Φ20 圆钢，高出混凝土面15 厘米，横桥向间距1 米，混凝土块尺寸1×1×2 米，按照设计配重60 吨预埋固定配重块预埋件。配重块底部采用2 厘米+1 厘米厚的两块钢板垫平。

在完成对转体桥梁的配重工作后，还需要进一步检验配重的准确性，也就是进行复称环节，如果复称环节不满足结构重心的要求，那么需要重新进行配重直至最后确保梁体平衡，没有偏心情况的出现。

4.2.4 转体监测

为保障桥梁的安全、顺利进行，及时地为指挥者决策提供数据支撑，在桥梁转动过程中需实时监测以下内容：

①桥梁梁端竖向位移的实时监测及限值预警；

②桥梁梁端运动轨迹与计算轨迹的对比偏差；

③桥梁转动角速度和线速度的实时监测及相关限值预警；

④转体角度、转体弧长的实时监测；

⑤转体过程中风速风向信息的实时获取。

利用带电动马达的全自动测量全站仪，实时测量转体过程中梁端测点的数据，通过监测信息化系统自动分析处理，得到转动过程中桥梁相关转动控制参数及桥梁姿态变化。

5 结语

转体施工是本项目桥梁上跨既有铁路施工过程中的关键步骤，具有转体过程复杂，技术难度大，要求精度高等特点。虽然目前桥梁的转体技术的基础理论较为成熟，并且该项技术在实际项目中广泛运用，但必须根据桥梁自身结构特点以及考虑桥梁所处环境的限制性因素，针对性地制定转体施工方案，减少因转体施工对桥梁结构受力状态产生的影响，从而确保施工过程中桥梁结构的稳定和安全。