轉體橋施工控制難點及防過轉裝置研究

徐俏東

(中國鐵路上海局集團有限公司杭州鐵路樞紐工程建設指揮部，杭州 311215)

1 引言

隨著我國交通事業(yè)的發(fā)展，諸多新建工程存在公路、鐵路橋梁需跨越道路、河流、深溝及其他各種地形的情況。受施工現(xiàn)場條件及施工時間要求所限，傳統(tǒng)的懸臂拼裝、懸臂澆筑、原位現(xiàn)澆等施工工藝并不能順利進行，甚至根本無法施工。在這種困難背景下，設計單位、施工單位及加工廠家經(jīng)過多年探索實踐并借鑒國內(nèi)外先進技術研發(fā)了轉體法施工工藝，如今轉體工藝在橋梁建設中越來越廣泛被采用。轉體施工與以往懸臂拼裝、懸臂澆筑、原位現(xiàn)澆等施工工藝相比，具有不干擾交通、不間斷通航、施工快速、經(jīng)濟效益等優(yōu)點。但在轉體施工中，轉體系統(tǒng)的臨時固結、防過轉及中跨合龍施工等方面仍存在較多問題。金甬鐵路項目跨諸永高速72 m轉體橋針對轉動系統(tǒng)臨時固結、防過轉裝置、輕型合龍吊架等問題進行了精細化施工與改進，可為后續(xù)轉體連續(xù)梁施工提供寶貴經(jīng)驗。

2 實例工程概況

金甬鐵路項目跨諸永高速40 m+72 m+40 m 轉體橋上跨諸永高速，線路與道路夾角為79.22°，主墩基礎形式設計為鉆孔灌注樁基礎，8#、9#主墩采用9 根直徑1.5 m 的鉆孔樁，樁長均為9 m，承臺尺寸為10.2 m×10.2 m×3.0 m＋9.5 m×9.5 m×2.55 m；墩柱為8.1 m×3.8 m 的圓端型實心墩，墩高3.0 m。7#、10#邊墩基礎采用明挖基礎，墩高均為15 m。

因受高速公路避險車道視線影響，故采用先在高速公路外側進行掛籃懸臂施工再進行轉體合龍的施工方法。轉體系統(tǒng)設計采用40 000 kN 球鉸，設置6 對撐腳牽引系統(tǒng)通過7 束φ15.2 mm 預應力鋼絞線，并配合400 t 千斤頂進行轉體牽引。

3 施工控制難點及改進措施

根據(jù)以往施工經(jīng)驗及相關資料分析，轉體橋施工過程中主要難點有：上下轉盤之間的臨時固結、轉體防過轉措施、跨高速及營業(yè)線合龍施工。針對以上問題，金甬項目跨諸永高速40 m+72 m+40 m 轉體連續(xù)梁在施工過程中采取了以下措施。

3.1 臨時固結施工

轉體結構主要由下轉盤、球鉸、上轉盤、轉體牽引系統(tǒng)等組成。為防止轉體施工過程中梁體出現(xiàn)偏載或上下球鉸產(chǎn)生相對位移，需設置臨時固結體系。

為抵抗主梁兩端的最大不平衡彎矩(包括梁縱向不平衡彎矩和橫向不平衡彎矩)的影響，需要采取有效的臨時固結措施。按設計要求，臨時固結措施為：用沙箱在撐腳間設臨時支撐，砂箱使用前進行預壓，從而保證砂箱的承載能力，同時采用I32 工字鋼作為上下承臺的臨時連接，使其滿足梁體澆筑抗傾覆、抗轉動要求。如圖1所示。

為保證卸架時撐腳與滑道留有一定的空隙，轉體前用砂箱作為臨時支撐。在每個轉盤滑道上撐腳之間設6 個φ650 mm的砂箱，砂箱內(nèi)設石英砂，石英砂水洗干凈并烘干后方可使用，砂箱使用前預壓400 kN。

為保證砂箱能夠切實起到支撐作用，在安裝砂箱的過程中，根據(jù)砂箱布設位置提前在底模(竹膠板）上開設孔洞，防止竹膠板受混凝土擠壓下沉，同時，在砂箱頂部鋪設一層薄鐵皮隔絕混凝土，便于后期砂箱脫模。如圖2所示。

承臺施工時，為保證不發(fā)生相對位移和轉動，在下承臺頂面的撐腳之間安裝I32 鋼梁作為限位梁，共均勻設置6 處(可根據(jù)橋梁大小調(diào)整設置數(shù)量），限位梁與支撐腳之間布置鋼支撐，并用鋼楔子打緊。轉體施工前，打掉鋼楔子，以利轉體。同時，保留部分限位型鋼，用作啟動助推反力梁。

3.2 轉體防過轉施工

根據(jù)以往的轉體橋施工案例分析發(fā)現(xiàn)，在最終的轉體施工過程中，防過轉一直是較為重要的施工措施。在金甬項目跨諸永高速40 m+72 m+40 m 轉體連續(xù)梁施工過程中，采用“提前計算、過程控制、絕對制動”的措施進行控制。

3.2.1 提前計算

轉體前根據(jù)稱重實驗以及試轉確定實際轉體摩擦系數(shù)和梁體配重，計算出轉體所需時間、速度、制動時間和位置，同時在上下轉盤上設置位移刻度線，方便過程監(jiān)測。

1）牽引速度和牽引時間

根據(jù)Q/CR 9603—2015 《高速鐵路橋涵工程施工技術規(guī)程》第13.5.9 條規(guī)定，轉動時應控制轉速均勻，角速度應不大于0.02 rad/min，且橋體懸臂端線速度不大于1.5 m/min。平轉接近設計位置1 m 時降低平轉速度，距設計位置0.5 m 時采用點動牽引法就位。

按0.02 rad/min 即大約1.15°/min 的轉體速度計算。按設計圖樣要求，9#墩的轉體最大角度為88°，8#墩的轉體最大角度為79°。則9#墩轉體時間t=88/1.15=76 min，即理論轉體時間大約為76 min；8#墩轉體時間t=79/1.15=69 min，即理論轉體時間大約為69 min。圖3轉體連續(xù)梁懸臂端轉體軌跡示意圖。

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，轉體角速度不大于0.02 rad/min，轉體懸臂端線速度不大于1.5 m/min。按道路封閉2 d 考慮，實際施工時按轉體90 min 計劃，轉體前后各20 min 檢查確認。

9#墩轉體轉動角度88°，8#墩轉體轉動角度為79°，轉體懸臂端半徑r=35 m，則轉體懸臂端轉動距離為：

L9#=nπr/180=88×3.14×35/180=53.729 m

L8#=nπr/180=79×3.14×35/180=48.23 m

梁端轉體線速度為：

V9#=L9#/t=53.729/90=0.60 m/min

V8#=L8#/t=48.23/90=0.54 m/min

滿足要求。

9#墩轉體角速度為：

88/180 ×π/90=0.017 rad/min

8#墩轉體角速度為：

79/180 ×π/90=0.015 rad/min

滿足要求。

因懸臂端與轉體端轉體角速度相同，半徑比為35∶4.25，9#墩梁端轉動距離為53.729 m，故鋼絞線張拉長度為6.52 m，8#墩梁端轉動距離為48.23 m，故鋼絞線張拉長度為5.86 m，則鋼絞線牽引速度：Vj9#=6.52 m/90 min=0.072 m/min，Vj8#=5.86 m/90 min=0.065 m/min

千斤頂理論張拉速度為10 cm/min，故滿足要求。

2）慣性制動距離計算

轉動T 構在到達設計位置之前，連續(xù)千斤頂需停止牽引，轉動結構會在慣性力作用下繼續(xù)轉動，此時動摩擦力將阻止整個轉動T 構繼續(xù)轉動并迫使其停止轉動。轉動結構的轉動速度由位于牽引反力墩上的連續(xù)千斤頂對鋼絞線的牽引速度確定。因此，為了便于控制轉動速度，需對連續(xù)千斤頂油缸行程進行控制。由于鋼絞線纏繞在上轉盤上，其鋼絞線線速度與轉盤轉動線速度相同，即連續(xù)千斤頂油缸行程控制在V′9#=Vj9#=0.072 m/min，V′8#=Vj8#=0.065 m/min。

根據(jù)上述計算T 構梁端中心與梁體就位中線的差距為：L′9#=0.051 m；L′

8#=0.039 m。

在止動階段，當9#墩梁頂端部的結構橫斷面中心線與設計橋位縱向線相差0.051 m 時，或者當8#墩梁頂端部的結構橫斷面中心線與設計橋位縱向線相差0.039 m 時，應停止牽引。然后在監(jiān)控測量指揮下，利用助推千斤頂點動逐步將轉動T 構頂推到設計線位置。

3.2.2 過程控制

轉體過程中根據(jù)計算速度均速轉動，實時監(jiān)測轉體速度，根據(jù)現(xiàn)場變化及時調(diào)整轉體速率，以防速度過大造成轉體慣性增強，同時在最后1 m 距離采用點動法逐步將梁體轉動到位。

3.2.3 絕對制動

為防止轉體慣性過大造成梁體超轉，測量放樣確定最終梁體中線所在位置相對應的上下承臺位置，提前埋設防超轉制動裝置，當梁體旋轉到位后，使上下承臺形成相對約束，防止梁體繼續(xù)旋轉。防過轉制動裝置示意圖如圖4所示。

3.3 中跨合龍施工

連續(xù)梁轉體就位后，邊跨合龍段施工完畢后，施工中跨合龍段，在封鎖點內(nèi)將輕型吊架前移至中跨合龍段設計位置。懸臂段在施工至8#節(jié)段時，在梁端預埋吊桿孔，吊架移動至設計位置后，采用吊桿將底模與外側模與既有梁段混凝土連接。采用卷揚機進行牽引，牽引到位后，將吊架進行加固錨固。然后安裝鋼筋、焊接合龍段勁性骨架，內(nèi)模及澆筑混凝土，最后張拉鋼絞線。

選擇在一天中的低溫、變化較小時進行混凝土施工，保證混凝土處于溫升、在受壓的情況下達到終凝，避免受拉開裂。

中跨合龍段長度2 m，在墩頂處至合龍段預埋好滑行軌道，利用鋼桁架在滑道上滑移至跨中位置，移動吊架在橋梁下部拼裝完成，采用吊車在公路外側安裝到位。利用吊架將合龍段底模、側模安裝完畢，利用鋼板作為兜底防護，防止墜物掉落在高速公路上。安裝到位后采用卷揚機牽引前移，卷揚機安裝在另一側主墩上，牽引時使卷揚機緩慢拖動合龍吊架，合龍段底模與吊架同步前移，吊架移動到位后采用φ32 mm 精軋螺紋鋼進行錨固，滑道兩側采用鋼楔子卡死，最后在吊架封閉空間內(nèi)進行合龍段施工。

中跨合龍段采用吊架懸灌施工，吊架在轉體之前安裝到位，盡量縮短掛籃滑移距離，張拉完成后往9#墩退出掛籃。

吊架上下橫梁采用雙拼40a#工鋼，行走軌道采用雙拼32#工鋼，前后橫梁之間設置剪刀撐加強穩(wěn)固性，剪刀撐采用20#槽鋼制作。

兜底使用雙拼[16#槽鋼作為主梁上鋪設10#工字鋼作為縱梁，間距1 m?？v梁上鋪設3 mm 鋼板作為腳踏板。3 mm 鋼板上架設φ48 mm×3 mm 鋼管，間距1 m，在鋼管的外層鋪設彩密目網(wǎng)防護墜落。

考慮限高位置，按照圖5中所示掛籃與兜底防護安裝位置方可滿足施工要求。

如需設置防水等措施。在3 mm 鋼板上方鋪設塑料層(前高后低，左高右低的引流措施）。使用軟性管牽引至后方，同時在兜底中安裝水泵，在積水過多，排水不暢時采用水泵將水抽至道路外側。

4 結論

在金甬鐵路跨諸永高速40 m+72 m+40 m 轉體連續(xù)梁施工工程中，施工單位研究并掌握了轉體連續(xù)梁上下承臺臨時固結措施、防過轉裝置、輕型合龍吊架。

1）通過設置上下承臺臨時固結，可有效抵抗上下承臺在施工過程中的相對位移，同時抵抗了主梁梁端最大不平衡力，在轉體過程中也可作為助力墩使用。

2）以防過轉裝置為保證，在轉體施工前提前謀劃，提前計算轉體速度、轉體距離、轉體時間、轉體角度等相關數(shù)據(jù)，加強過程監(jiān)控，從而保障轉體的精確對中。設置防過轉裝置可對梁體進行有效制動，在轉體慣性過大或轉體速度過大的不利情況下可對梁體進行緊急“剎車”，從而確保了梁體不會出現(xiàn)梁體過轉的現(xiàn)象。

3）在上跨鐵路、高速公路、城市道路等限制情況下，采用輕型合龍吊架進行合龍施工，減少了上跨施工的風險，由于輕型吊架質(zhì)量比較輕，方便移動和安拆，從而提高了施工功效。