上跨既有鐵路水平轉(zhuǎn)體施工工藝研究

劉海龍

通號（鄭州）電氣化局有限公司，中國·河南 鄭州 450000

轉(zhuǎn)體施工分為平轉(zhuǎn)和豎轉(zhuǎn)，而平轉(zhuǎn)又分為墩頂平轉(zhuǎn)和墩底平轉(zhuǎn)，從近年來的施工報道可以看出，墩底水平轉(zhuǎn)體占大多數(shù)，主要用于高速鐵路、公路等上跨既有普速鐵路，更有高速鐵路斜拉橋上跨既有高速鐵路橋梁的施工案例?？梢娹D(zhuǎn)體施工在上跨鐵路的橋梁施工中應(yīng)用越來越廣泛，尤其是水平轉(zhuǎn)體施工，可以大大減少“要點”次數(shù)，降低對鐵路運輸?shù)挠绊憽Ｒ虼?，論文對上跨鐵路水平轉(zhuǎn)體工藝進行研究，對今后類似工程可以起到很好的借鑒和參考作用。

上跨鐵路；水平轉(zhuǎn)體；球鉸安裝；稱重配重；連續(xù)千斤頂

1 項目概況

中國鄭州市西四環(huán)與隴海鐵路下行線的交叉里程為K581+426，橋梁按正交設(shè)計，西幅橋采用（68+68）m的T型剛構(gòu)跨越隴海鐵路，橋下凈空不小于9m。西側(cè)主橋主墩布置在隴海鐵路的北側(cè)，順鐵路支架現(xiàn)澆主橋，由東向西順時針轉(zhuǎn)體75.9°，轉(zhuǎn)體長度采用（62.5+62.5）m。轉(zhuǎn)體總重量12200t。東幅橋采用（58+58）m的T型剛構(gòu)跨越隴海鐵路，橋下凈空不小于9m。東側(cè)主橋主墩布置在隴海鐵路的南側(cè)，順鐵路支架現(xiàn)澆主橋，由西向東順時針轉(zhuǎn)體76.1°，轉(zhuǎn)體長度采用（54+54）m。轉(zhuǎn)體總重量8500t。東西兩幅橋轉(zhuǎn)體施工分次進行。本論文通過該項目對跨鐵路墩底水平轉(zhuǎn)體施工進行分析、研究。

2 轉(zhuǎn)體施工工藝原理

轉(zhuǎn)體箱梁在鐵路路基外側(cè)平行鐵路方向提前現(xiàn)澆，然后向鐵路部門“要點”轉(zhuǎn)體就位。轉(zhuǎn)體系統(tǒng)安裝在墩柱底部的上下承臺之間。為保證轉(zhuǎn)體系統(tǒng)球鉸的安裝精度，下承臺施工分兩次進行，第一次承臺砼澆筑至滑道支架底部；第二次安裝滑道支架及下球鉸，澆筑砼至下承臺頂部。下承臺施工完成后安裝上球鉸、鋼撐腳及砂箱等主要轉(zhuǎn)體系統(tǒng)構(gòu)件。綁扎上承臺鋼筋，預(yù)埋轉(zhuǎn)體牽引索，安裝上承臺模板，澆筑混凝土，完成上承臺施工；然后進行墩身施工，同步搭設(shè)T構(gòu)箱梁滿堂支架，支設(shè)模板，綁扎梁體鋼筋，澆筑混凝土，完成整個轉(zhuǎn)體T構(gòu)的施工。轉(zhuǎn)體前，對T構(gòu)進行稱重及配重，確定轉(zhuǎn)體參數(shù)，并對橋梁進行試轉(zhuǎn)，確定無問題后，對既有線進行要點封鎖，正式進行轉(zhuǎn)體[1]。

3 轉(zhuǎn)體施工特點

轉(zhuǎn)體成功的關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的完好、有效，轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)分上下兩部分，主要包括球鉸、滑道、鋼撐腳、預(yù)埋鋼絞線及牽引反力座等。上、下轉(zhuǎn)盤之間采用砂箱進行支撐，保證撐腳與滑道之間留有一定間隙；上下承臺之間采用6 組20a工字鋼臨時固結(jié)鎖定，確保球鉸在施工過程中不受力。轉(zhuǎn)體采用2臺400t連續(xù)千斤頂形成力偶進行同步牽引，使橋梁勻速轉(zhuǎn)動。

4 施工工藝及操作要點

4.1 下承臺施工

下承臺為支撐全部轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)重量的基礎(chǔ)，下承臺上安裝有下球鉸、鋼滑道，并設(shè)置12對助推反力座及2個牽引力反力座，詳情如圖1所示。其中，下轉(zhuǎn)盤混凝土分三次澆筑，具體流程如下。

第一次：綁扎承臺鋼筋，安裝滑道骨架及球鉸支架的預(yù)埋筋，澆筑混凝土至滑道骨架。

第二次：安裝下球鉸支架及滑道骨架，將平面位置和高程調(diào)整好后固定，綁扎上承臺、千斤頂反力座、牽引力反力座鋼筋，安裝預(yù)留槽模板、銷軸預(yù)留孔模板，澆筑混凝土至承臺頂面。

第三次：吊裝下球鉸，固定平面位置及高程，吊裝滑道鋼板，固定高程。然后澆筑下球鉸、滑道坑槽、千斤頂反力座、牽引反力座。

圖1 下轉(zhuǎn)盤澆筑步驟

4.2 球鉸安裝

球鉸分上下兩部分，位于上、下轉(zhuǎn)盤之間，在轉(zhuǎn)體過程中起支撐作用，是平衡轉(zhuǎn)動體系的支撐中心和轉(zhuǎn)動中心，其加工及安裝精度直接影響轉(zhuǎn)體實施，詳情如圖2所示。

下承臺混凝土澆注至球鉸支架底部標(biāo)高時，安裝下球鉸支架，使球鉸周圍頂面處各點相對誤差不大于1mm，固定并調(diào)整螺栓。

下轉(zhuǎn)盤混凝土施工完成后，將轉(zhuǎn)動定位鋼銷軸放入下轉(zhuǎn)盤預(yù)埋套管中，然后進行下球鉸四氟乙烯滑動片的安裝和上球鉸的安裝，并在下球鉸球面上滑動片間涂抹黃油四氟乙烯粉，涂抹完后盡快安裝上球鉸。

圖2 球鉸安裝現(xiàn)場圖

4.3 滑道、撐腳安裝

滑道由滑道骨架、鋼板、四氟滑板組成，骨架布置在下承臺內(nèi)，上鋪滑道鋼板，環(huán)形寬度為110cm，環(huán)道的平整度相對高程誤差小于2mm。

鋼撐腳是支撐轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)平穩(wěn)的保險裝置，采用雙鋼桶結(jié)構(gòu)，1/2埋設(shè)在上轉(zhuǎn)盤底部，1/2外露，鋼管內(nèi)灌注C55微膨脹混凝土。在下盤混凝土灌注完成上球鉸安裝就位時即安裝撐腳，并在撐腳走板下支墊20mm的石英砂，作為轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)和滑道的間隙。

4.4 上承臺施工

上承臺轉(zhuǎn)臺是球鉸、撐腳與上轉(zhuǎn)盤相連接的圓形承臺部分，也是轉(zhuǎn)體牽引力直接施加部分。轉(zhuǎn)臺內(nèi)預(yù)埋轉(zhuǎn)體牽引索，預(yù)埋端采用P型錨具錨固，同一對索的錨具在同一直徑上且對稱于圓心，每一根索的預(yù)埋高度與牽引力高度方向一致，出口點對稱于轉(zhuǎn)盤中心。

4.5 轉(zhuǎn)盤臨時支撐與固結(jié)

為防止轉(zhuǎn)體梁部現(xiàn)澆時球鉸產(chǎn)生轉(zhuǎn)動及過早受力，上承臺與下承臺之間需臨時固結(jié)鎖定，臨時固結(jié)通常采用多根工字鋼預(yù)埋在下承臺中，待上承臺澆筑混凝土?xí)r與工字鋼澆筑在一起，使上下承臺連為整體，防止轉(zhuǎn)動。對鋼撐腳下鋼板四周打泡沫膠，防止混凝土砂漿及雜質(zhì)進入，影響轉(zhuǎn)動。

4.6 牽引力計算

根據(jù)轉(zhuǎn)體牽引力計算公式：

T＝2/3×（R·W·μ）∕D

式中：R－球鉸平面半徑，R＝1.6m。

W－轉(zhuǎn)體總重量，W＝85000KN。

D－轉(zhuǎn)臺直徑，9.0m。

μ－球鉸摩擦系數(shù)，μ靜＝0.1，μ動＝0.06。

計算結(jié)果：

啟動時所需最大牽引力T＝2/3×（R·W·μ靜）∕D＝1007.5KN。

轉(zhuǎn)動過程中所需牽引力T＝2/3×（R·W·μ動）∕D＝604.5KN。

計算轉(zhuǎn)體過程撐腳豎向力，考慮不平衡力有：

梁體轉(zhuǎn)體過程中，按不平衡力矩轉(zhuǎn)動考慮，通過配重人為控制梁體向后傾，使一個撐腳接觸滑道，撐腳支反力不大于5500KN，所需牽引力T=μ靜×N×R/D=98KN。

啟動時所需要的最大牽引力T=1007.5+98=1105.5KN。

動力儲備系數(shù) 2000 KN×2×0.75÷1105.5KN =2.71＞2（規(guī)范要求牽引設(shè)備的額定牽引力應(yīng)按計算牽引力2倍配置)。

4.7 砂箱拆除、滑道清理

砂箱拆除遵循“對稱均衡”的卸載原則，砂箱拆除前先使用4臺500t千斤頂將上承臺臨時頂住，然后再進行砂箱拆除。砂箱拆除時加強對橋梁的觀測，發(fā)現(xiàn)異常情況立即停止。

砂箱拆除后將滑道與撐腳之間的預(yù)留空隙中的石英砂掏出，并用高壓風(fēng)清理干凈，然后對整個滑道不銹鋼板表面進行清理除銹，并涂抹黃油。在撐腳下放置四氟滑板，四氟面朝下，與撐腳底部固定，減小轉(zhuǎn)體時摩阻力。

4.8 稱重與配重

橋梁轉(zhuǎn)體前，需進行稱重平衡試驗，測試轉(zhuǎn)體橋梁的不平衡力矩、偏心矩、摩阻力矩及摩擦系數(shù)等參數(shù)，根據(jù)稱重結(jié)果進行配重。

配重的目的是使轉(zhuǎn)動體達到平衡狀態(tài)，提高轉(zhuǎn)體過程的穩(wěn)定性，配重的大小應(yīng)保證配重后的偏心矩滿足5cm≤e≤15cm的要求。為了保證配重卸載的安全，配重設(shè)置在非跨越鐵路梁端一側(cè)，使轉(zhuǎn)體不平衡力矩偏向鐵路側(cè)梁端。經(jīng)現(xiàn)場實際稱重，重心偏心量控制在8cm，可以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全及轉(zhuǎn)體的平順性。

4.9 牽引系統(tǒng)安裝

轉(zhuǎn)體系統(tǒng)由2臺連續(xù)頂推千斤頂、1臺液壓泵站和1臺主控臺組成，通過高壓油管和電纜線形成兩套轉(zhuǎn)體動力系統(tǒng)。每臺千斤頂（前、后頂）前端均配有夾持裝置。在反力座進口端設(shè)置分絲板，以防鋼絞線解旋力將千斤頂活塞旋轉(zhuǎn)，造成牽引索扭成一束。分絲板與反力座相對固定，不得轉(zhuǎn)動。

4.10 布設(shè)測點、安裝刻度盤

根據(jù)線路中心線及轉(zhuǎn)角，測出順線路澆筑連續(xù)梁梁面的中心線，標(biāo)識于梁端、墩頂中心，作為軸線控制點。同時在梁端翼緣板兩側(cè)各布置2個高程控制點，監(jiān)測轉(zhuǎn)體過程中橋的整體平衡性。在中墩4個面上分別彈出垂直線，作為轉(zhuǎn)體時觀測垂直度。

根據(jù)橋梁實際轉(zhuǎn)體角度分別換算成刻度盤，粘貼在鉆盤上，并固定鋼筋指針。在刻度盤上標(biāo)明點動區(qū)域、制動點和就位點，以便在轉(zhuǎn)動過程中控制轉(zhuǎn)動體的狀態(tài)及速度。

4.11 試轉(zhuǎn)

在正式轉(zhuǎn)體前要進行試轉(zhuǎn)，試轉(zhuǎn)角度為5°，提前發(fā)現(xiàn)、解決可能出現(xiàn)的不利情況，確保正式轉(zhuǎn)體順利實施。

（1）預(yù)緊鋼絞線。用千斤頂將鋼絞線逐根以5～10KN的力預(yù)緊，預(yù)緊應(yīng)采取對稱進行的方式，并應(yīng)重復(fù)數(shù)次，以保證各根鋼絞線受力均勻。

（2）開始試轉(zhuǎn)。若不能轉(zhuǎn)動，則施以事先準(zhǔn)備好的助推千斤頂同時出力，以克服超常靜摩阻力來啟動橋梁轉(zhuǎn)動，若還不能啟動，則應(yīng)停止試轉(zhuǎn)，另行研究處理。

（3）試轉(zhuǎn)結(jié)束后立即用楔形鐵把撐腳塞死，并把砂箱放入滑道上，用硬雜木片把砂箱與上轉(zhuǎn)盤塞死。

4.12 正式轉(zhuǎn)體

試轉(zhuǎn)結(jié)束后方可進行正式轉(zhuǎn)體，本次對鐵路垂直封鎖100min，接觸網(wǎng)停電配合。

現(xiàn)場采用兩臺200t連續(xù)千斤頂進行同步牽引，以保證上轉(zhuǎn)盤僅承受與摩擦力矩相平衡的動力偶，無傾覆力矩產(chǎn)生。轉(zhuǎn)體角速度不大于0.018rad/min，橋梁懸臂端線速度不大于1.5m/min。在距離設(shè)計位置0.5m時，結(jié)束千斤頂連續(xù)工作狀態(tài)，采取點動牽引法就位。同時在就位位置設(shè)置限位鋼梁，防止超轉(zhuǎn)，精準(zhǔn)定位。轉(zhuǎn)體到位后，采用鋼楔塊塞緊撐腳與滑道間隙，并與滑道焊接牢固；T構(gòu)懸臂端各采用4臺200t千斤頂頂升固定在兩端的臨時支墩上，以保證T構(gòu)的整體穩(wěn)定。

4.13 封固轉(zhuǎn)盤

臨時固定完成后，清洗轉(zhuǎn)盤上表面，焊接預(yù)留鋼筋，立模澆筑封固C50微膨脹砼，使上轉(zhuǎn)盤與下轉(zhuǎn)盤連成一體?；炷翝仓r采用50型振動棒分層振搗密實，以保證上、下盤密實連接。

5 轉(zhuǎn)體安全控制措施

（1）施工要提前按規(guī)定要求及時上報營業(yè)線施工方案、計劃給相關(guān)鐵路管理部門，申報施工計劃，根據(jù)批準(zhǔn)的施工計劃實施轉(zhuǎn)體作業(yè)。

（2）轉(zhuǎn)體當(dāng)天風(fēng)力不大于5級。

（3）轉(zhuǎn)體施工前橋梁邊緣利用已施工完成的防撞墻及防拋網(wǎng)為硬隔離防護，兩端采用鋼管搭建硬隔離，高度不小于1.2m，并采用密目網(wǎng)覆蓋，密目網(wǎng)采用鐵絲綁扎牢固。

（4）橋上編織袋、木板等雜物及時清理，防止墜落或刮起至橋下接觸網(wǎng)上造成事故。

（5）轉(zhuǎn)體就位后，非要點施工時間，兩端硬隔離嚴(yán)禁拆除，防止人員在橋面上人或是運送鋼筋等物料過橋。

（6）橋梁轉(zhuǎn)體施工時配備經(jīng)培訓(xùn)合格的駐站聯(lián)絡(luò)員和工地防護人員。施工地點的工地防護人員5人，在距施工地點區(qū)間端800m處左右各設(shè)置1名防護人員在兩端防護。東西兩幅主墩每個T構(gòu)轉(zhuǎn)體施工時各設(shè)2名安全員，保證轉(zhuǎn)體施工過程的安全控制。駐站聯(lián)絡(luò)員1人，施工地點與車站保持聯(lián)絡(luò)，并作好通話記錄。

（7）轉(zhuǎn)體施工收工前由施工負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)組織對本工點進行詳細(xì)的檢查，確認(rèn)無誤后通知現(xiàn)場防護員撤消防護并將照片傳遞至駐站聯(lián)絡(luò)員處，確定符合放行列車條件后方能開通線路。

6 結(jié)語

采用轉(zhuǎn)體施工方法，大多是為了減少橋梁施工對下方建構(gòu)筑物的影響，或受現(xiàn)場施工條件、地形等限制。轉(zhuǎn)體施工相較傳統(tǒng)架橋機上跨架梁或頂推施工，可以減少“要點”時間和次數(shù)，大大降低對鐵路運輸?shù)挠绊?。?jīng)過施工過程中的科學(xué)組織及工藝優(yōu)化，本次施工要點100min，現(xiàn)場實際用時約90 min 便全部轉(zhuǎn)體到位，順利完成了轉(zhuǎn)體任務(wù)。也說明施工過程中的各項安全和技術(shù)控制措施是有效的，為以后施工積累了很好的施工經(jīng)驗。