陶杰
中铁二十四局集团上海铁建工程有限公司 上海 200000
摘要：随着中国基础设施建设如火如荼的进行，交通运输网络日趋完善与加密，不同建设项目相交、穿、跨情况凸现明显，连续梁转体施工凭借自身的有点，越来越多在工程建设领域被使用，本文以跨既有沪宁城际铁路连续梁转体施工技术为例，简要分析转体施工的组成、转体结构的索引力、安全系数的计算及转体施工情况、工艺流程和合龙技术。
关键词：特大桥；连续梁；跨既有铁路；转体；施工工艺
Abstract: As China's infrastructure construction is in full swing, the transportation network is becoming more perfect and dense, and the intersection, crossing, and span of different construction projects are prominent. The continuous beam rotation construction is more and more used in the field of engineering construction by virtue of its own advantages. , This article takes the construction technology of continuous beam rotation across the existing Shanghai-Nanjing Intercity Railway as an example, briefly analyzes the composition of the rotation construction, the indexing force of the rotation structure, the calculation of the safety factor, the construction situation of the rotation, the process flow and the closure technology .
Keywords: Extra-large bridge; continuous beam; spanning an existing railway; swivel; construction technology
1.引言
在社会主义经济高速发展的今天，交通建设也纵横交错在全国各个地域。高速公路与铁路相交的情况亦是频频出现，然而，不管是高速公路横跨铁路，还是铁路横跨高速公路，都存在一个共同的问题，就是不能长时间终止被横跨者的交通，而且在施工时也不能对已有线路的交通运营产生严重干扰[1]。转体施工方法由于大部分作业在线路范围以外，高效经济的合龙，降低了对施工桥下既有铁路的行车影响，安全性相对较高，得到了普遍的应用。
2.工程概况
跨沪宁城际特大桥是连云港至镇江铁路的重点工程，右线跨沪宁城际特大桥桥梁起止里程为DIyK308+967.642-DIyK311+593.365，中心里程为DIyK310+280.504，桥全长2625.723m，桥址于DIyK311+160.000处上跨沪宁城际，城际铁路与线路法线夹角为55°，采用先悬浇后转体（48+80+48）m连续梁跨越，该连续梁为转体（48+80+48）m预应力混凝土单线连续梁，全长177.3m（含两侧梁端至边支座中心各0.65m），按照曲梁曲做布置，截面最低点梁高在端支座为3.6m，中支点处为6.0m，边支座和中支座横桥向中心距均为4.3m。线路中心至挡砟墙内侧2.25m，桥梁宽度7.1m，连续梁转体结构由转体下盘、球铰、上转盘、转动牵引系统组成，转体总重量3800吨。
桥跨布置图
3.转体施工关键技术
该连续梁的施工步骤如下：（1）采用钢板桩对铁路路基边坡进行可靠防护。（2）施工61#-64#墩基础，施工61#、64#墩柱，墩顶悬出的部分待梁端钢束张拉完毕后浇筑。（3）安装下转盘，浇筑承台及下转盘混凝土。（4）安装上转盘，浇筑上转盘及上承台混凝土；将上下承台临时固结，施工62#、63#墩柱。（5）利用挂篮悬臂对称灌注A1、B1梁段混凝土，待混凝土强度达到设计值的95%，弹性模量达到设计值的100%且混凝土龄期不少于7天后，张拉本阶段相应的纵向预应力索及竖向预应力索，张拉完毕后及时压浆。（6）移动挂篮准备下一节段施工。（7）重复5、6操作程序，依次悬浇A1-A9、B1-B9号梁段。（8）施工桥上部分防抛网。（9）搭设边跨现浇段施工支架并进行预压。（10）施工边跨现浇段。（11）拆除挂篮，对转体结构进行称重，对转体姿态做微调，调整到位后进行试转。（12）平面转体施工，使桥就位于设计线位。（13）浇筑上承台后浇段，完成主墩与承台的固结。（14）安装边跨劲性合拢骨架，浇筑边跨合拢段混凝土，待混凝土强度达到设计值100%，弹性模量达到设计值的100%且混凝土龄期不少于7天后，张拉本阶段相应的预应力索，张拉完毕后及时压浆，拆除合拢骨架。（15）拆除边跨现浇段支架及边跨吊篮。（16）拆除主墩部分临时固结，确保结构为静定结构体系。（17）安装跨中合拢钢壳，浇筑跨中合拢段。（18）待混凝土强度达到设计值100%，弹性模量达到设计值的100%且混凝土龄期不少于7天后，张拉本阶段相应的预应力索，张拉完毕后及时压浆。（19）浇筑61#、64#墩墩顶高出段。连续梁施工步骤图如下图所示：
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图2 连续梁施工步骤图
连续梁转体施工是本工程的核心部分。转体是通过在上下转盘内设置球铰，以千斤顶拉预埋在转盘及撑脚内的牵引索带动上转盘以球铰销轴为中心旋转来实现的。为确保施工顺利完成，转体前做详细的现场调研及施工准备，并进行试转，通过试转调整参数后进行正式转体，转体结束后，进行约束固定。本联连续梁共计2个T构需要进行旋转，方向为顺时针旋转35°，转体过程在封锁点内进行。转体平面图如图3所示。
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图3 转体平面图
在施工过程中要实现连续梁转体的效果目标，包括“转的稳、牵引小、刹的住、对的准、合龙快、干扰少”[2]，需在工程施工中严格把控以下实施步骤及技术：（1）转体系统施工；（2）转体施工；（3）合龙施工[3]。下文中，将对本工程中以上三个步骤进行详细的介绍与说明：
3.1转体系统施工
转体系统包含下球铰、上球铰、销轴、滑道、撑脚、反力座四氯乙烯板等。球铰施工主要分为下球铰安装、滑道预埋及安装、上球铰安装。球铰的安装需要根据技术人员的现场定位测量，安放在其准确的平面位置上；待其吊装就位以后，首先对其初平，采取“边测边调，先松后紧，对角抄平，步步紧跟”的原则和方法来操作，直至达到设计要求[4]。
（1）定位架精度控制
首先安装下球铰和滑道定位骨架，定位骨架顶面相对高差≯5mm，施工时采用提高定位架精度的方法，以减少下球铰和滑道安装时的调整工作量。
（2）下球铰安装精度控制
下球饺的安装精度是整个转体球铰安装的关键步骤。骨架安装完成后，吊装下球铰使其放在定位架上，进行对中和调平，下球铰由螺母校平，球铰正面相对高差不大于0.5mm。
（3）滑道安装精度控制
安装时，滑道顶面高出下转盘混凝土顶面1-2cm，且整个滑道面在同一水平面上，其相对高差不大于2mm。
（4）上球铰精度控制
下球铰表面和安装孔内清理干净，在下球铰上安装滑片，滑片在工厂内进行安装调试后编好号码，现场对号入座，安装后要求顶面在同一球面上其误差不大于1mm；上下球铰球面形心轴与球铰转动中心重合，上下球铰焊接钢管中心轴与转动中心轴重合，误差不大于1mm。
在球铰安装完成后，进行钢筋的绑扎作业。同时在进行混凝土浇筑时，要时刻关注滑道及下盘底部混凝土的密实情况并引起重视。
图4转体系统立面布置图
3.2转体施工
在进行转体施工时，需要对62#墩、63#墩两个T构同时进行转体施工。以62#墩为例，估算由钢壳、混凝土齿块和接触网基础引起的不平衡弯矩，通过计算得到其不平衡弯矩为MG1=1744KN·m。计算过程如下表所示：
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计算转体结构体总重量3800t。取转体总重量W=38000KN，钢球铰半径为8.0 m，结合以往经验球面静摩擦系数取μ=0.08，将以上数据代入得：Mz=0.98μNR=23833KN·m。
在称重前，初步估计边跨侧梁端预配重6.459t，配重放置在边跨6#块梁端，L=27,采用混凝土轨枕进行配重，对每根轨枕进行称重编号以保证配重的准确性。正式配重前完善相关复核签认手续。
即转动体球铰摩阻力矩（Mz）大于转动体不平衡力矩（MG）。
千斤顶布置于下承台转体前梁中心线处，在中跨侧布置千斤顶，设与转动中心距离4.25 m，由式（4-2）得：
顶升力P=(Mz+MG)/L2=(23833+43)/4.25=5618 KN
千斤顶安全系数取0.85，则4216.3KN/0.85=6609.4KN
综上，选用2台400t千斤顶能满足要求，在上转盘底配套选用2个400t压力传感器，分别对转体梁进行顶放,四周布置2个位移传感器，用以测试球铰的微小转动。
该施力方案要求千斤顶出力大，由于上、下承台的刚度很大，变形很小，容易使球铰发生微小转动，且操作相对简单，安全性高。目前，大部分不平衡称重试验采用该施力方式。
转动过程中的动摩擦系数按μ=0.05计算。
动摩擦力F= W×μ=1900KN
转体拽拉力计算:T=2/3×(R×W×μ)/D
其中：R—球铰平面半径,R=2 m
W—转体总重量,W=38000 KN
D—转台直径,D=11 m
μ—球铰摩擦系数，μ静=0.08，μ动=0.05；
启动时所需最大牵引力：T=2/3×（R·W·μ静）/D=368.5KN
转动时所需最大牵引力：T=2/3×（R·W·μ动）/D=230.3KN
由已完工的同类桥梁施工经验得知，实际施工时转体设备最大牵引力可取计算值的1.2倍。施工中考虑配备应急助推千斤顶，可满足转体使用、反转及应急需要。
按1.2倍需求配置设备动力需求：1.2×368.5=442.2kN
可选择200t级连续千斤顶。
转动时设备动力储备系数=2000kN/442.2kN=4.52＞2，设备满足相关规范要求。
钢绞线的安全系数（按仅主牵引索受力情况计算）：
13×1860×140÷1000÷442.2=7.65。
计算结果表明千斤顶动力储备的安全系数能达到本工程施工的要求。
（1）转体时间
转体时间包含转体角速度、转体悬臂端线速度及转体理论时间计算。
平转设计角速度为≤0.02rad/min（1.146°/min），考虑箱梁的平稳和安全，主梁端部水平线速度设计为≤1.0 m/min，本连续梁转体角度为35°。当角速度为0.02rad/min时，根据箱梁端部半径为39 m，计算主梁端部水平线速度为0.780m。满足?高速铁路桥涵工程施工技术指南?规范规定，转体角速度不大于0.01～0.02 rad/min，转体悬臂端线速度不大于1.5～2.0m/min规范要求。
转体总弧长为(35×3.14÷180)×39=23.824m，理论转体时间计算为23.824/0.78=30.6min，考虑转体就位前10cm点动就位及标高等调整，取转体时间为60min。
转体在封锁点内进行，需对转体的人员安排、设备检查和所需材料准备编制详细的计划，进行封锁审批流程。预计转体施工加上准备及收尾工作需封锁2-4小时，封锁点当晚即可施工完毕。
（2）称重配重
为了保证桥梁转体的顺利进行,在转体前进行转动体称重试验,测定转动体T构的偏心距、不平衡力矩、上下球铰间的摩阻力矩及摩擦系数。并据此进行平衡配重，为转体施工的指挥和决策提供依据，也为类似转体桥梁的施工积累经验和数据。
为了减少在转体过程中桥梁标高的剧烈变化，结合考虑边跨合拢段支架及中跨合拢钢壳的影响，在预先配重的基础上，62#墩转动体在边跨增加了4 吨的重量，63#墩转动体在边跨减少了约3 吨。预压块放在距离墩中心30 m的位置，对于3800吨的转动体，配重后，62#墩和63#墩转动体偏心距分别减少了0.033 m和0.025 m，能够满足平衡转体的要求。
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（3）试转
转体分为试转和正式转体，试转角度5°。通过试转，检查转体摩擦系数选取是否合适，并确定相关参数，包括每分钟转速，点动式操作时，每点动一次悬臂段所转过的水平弧线距离。
（4）正式转体
试转结束，分析采集的各项数据，编制详细的转体方案，即可进行正式转体。正式转体与试转过程相同，不同处为正式转体的数据根据试转实测进行调整。转体结构到达设计位置(主梁悬臂段中心点距离设计桥轴线100 cm)时，系统“暂停”。为防止结构超转，先借助惯性运行结束后，动力系统改由“手动”状态下点动操作，直至梁体就位。
利用微调千斤顶精确地调整梁体T构的线型和端部标高，标高及线性调整要在封锁点内实施。
转体结构精确就位后，即对结构进行约束固定，采用型钢将撑脚、支撑顶面钢板、连同上盘环道预埋钢板立即进行全面焊接联接。至此封锁点内转体施工完毕。
（5）转体后续工作
转体完成后，需对球铰进行注浆处理，并立模，浇筑转盘后浇带，使上下转盘连为整体。
3.3合龙施工
中跨合拢段2m长，高3.6m。中跨合拢段中心距沪宁城际下行线线路中心水平距离1.0m，垂直方向10.493m，施工时无外支架。
依设计图纸，采用钢盒子作为合拢段外模板，同时，作为支撑结构。钢盒子由2个钢壳预埋段、1个钢壳合拢段组成。转体前在T构端部（9#块）预埋钢壳预埋段，转体后且边跨合拢施工完毕后安装钢壳合拢段，钢壳合拢段安装及合拢段混凝土浇筑在封锁点内进行。钢壳合拢段在转体前吊放至预埋钢壳内，并临时固定，钢壳合拢段腹板采用4根缆风绳固定于梁面挡砟墙钢筋上，钢壳合拢段底板放置9#块底板处，并采用2根缆风绳同9#块纵向钢筋固定。转体后，先进行临时锁定，临时锁定布置与边跨相同，再使用拉链葫芦将钢壳合拢段前移至预定位置，并连接。钢壳合拢段前移过程中，在合拢处设置2根1.5m长[10槽钢作为防脱落装置。
钢壳合拢段安装完毕后，所有钢筋、混凝土施工均在钢壳内进行，对既有线路无影响[5]。
结束语：
跨既有铁路/公路连续梁转体施工工艺以日趋成熟，但随着人民生活水平的日益提高，对工程项目建设不仅有着坚固耐用的需求，同时对于工程项目的外在美观，与周围环境的和谐对应，从外观到内含都具有鲜明的设计理念[6]。因此，合理地选择跨线桥的外观、桥型和施工方式显得尤为重要。
在设计跨线桥时，要充分考虑跨线桥的特点，在满足技术标准的同时，还要尽可能地使线型在空间上保持顺畅和协调，使之有利于车辆行驶的舒适性。跨线桥设计除了满足安全性和经济性的要求外，还要结合桥梁所处的环境，考虑其美观，使其对周围环境有美化作用，同时也考虑其耐久性和可维护性。
参考文献：
[1] 许旭,刘倩.转体桥施工关键技术浅析[J].江西建材,2017(01):154.
[2] 王振东.大跨度连续梁水平转体施工关键技术研究[J]. 铁道建筑, 2013(8):27-29.
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[4] 杨志钢.大跨度连续梁施工和线型控制技术[J]. 城市建设理论研究:电子版, 2015, 000(021):7092-7093.
[5] 王世学.大跨度连续梁转体施工的关键技术问题[J]. 中华建设, 2011, 000(009):188-189.
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