京石客運(yùn)專線滹沱河特大橋跨京廣鐵路連續(xù)梁橋轉(zhuǎn)體施工技術(shù)

董國亮

(中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司,太原 030024)

1 工程概況

京石鐵路客運(yùn)專線滹沱河特大橋中心里程為DK271+424.83,全長10 012.9 m,采用80.6 m+128 m+80.6 m連續(xù)梁跨越京廣鐵路柳辛莊車站,交角為28°17′。橋下有京廣上下行客車線、到發(fā)線、石太聯(lián)絡(luò)線共計(jì)5條股道,均為電氣化鐵路。京廣線在車站內(nèi)最高行車速度130 km/h,行車密度3～5 min/趟,每天有170對列車行駛。為保證施工安全和減小對既有線的行車影響,減少掛籃施工的封鎖要點(diǎn)次數(shù)和難度,降低工程安全風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)加快橋梁建設(shè)速度,經(jīng)研究,決定該主橋采用轉(zhuǎn)體施工法施工。即分別在京廣鐵路的南北兩側(cè)現(xiàn)澆完成63 m+63 m的懸臂結(jié)構(gòu),然后采用橋墩下承臺(tái)中設(shè)置的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置分別將2個(gè)T構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)至設(shè)計(jì)軸線上,再在跨中部位預(yù)留的現(xiàn)澆處澆筑成形,完成全橋施工。

轉(zhuǎn)體長度126 m,轉(zhuǎn)體重120 000 kN,小里程側(cè)轉(zhuǎn)角25°(京廣線北側(cè)),大里程側(cè)轉(zhuǎn)角18°(京廣線南側(cè))。連續(xù)梁梁底與既有線更新的接觸網(wǎng)硬橫梁最低距離僅有10 cm。施工安全風(fēng)險(xiǎn)大,工期要求緊,質(zhì)量要求高,被列為京石客運(yùn)專線的頭號(hào)重點(diǎn)控制工程。于2009年9月開工,2010年10月竣工。

橋梁與京廣鐵路位置關(guān)系見圖1。

圖1 橋梁與京廣鐵路相交平面布置(單位：m)

轉(zhuǎn)動(dòng)體立面如圖2所示。

2 轉(zhuǎn)體關(guān)鍵技術(shù)及施工工藝流程

2.1 轉(zhuǎn)體施工關(guān)鍵技術(shù)研究

目前我國客運(yùn)專線橋梁連續(xù)箱梁轉(zhuǎn)體施工跨度均在120 m以下。主跨128 m的連續(xù)箱梁的轉(zhuǎn)體在京石客運(yùn)專線為首次采用。本次施工存在如下特點(diǎn)：跨越多股道(5道)；行車密度大,橋梁下方接觸網(wǎng)線密布,接觸網(wǎng)硬橫梁與梁體距離?。还て诰o,安全風(fēng)險(xiǎn)高。

圖2 T構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)體立面(單位：cm)

(1)轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的施工質(zhì)量和安裝精度

轉(zhuǎn)體系統(tǒng)主要由上、下轉(zhuǎn)盤，核心球鉸，滑道以及牽引系統(tǒng)組成。本橋球鉸平面直徑4.1 m,由上下球鉸、滑塊、鋼銷軸及定位鋼骨架組成,單個(gè)鋼球鉸質(zhì)量13.6 t。采用高精度全站儀和電子水準(zhǔn)儀測控、千斤頂和微調(diào)螺栓精調(diào)實(shí)現(xiàn)球鉸的精確安裝。采用C50微膨脹混凝土并利用球鉸面預(yù)開振搗孔的措施,保證了混凝土的密實(shí)。847塊聚四氟乙烯滑塊進(jìn)行一一對號(hào)安裝,滑塊間填充黃油四氟乙烯粉,保證了球鉸的滑動(dòng)質(zhì)量。采用縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力技術(shù)保證了上轉(zhuǎn)盤在應(yīng)力復(fù)雜工況下的結(jié)構(gòu)安全。鋼撐腳下設(shè)置單級(jí)配石英砂墊層和砂箱先壓后安的措施，保證了落架后的撐腳與環(huán)道間7 mm的最小間隙,保障了轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的靈活性。

(2)自平衡混凝土T構(gòu)的施工控制及施工過程監(jiān)控

通過加強(qiáng)模板支撐和混凝土的合理澆筑實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)尺寸的合理性,從而保障了T構(gòu)本身的平衡性。

(3)轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)控制和轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)精確定位施工技術(shù)

轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)是轉(zhuǎn)體施工安全的前提,轉(zhuǎn)體精確就位是轉(zhuǎn)體施工質(zhì)量最終體現(xiàn)。選用先進(jìn)的施工機(jī)具是轉(zhuǎn)體施工安全關(guān)鍵,研發(fā)的“頂舉對中,點(diǎn)動(dòng)牽引”施工工法確保了轉(zhuǎn)體精確就位安全和質(zhì)量。

(4)球鉸封固混凝土施工

球鉸封固的密實(shí)性影響橋梁使用壽命,施工中研發(fā)了分部施工和C50微膨脹混凝土+重力灌漿+真空輔助壓漿的施工控制技術(shù),很好地保證了封固混凝土飽滿密實(shí)。

(5)中跨合龍段施工

本橋合龍段位于既有2道和3道的上方,橋梁梁體下方有4道接觸網(wǎng)硬橫梁,無法采用以往的普通掛籃施工。施工中采用研發(fā)的可空中肢解底模的特制掛籃,安全成功完成了中跨合龍段施工。

2.2 轉(zhuǎn)體施工工藝流程

施工工藝流程如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)體施工工藝流程

3 轉(zhuǎn)動(dòng)體系施工

3.1 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)組成

轉(zhuǎn)體系統(tǒng)主要由下轉(zhuǎn)盤、球鉸、上轉(zhuǎn)盤以及轉(zhuǎn)體動(dòng)力系統(tǒng)組成。轉(zhuǎn)體系統(tǒng)構(gòu)造見圖4。

圖4 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)構(gòu)造

下轉(zhuǎn)盤采用C50混凝土,為支承轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)全部重力的基礎(chǔ),轉(zhuǎn)體完成后,與上轉(zhuǎn)盤共同形成基礎(chǔ)。下轉(zhuǎn)盤上設(shè)置轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的下球鉸、撐腳的環(huán)形滑道及轉(zhuǎn)體拽拉千斤頂反力座等。

上轉(zhuǎn)盤是轉(zhuǎn)體的重要結(jié)構(gòu),在整個(gè)轉(zhuǎn)體過程中形成多向、立體的受力狀態(tài),上盤布有縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力鋼筋。

轉(zhuǎn)臺(tái)是球鉸、撐腳與上轉(zhuǎn)盤相連接的部分,又是轉(zhuǎn)體牽引力直接施加的部分。轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)預(yù)埋轉(zhuǎn)體牽引索,牽引索的預(yù)埋端采用P型錨具,同一對索的錨固端在同一直徑線上并對稱于圓心。每根索埋入轉(zhuǎn)盤長度大于2.5 m,每根索的出口點(diǎn)對稱于轉(zhuǎn)盤中心。

球鉸由上下球鉸、球鉸間四氟乙烯板、固定上下球鉸的鋼銷、下球鉸鋼骨架組成,球鉸是平轉(zhuǎn)過程中的承重受力構(gòu)件,設(shè)計(jì)豎向承載力120 000 kN,球鉸直徑8.0 m,鋼板厚度40 mm,上球鉸平面直徑4.1 m,下球鉸平面直徑3.8 m。球鉸摩擦采用847片填充聚四氟乙烯復(fù)合夾層的φ60 mm滑片,聚四氟乙烯滑動(dòng)片容許應(yīng)力不小于100 MPa。

3.2 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)安裝3.2.1 鋼球鉸的加工與安裝

轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制的好與壞直接影響到轉(zhuǎn)體施工的成敗,球鉸作為轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的核心部分,為了提高球鉸的加工質(zhì)量,保證加工精度,經(jīng)過考察對比,最后選擇有著豐富制作經(jīng)驗(yàn)的中國船舶重工集團(tuán)公司下屬的七二五研究所進(jìn)行球鉸的加工。派專人進(jìn)場監(jiān)造并嚴(yán)格進(jìn)行出廠驗(yàn)收,加工精度完全滿足設(shè)計(jì)要求(表1)。

表1 球鉸加工精度

3.2.2 下球鉸鋼骨架安裝

在下轉(zhuǎn)盤第一層混凝土澆筑(高程以下距球鉸鋼支架根部1 cm控制)完成后,待混凝土終凝后進(jìn)行表面鑿毛處理,用吊車將下球鉸骨架吊入,并進(jìn)行粗調(diào),然后采用千斤頂、撬棍進(jìn)行人工精確調(diào)整,調(diào)整時(shí)先用線繩拉出骨架準(zhǔn)確位置和高程。待骨架調(diào)整完成后將下承臺(tái)架立角鋼(或預(yù)埋的鋼板)與骨架立柱焊接牢固。固定好球鉸定位底座后,利用全站儀和電子水準(zhǔn)儀監(jiān)控。

3.2.3 安裝下球鉸

下球鉸安裝主要是利用吊車將下球鉸調(diào)入已固定好的鋼架上,通過粗定位→精調(diào)定位→固定→綁扎下部鋼筋網(wǎng)→澆筑球鉸下微膨脹混凝土封固下球鉸。

施工中通過加強(qiáng)球鉸鋼骨架和預(yù)留球鉸振搗孔、排氣孔等措施,實(shí)現(xiàn)下球鉸混凝土一次現(xiàn)澆成形。

下轉(zhuǎn)盤球鉸的中心、高程進(jìn)行復(fù)查；中心位置利用全站儀檢查,高程采用精度0.01 mm的精密水準(zhǔn)儀及鋼銦尺多點(diǎn)復(fù)測。

3.2.4 安裝上球鉸

上球鉸的安裝程序?yàn)椋呵謇硐虑蜚q面→安裝鋼轉(zhuǎn)軸→對號(hào)安裝四氟滑塊→球鉸面及中心套筒內(nèi)涂抹黃油四氟粉→上球鉸面清理→安裝上球鉸→上球鉸試轉(zhuǎn)檢查→上球鉸精調(diào)定位。

利用全站儀和電子水準(zhǔn)儀檢查上球鉸頂面中心位置和高程,并人工轉(zhuǎn)動(dòng)上球鉸,檢查上球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)過程中頂面點(diǎn)位高程的相對變化和中心偏移情況,并用倒鏈進(jìn)行糾偏,至中心及高程滿足設(shè)計(jì)要求。

球鉸安裝完畢對周邊進(jìn)行防護(hù),上下球鉸之間用膠帶纏繞包裹嚴(yán)密,確保雜質(zhì)不進(jìn)入到摩擦面內(nèi)。

3.2.5 滑道和撐腳安裝

3.2.5.1 滑道安裝

環(huán)形滑道中心的直徑為9 m,環(huán)道由專業(yè)廠家生產(chǎn),現(xiàn)場采取分節(jié)段拼裝,在盤下利用調(diào)整螺栓調(diào)整固定。

轉(zhuǎn)體時(shí)保證撐腳可在滑道內(nèi)滑動(dòng),以保持轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)平穩(wěn)。要求整個(gè)滑道面在同一水平面上,其相對高差不大于2 mm。

3.2.5.2 撐腳安裝

上轉(zhuǎn)盤共設(shè)有6組撐腳,鋼管內(nèi)灌注C50微膨脹混凝土。撐腳中心線的直徑為9 m。撐腳在工廠整體制造后運(yùn)進(jìn)現(xiàn)場,在下轉(zhuǎn)盤混凝土澆筑完成。

3.2.6 傳力砂箱安裝

為保證上轉(zhuǎn)盤及墩身混凝土澆筑期間球鉸均勻受力和撐腳不受較大壓力,以及轉(zhuǎn)體系統(tǒng)在梁體落架前穩(wěn)定,采用在上轉(zhuǎn)盤下部設(shè)置6組臨時(shí)支座。臨時(shí)支座均位于撐腳之間,采用直徑550 mm壁厚12 mm的圓形鋼砂箱,每組4個(gè),共計(jì)24個(gè)。砂箱內(nèi)填充單級(jí)配石英砂,安裝前用5 000 kN千斤頂進(jìn)行逐個(gè)頂壓到3 000 kN,確保落架后的撐腳與環(huán)道間7 mm的最小間隙,保障了轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的靈活性。砂箱的安裝見圖5。

圖5 砂箱安裝

3.3 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)安裝精度的控制

3.3.1確保轉(zhuǎn)體系統(tǒng)球鉸和滑道的安裝精度采取的措施

挑選性能和精度優(yōu)良的全站儀,使中心點(diǎn)的定位精度達(dá)到±2 mm以內(nèi)；普通水準(zhǔn)儀的讀數(shù)不能達(dá)到要求,采用精密自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀,每千米往返測中誤差為0.4 mm,讀數(shù)可達(dá)到0.01 mm；組織人員熟練掌握精密水準(zhǔn)儀的測量方法、實(shí)測過程中的注意事項(xiàng),從技術(shù)上為其精度提供保證；按照預(yù)定的施工組織設(shè)計(jì),組織現(xiàn)場工程技術(shù)人員、機(jī)械設(shè)備到場,吊裝球鉸和滑道安裝；根據(jù)技術(shù)人員的現(xiàn)場定位測量,安放在其準(zhǔn)確的平面位置上；待其吊裝就位以后,首先對其初平,采取“邊測邊調(diào),先松后緊,對角抄平,步步緊跟”的原則和方法來操作,直至達(dá)到規(guī)范的要求。這種測量方法在以往安裝中證明了其合理性,所用調(diào)平時(shí)間和效果都比較理想。

3.3.2 球鉸滑道安裝精度的控制

球鉸及其骨架均采用吊車吊裝就位,人工調(diào)平對中安裝。

首先安裝下球鉸骨架,設(shè)計(jì)要求球鉸骨架頂面相對高差≯5 mm,施工時(shí)采用提高安裝球鉸定位骨架精度的方法,以減少下球鉸安裝時(shí)的調(diào)整工作量,施工中提高至≯2 mm,中心偏差≯1 mm。骨架與預(yù)埋定位鋼筋和角鋼焊接牢固,防止球鉸安裝時(shí)發(fā)生位移,滑道骨架中心和球鉸中心重合,與理論中心偏差不大于1 mm。

3.3.3 下球鉸安裝精度控制(表2)

下球餃的安裝精度是整個(gè)轉(zhuǎn)體球鉸安裝的關(guān)鍵步驟。球鉸骨架加固后,吊裝下球鉸使其放在骨架上,人工對其進(jìn)行對中和調(diào)平,安裝精度：順橋向±1 mm,橫橋向±1.5 mm,下球鉸正面相對高差≯1 mm。施工中在可調(diào)精度內(nèi)提高了下球鉸正面相對高差安裝精度≯0.5 mm。檢查合格后,固定調(diào)整螺栓,然后再檢查一次,防止因備緊螺栓時(shí)影響下球鉸正面高程。然后澆筑混凝土。

表2 下球鉸及環(huán)道安裝精度 mm

3.3.4 上球鉸精度控制

(1)澆筑完成千斤頂反力座和牽引反力座混凝土后,把下球鉸表面和安裝孔內(nèi)清理干凈,在下球鉸上安裝聚四氟乙烯滑塊,聚四氟乙烯滑塊在工廠內(nèi)進(jìn)行安裝調(diào)試后編好號(hào)碼,現(xiàn)場對號(hào)入座,安裝后要求頂面在同一球面上，其誤差不大于0.2 mm；

(2)在下球鉸上和定位銷軸上及套筒內(nèi)涂黃油聚四氟乙烯粉，使其均勻的充滿定位銷軸上和套筒、滑動(dòng)片之間的空隙,并略高于聚四氟乙烯片頂面,嚴(yán)禁雜物侵入。

4 自平衡T構(gòu)的施工

4.1 臨時(shí)支墩施工

為保證轉(zhuǎn)體梁段的自平衡,減小縱橫向不平衡力矩,在主墩兩側(cè)各設(shè)置3根φ1 000 mm×20 mm鋼管混凝土臨時(shí)支墩。支墩鋼管內(nèi)灌注C50無收縮混凝土,頂部通過24根φ32 mm精軋螺紋鋼筋與箱梁底板錨固,底部與上轉(zhuǎn)盤頂面預(yù)埋鋼板焊接,支墩與主墩間采用型鋼連接。具體見圖6。

圖6 主墩鋼管支架

4.2 轉(zhuǎn)體梁段施工

本橋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)為126 m長的對稱懸臂結(jié)構(gòu),梁高5.65～9.65 m,采用支架法對稱分段施工,分段長度28 m+24 m+22 m+24 m+28 m,三階段施加預(yù)應(yīng)力。施工過程中對支架按照設(shè)計(jì)荷載1.2倍進(jìn)行預(yù)壓,確保支架穩(wěn)定；嚴(yán)格控制模板尺寸、混凝土澆筑速度和混凝土澆筑方量，確保對稱懸臂梁段的自平衡；進(jìn)行管道摩阻損失測試有效施加預(yù)應(yīng)力,采用真空輔助壓漿工藝確保壓漿質(zhì)量；制定和實(shí)施線性控制和內(nèi)力監(jiān)控，確保梁段線性和主要截面的內(nèi)力滿足設(shè)計(jì)要求。

5 轉(zhuǎn)體施工

轉(zhuǎn)體分試轉(zhuǎn)、正式轉(zhuǎn)體和精調(diào)對位3個(gè)過程。

轉(zhuǎn)體動(dòng)力系統(tǒng)采用了目前國內(nèi)先進(jìn)的自動(dòng)連續(xù)牽引系統(tǒng),由2臺(tái)QDCL2000型連續(xù)張拉千斤頂、2臺(tái)YTB液壓泵站和1臺(tái)LSDKC(A)-8主控臺(tái)通過高壓油管和電纜線連接組成轉(zhuǎn)體動(dòng)力系統(tǒng)。牽引速度0.5～5 m/h,連續(xù)牽引和點(diǎn)動(dòng)牽引控制靈活。

對安裝掛籃后的不平衡轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理配重,實(shí)現(xiàn)了中心承重的轉(zhuǎn)體構(gòu)想。2010年8月17日試轉(zhuǎn)結(jié)果表明：實(shí)際啟動(dòng)牽引力分別為480 kN和320 kN,實(shí)際自動(dòng)牽引力分別為320 kN和240 kN,均小于設(shè)計(jì)提供的1462 kN和877 kN；自動(dòng)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)速度達(dá)0.01～0.015 rad/min，轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)。同時(shí)按照精調(diào)對中方案要求,進(jìn)行了1、2、5 s不同時(shí)段點(diǎn)動(dòng)梁端慣性位移測定。2010年8月19日凌晨,在鐵路封鎖點(diǎn)內(nèi)安全、平穩(wěn)地完成了正式轉(zhuǎn)體施工。研究開發(fā)出頂舉對中點(diǎn)動(dòng)牽引轉(zhuǎn)體精調(diào)就位施工技術(shù),8月21日～22日順利完成轉(zhuǎn)體精調(diào)工作,合龍口軸線偏差和高程偏差均控制在10 mm之內(nèi),滿足規(guī)范要求。見圖7。

圖7 轉(zhuǎn)體平轉(zhuǎn)到位

6 球鉸封固

轉(zhuǎn)盤固結(jié)施工質(zhì)量的關(guān)鍵在于保證上轉(zhuǎn)盤下方、球鉸四周、撐腳內(nèi)側(cè)、千斤頂反力座內(nèi)側(cè)混凝土的密實(shí),避免產(chǎn)生空腔和縫隙。為此,研發(fā)了分部施工和C50無收縮混凝土+重力灌漿+真空輔助壓漿的施工控制技術(shù),很好地保證了封固混凝土飽滿密實(shí)。首先進(jìn)行轉(zhuǎn)臺(tái)下反力座內(nèi)側(cè)的圓臺(tái)部分施工,在混凝土澆筑完成后,利用在轉(zhuǎn)臺(tái)下靠近撐腳的位置徑向設(shè)置8根φ70 mm的金屬波紋管灌注支座灌漿料填充澆筑過程中形成的空腔,對由于混凝土收縮和灌漿不飽滿產(chǎn)生的縫隙,在灌漿完成24 h后利用在球缺周圍設(shè)置的帶三通φ30 mm塑料壓漿管(均勻設(shè)置12個(gè)朝上的三通管)進(jìn)行真空輔助壓漿。最后進(jìn)行剩余部位施工,同樣利用在上轉(zhuǎn)臺(tái)下方設(shè)置的灌漿管和壓漿管進(jìn)行混凝土澆筑后的空腔灌漿和壓漿施工。兩個(gè)球鉸灌壓量分別為2.25 t和3.05 t。施工完成后經(jīng)超聲波檢測,混凝土飽滿密實(shí),完全達(dá)到了預(yù)期效果。

球鉸封固示意見圖8。

圖8 球鉸封固示意(單位：cm)

7 合龍段施工

中跨合龍段位于既有線上方,梁下有4道電氣化接觸網(wǎng),梁底與硬橫梁最小距離僅有10 cm,常規(guī)掛籃在此環(huán)境下無法進(jìn)行就地解除或全身后退。為此開發(fā)了一種新型掛籃：掛籃長5 m,寬16 m,重300 kN,由上橫梁框架、底模、側(cè)模、吊掛系統(tǒng)和行走系統(tǒng)組成。底模架可空中肢解后實(shí)現(xiàn)掛籃無障礙后退。掛籃提前安裝固定在梁端并隨轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)到位后,沿合龍口軌道行走到位錨固。中跨合龍完成后,拆除底模架和部分側(cè)模防護(hù)平臺(tái),剩余構(gòu)件整體跨越障礙物后退至既有線外拆除。

掛籃結(jié)構(gòu)見圖9,掛籃推移拆除見圖10,合龍段施工見圖11。

圖9 掛籃結(jié)構(gòu)(單位：mm)

圖10 掛籃拆除

圖11 合龍段施工完成

8 結(jié)語

滹沱河特大橋跨京廣鐵路轉(zhuǎn)體橋于2010年8月19日完成正式轉(zhuǎn)體,2010年9月16日完成中跨合龍,2010年9月22日完成掛籃拆除,工程質(zhì)量和施工安全得到了北京鐵路局、建設(shè)單位、設(shè)計(jì)院、監(jiān)理等單位的好評。創(chuàng)造了國內(nèi)外高速鐵路轉(zhuǎn)體橋跨鐵路既有線主跨128 m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁轉(zhuǎn)體橋施工紀(jì)錄。成功破解了臨近既有鐵路的安全防護(hù)等10多項(xiàng)技術(shù)難題。獲得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益,具有廣泛的推廣價(jià)值。

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