張 恒

(中鐵十九局集團(tuán)有限公司 北京 100176)

1 引言

橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)給橋梁工程技術(shù)人員帶來(lái)了極大的便捷，當(dāng)在施工過(guò)程中受到一些不可抵御的限制時(shí)，轉(zhuǎn)體施工已經(jīng)成為最科學(xué)的替代技術(shù)[1-4]。到目前為止，轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)相對(duì)比較成熟。本文以興延高速公路上跨京包鐵路立交橋工程為背景，針對(duì)轉(zhuǎn)體梁段重量大、場(chǎng)地受限、上跨既有營(yíng)運(yùn)線行等工程實(shí)際對(duì)轉(zhuǎn)體施工關(guān)鍵技術(shù)及質(zhì)量控制措施進(jìn)行分析探討。

2 工程概況及難點(diǎn)分析

2.1 工程概況

興延高速公路上跨京包鐵路立交橋，橋長(zhǎng)311 m，分幅設(shè)橋，單幅橋?qū)?7.5 m，兩幅橋凈距0.5 m，全寬35.5 m，投影面積11 040.5 m2。采用鋼箱梁T構(gòu)轉(zhuǎn)體，孔跨布置為2×56 m，轉(zhuǎn)體長(zhǎng)度102 m，轉(zhuǎn)體角度74.5°，單幅轉(zhuǎn)體梁重2 690 t，轉(zhuǎn)體高度18.91 m，兩側(cè)各設(shè)有5 m的鋼箱拼裝段。本橋跨越京包鐵路上、下行線。鋼箱梁T構(gòu)與既有京包鐵路斜交，施工影響范圍為京包上下行部分路段、延慶-八達(dá)嶺上行部分路段、八達(dá)嶺-康莊下行部分路段。

(1)轉(zhuǎn)體前梁體位置

既有京包鐵路南側(cè)Z4號(hào)軸鋼箱邊緣距既有京包鐵路下行線中心最小距離14.651 m；興延高速北側(cè)Z5號(hào)橋墩樁基邊緣距既有京包鐵路上行線中心最小距離16.339 m；既有京包鐵路北側(cè)Y6軸鋼箱邊緣距既有京包鐵路下行線中心最小距離17.201 m；興延高速南側(cè)Y5號(hào)橋墩樁基邊緣距既有京包鐵路上行線中心最小距離13.826 m(見圖1)。

圖1 轉(zhuǎn)體前梁體平面位置

(2)試轉(zhuǎn)體后橋梁位置

順時(shí)針試轉(zhuǎn)12°后，左幅4＃梁體翼緣板邊緣投影與鐵路下行線最小距離為4.9 m，右幅6＃梁體翼緣板邊緣投影與鐵路上行線最小距離為6.79 m(見圖2)。

(3)成橋狀態(tài)

左幅橋凈距:既有京包鐵路27號(hào)貫通桿中心距橋梁邊線水平投影距離為11.769 m；右幅橋凈距:既有京包鐵路26號(hào)貫通桿中心距橋梁邊線水平投影距離為3.949 m。凈空:既有京包鐵路下行線、上行線的最小凈空分別為8.837 m和8.951 m，貫通線(27號(hào)桿側(cè)、26號(hào)桿側(cè))最小凈空分別為2.025 m、-0.006 m(凈空為負(fù)值時(shí)表示梁底高程低于貫通線高程，兩處線桿需改移)。轉(zhuǎn)體施工過(guò)程中，26、27號(hào)貫通桿頂距梁體最低點(diǎn)距離為0.433 m、2.119 m(見圖3)。

圖2 試轉(zhuǎn)體后橋梁位置

圖3 成橋狀態(tài)(單位:cm)

2.2 難點(diǎn)分析

(1)轉(zhuǎn)體梁段重量大、孔跨長(zhǎng)，工序復(fù)雜，控制精度高，使得轉(zhuǎn)體施工技術(shù)難度大。

(2)轉(zhuǎn)體場(chǎng)地受限，鄰近既有鐵路線和公路線，施工安全風(fēng)險(xiǎn)極大。

(3)受限狀態(tài)下混凝土梁體轉(zhuǎn)體施工，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，各轉(zhuǎn)體階段及成橋過(guò)程中，各工序間需要在空間和時(shí)間上緊密銜接，施工組織要求高。

3 總體施工工藝

為降低橋梁施工對(duì)既有京包鐵路正常運(yùn)營(yíng)的影響，保證鐵路運(yùn)行安全平穩(wěn)，本橋選用雙幅同轉(zhuǎn)施工法。采取“先建后轉(zhuǎn)”工藝，先平行于京包鐵路方向建設(shè)橋體，再將橋體按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)74.5°至設(shè)計(jì)位置。

4 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)施工

轉(zhuǎn)體系統(tǒng)主要由下轉(zhuǎn)盤、上轉(zhuǎn)盤、球鉸、牽引系統(tǒng)、助推系統(tǒng)等組成，轉(zhuǎn)體成橋后即為轉(zhuǎn)體橋承臺(tái)。球鉸包括球鉸定位骨架、球鉸上盤、球鉸下盤、銷軸及匹配軸套、內(nèi)部滑塊等。本橋轉(zhuǎn)動(dòng)體系采用鋼球鉸，分上下兩片，球體直徑為3 700 mm，厚度為40 mm，豎向承載力3 000 kN，內(nèi)設(shè)304片?60×18 mm四氟乙烯滑塊，位于Z4＃、Y6＃墩承臺(tái)中，采用廠家成套產(chǎn)品。

主橋Z4＃墩承臺(tái)平面尺寸為下承臺(tái)10×10 m，高度3.5 m；上承臺(tái)8×8 m，高度2.5 m，總高度為6 m。Y6＃墩承臺(tái)平面尺寸為下承臺(tái)10×10 m，高度3.5 m；上承臺(tái)8×8 m，高度2.5 m，總高度為6 m(見圖4)。

圖4 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)示意(單位:cm)

4.1 施工工藝流程

轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)施工工藝流程見圖5。

圖5 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)施工工藝流程

4.2 下轉(zhuǎn)盤施工

下轉(zhuǎn)盤為13 m×10 m×2.7 m的棱柱體，環(huán)形滑道設(shè)置于下轉(zhuǎn)盤頂面，采用厚度為24 mm的鋼板，半徑為3.3 m，寬度為1.1 m，鑲嵌于環(huán)形滑道槽內(nèi)。對(duì)滑道槽進(jìn)行反復(fù)打磨以減小摩擦，保持轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)。

4.3 上轉(zhuǎn)盤施工

上轉(zhuǎn)盤為8 m×8 m×1.7 m的立方體結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)臺(tái)為圓柱體結(jié)構(gòu)，直徑為7.6 m，厚度0.8 m。

牽引索采用?s15.2高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度f(wàn)pk＝1 860 MPa，彈性模量EP＝1.95×105MPa。2束牽引索分別預(yù)埋于上轉(zhuǎn)盤中，左、右旋均勻布置，固定端采用M15-12P型錨具預(yù)埋在混凝土內(nèi)，預(yù)埋長(zhǎng)度大于3.0 m。

4.4 安裝過(guò)程監(jiān)測(cè)

(1)球鉸中心監(jiān)測(cè)

安裝好下球鉸后，對(duì)下球鉸中心進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量。采用坐標(biāo)測(cè)量法，沿下轉(zhuǎn)盤面圓周方向等間距布置16個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，其中與球鉸調(diào)高螺栓對(duì)應(yīng)的測(cè)量控制點(diǎn)8個(gè)，其余8個(gè)為測(cè)量復(fù)核點(diǎn)，以保證滿足設(shè)計(jì)安裝精度要求。

(2)下轉(zhuǎn)盤平整度監(jiān)測(cè)

下轉(zhuǎn)盤的平整度直接關(guān)系到轉(zhuǎn)體施工是否成功，是施工測(cè)量的第一個(gè)控制要點(diǎn)。下轉(zhuǎn)盤頂面標(biāo)高監(jiān)測(cè)選用同步測(cè)量、同步調(diào)整的方法。

(3)滑道平順度監(jiān)測(cè)

滑道平順度采用精密水準(zhǔn)儀測(cè)量法，對(duì)施工安裝好的滑道進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，檢查所有測(cè)點(diǎn)間的高差是否滿足設(shè)計(jì)要求。

4.5 上、下轉(zhuǎn)盤臨時(shí)固結(jié)

鑒于球鉸受力方式類似于多向活動(dòng)支座，對(duì)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)只有豎向約束能力，不具有承受不平衡彎矩的能力，為抵消施工荷載和施工偏差所產(chǎn)生的不平衡彎矩，上下轉(zhuǎn)盤之間設(shè)置臨時(shí)固結(jié)。為方便安裝與拆除，臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)選用砂箱，對(duì)稱設(shè)置于環(huán)形滑道之上。在轉(zhuǎn)盤滑道上兩組撐腳之間設(shè)3個(gè)?500×15 mm砂箱作為轉(zhuǎn)體前的臨時(shí)支撐，保證撐腳與滑道之間間隙為10 mm，以減小轉(zhuǎn)體阻力，保證轉(zhuǎn)體平穩(wěn)。砂箱內(nèi)填裝石英砂，保證密實(shí)，使用前對(duì)砂箱預(yù)壓，壓力為300 kN。

5 轉(zhuǎn)體施工

轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)由牽引及助推系統(tǒng)、防過(guò)轉(zhuǎn)及微調(diào)系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)等構(gòu)成。

施工工藝為:支架拆除完成后，解除臨時(shí)固結(jié)措施；進(jìn)行稱重試驗(yàn)并按試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行配重；牽引索均勻固定在轉(zhuǎn)臺(tái)周邊，利用千斤頂進(jìn)行預(yù)緊；安裝轉(zhuǎn)體動(dòng)力系統(tǒng)；試轉(zhuǎn)體，測(cè)定動(dòng)、靜摩阻系數(shù)等參數(shù)指標(biāo)；正式轉(zhuǎn)體；調(diào)整軸線位置及合龍口兩側(cè)標(biāo)高后對(duì)鋼撐腳與環(huán)道臨時(shí)鎖定；澆筑混凝土進(jìn)行轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)固結(jié)[5-6]。

5.1 施工工藝流程

轉(zhuǎn)體施工工藝流程見圖6。

圖6 轉(zhuǎn)體施工工藝流程

5.2 轉(zhuǎn)體設(shè)備組成與布置

(1)牽引動(dòng)力系統(tǒng)

QK-8主控臺(tái)1臺(tái)、ZLD200型連續(xù)張拉千斤頂2臺(tái)、ZLDB液壓泵站2臺(tái)。連續(xù)張拉千斤頂額定油壓為31.5 MPa，公稱牽引力為2 000 kN。

(2)助推轉(zhuǎn)體系統(tǒng)

YDCW150型千斤頂 2臺(tái)、ZB4-500型油泵2臺(tái)。

千斤頂安裝在配套反力架上，反力架與反力墩通過(guò)高強(qiáng)螺栓固定且能夠承受200 t拉力。

微調(diào)作業(yè)包括軸線、標(biāo)高調(diào)整。在上承臺(tái)與下承臺(tái)之間設(shè)置鋼管支墩及400 t千斤頂，在轉(zhuǎn)體過(guò)程中及轉(zhuǎn)體完成后，若偏差超出允許范圍，及時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)體進(jìn)行微調(diào)。

(3)測(cè)量系統(tǒng)

在鋼箱梁上設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)，對(duì)鋼箱梁進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)位置監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)反饋轉(zhuǎn)體狀態(tài)，提供數(shù)據(jù)支持。鋼箱梁就位后再次進(jìn)行測(cè)量，以保證結(jié)構(gòu)精度。

5.3 索引力、安全系數(shù)及轉(zhuǎn)體時(shí)間計(jì)算

5.3.1 牽引力、安全系數(shù)計(jì)算

轉(zhuǎn)體總重量W＝26 359 kN，其摩擦力計(jì)算公式為F＝W×μ。啟動(dòng)時(shí)靜摩擦系數(shù)μ＝0.1，靜摩擦力F＝W×μ＝2 636 kN；轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)摩擦系數(shù)μ＝0.05，動(dòng)摩擦力F＝W×μ＝1 318 kN。

轉(zhuǎn)體拽拉力T＝2/3×(R×W×μ)/D，球鉸平面半徑R＝1.35 m，轉(zhuǎn)臺(tái)直徑D＝7.6 m，摩擦系數(shù)μ靜＝0.1，μ動(dòng)＝0.05。啟動(dòng)時(shí)所需最大索引力T＝2/3×(R×W×μ靜)/D＝312 kN；轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中所需牽引力T＝2/3×(R×W×μ動(dòng))/D＝156 kN。千斤頂動(dòng)力儲(chǔ)備系數(shù):2 000 kN×0.85/312 kN＝5.45；轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)動(dòng)力儲(chǔ)備系數(shù):2 000 kN×0.85/156 kN＝10.9。鋼絞線安全系數(shù)K＝9.94。

5.3.2 轉(zhuǎn)體時(shí)間計(jì)算

按照設(shè)計(jì)要求，轉(zhuǎn)體角速度為W≤0.02 rad/min(約為1.15°/min)或鋼箱梁端部水平線速度V≤1.06 m/min。

(1)轉(zhuǎn)體總用時(shí)

角速度取值W＝0.015 rad/min(約為0.859°/min)，則鋼箱梁端部水平線速度V＝0.015×51＝0.765 m/min；轉(zhuǎn)盤水平線速度V＝0.015×3.8＝0.057 m/min；轉(zhuǎn)盤所走弧線長(zhǎng)度Lz＝(7.6×π)/360°×74.5°＝4.94 m；轉(zhuǎn)體梁端所走弧線長(zhǎng)度Ld＝(2π×51)/360°×74.5°＝66.31 m。則轉(zhuǎn)體時(shí)間t＝74.5°/0.859°≈87 min。

(2)要點(diǎn)時(shí)間計(jì)算

試轉(zhuǎn)時(shí)間:轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 12°，用時(shí)14 min。

連續(xù)轉(zhuǎn)體時(shí)間:T＝87-14＝73 min。施工時(shí)需要垂直天窗時(shí)間，考慮防護(hù)設(shè)置等時(shí)間要求，計(jì)劃要點(diǎn)100 min，具體以鐵路局批復(fù)時(shí)間為準(zhǔn)[7]。分解如下:調(diào)度命令下達(dá)、設(shè)置防護(hù)、封鎖線路10 min；下達(dá)轉(zhuǎn)體開始命令1 min；千斤頂連續(xù)牽引60.5°(即距軸線合龍1.0 m)71 min；點(diǎn)動(dòng)控制轉(zhuǎn)體2°(即1.0 m)5 min；轉(zhuǎn)體到位確認(rèn)3 min；鋼撐腳臨時(shí)固結(jié)5 min；驗(yàn)收確認(rèn)3 min；銷記、撤除防護(hù)及線路開通2 min。

5.4 稱重配重

轉(zhuǎn)體前，通過(guò)進(jìn)行稱重試驗(yàn)，測(cè)定鋼箱梁兩側(cè)懸臂端在轉(zhuǎn)體過(guò)程中的不平衡重、豎向不平衡力矩、偏心矩、摩阻力矩及摩擦系數(shù)等指標(biāo)參數(shù)，依據(jù)測(cè)定參數(shù)進(jìn)行配重。

轉(zhuǎn)體體系采用縱向傾斜配重方案。因Z4＃、Y6＃墩上部的防撞護(hù)欄和隔音屏施工不對(duì)稱，放置水箱進(jìn)行配重。鐵路南側(cè)左幅4＃墩配重情況為:在轉(zhuǎn)體橋縱向大里程方向(延慶方向)距梁端5 m處最大配重2.86 t；鐵路北側(cè)右幅6＃墩配重情況為:在轉(zhuǎn)體橋縱向大里程方向(延慶方向)距梁端5 m處最大配重1.2 t。滿足配重量需要，且偏心距符合5 cm≤e≤15 cm要求。

5.5 試轉(zhuǎn)體

正式轉(zhuǎn)體前1～2 d，在設(shè)備及配重滿足要求的條件下進(jìn)行試轉(zhuǎn)，角度為12°，耗時(shí)14 min。試轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)行全面檢測(cè)，測(cè)定轉(zhuǎn)體系統(tǒng)、牽引設(shè)備各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)參數(shù)，為正式轉(zhuǎn)體提供依據(jù)。

5.6 正式轉(zhuǎn)體

轉(zhuǎn)體時(shí)嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)動(dòng)速度，保持勻速，角速度不大于0.02 rad/min(1.15°/min)。

橋上監(jiān)測(cè)人員在梁端每轉(zhuǎn)5 m向主控臺(tái)報(bào)告一次；在距終點(diǎn)5 m以內(nèi)，每轉(zhuǎn)1 m向主控臺(tái)報(bào)告一次；在距終點(diǎn)50 cm以內(nèi)，每轉(zhuǎn)過(guò)10 cm報(bào)告一次；在距終點(diǎn)10 cm以內(nèi)，每轉(zhuǎn)過(guò)2 cm報(bào)告一次；在距終點(diǎn)2 cm以內(nèi)，每轉(zhuǎn)過(guò)5 mm報(bào)告一次，確保準(zhǔn)確到位[8-11]。

5.7 封鉸固結(jié)

鋼箱梁精準(zhǔn)就位后，進(jìn)行封鉸施工，焊接預(yù)留鋼筋，澆筑C50微膨脹封固混凝土，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)固結(jié)。

6 轉(zhuǎn)體精確就位控制措施

轉(zhuǎn)體橋就位精度高低直接影響到合龍精度，對(duì)橋梁的線形及內(nèi)力控制具有重要作用，施工時(shí)必須采取可靠的就位控制措施和可行的測(cè)量方案，確保轉(zhuǎn)體就位的精確性[12]。

6.1 測(cè)量控制方案

(1)軸線控制方案。橋梁中線控制測(cè)量系統(tǒng)分別設(shè)置在鋼箱梁兩側(cè)。轉(zhuǎn)體前，對(duì)鋼箱梁上的軸線控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量放樣；鋼箱梁即將就位時(shí)，采用全站儀進(jìn)行軸線位置貫通觀測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)控，見圖7。通過(guò)監(jiān)控，控制主梁轉(zhuǎn)體速度和角度，最終轉(zhuǎn)體到位后主梁軸向與設(shè)計(jì)中線間距1 cm，滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

圖7 轉(zhuǎn)體施工主梁軸向監(jiān)控曲線

(2)梁體橫向傾斜監(jiān)測(cè)方案。在轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)中部、端部及中間間斷布設(shè)斷面觀測(cè)點(diǎn)，軸線調(diào)整到位后，測(cè)定梁體橫向傾斜情況，并利用設(shè)置于橫橋向轉(zhuǎn)臺(tái)之上的千斤頂進(jìn)行調(diào)整。

(3)合龍口高程控制方案。在鋼箱梁的兩端及邊跨直線段上分別設(shè)置對(duì)應(yīng)的斷面觀測(cè)點(diǎn)，橫向傾斜誤差調(diào)整完成后，利用設(shè)置于順橋向轉(zhuǎn)臺(tái)之上的千斤頂調(diào)整各合龍口的高程。

6.2 準(zhǔn)確就位后臨時(shí)固結(jié)

各合龍口的軸線、高程精調(diào)完成，復(fù)核無(wú)誤后，撐腳底部的間隙使用鋼楔塊塞死，并將其與環(huán)道焊接固結(jié)。

7 結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目采用連續(xù)鋼箱梁轉(zhuǎn)體法上跨鐵路營(yíng)業(yè)線的橋型方案，成功解決了橋梁因場(chǎng)地條件限制而客觀存在的問(wèn)題及施工過(guò)程與鐵路運(yùn)營(yíng)相互干擾，保證了施工過(guò)程中京包鐵路線及地面非機(jī)動(dòng)車通道的安全通行，完成了高空精準(zhǔn)對(duì)接，對(duì)今后同類橋梁的建設(shè)提供一定的借鑒和參考。