何永昶 上海鐵路局建設(shè)管理處

1 工程概況

橋梁的轉(zhuǎn)體施工技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用頗多。滬杭高速鐵路分別在里程DK59+075.555～DK59+413.555處（跨滬杭高速公路）和DK1252+421.07處（海杭特大橋跨越石大公路）采用了自錨式水平轉(zhuǎn)體施工的上承式拱橋，橋跨布置均為（88+160+88）m。該橋結(jié)構(gòu)形式新穎，且修建于軟土地基上，在時(shí)速350 km/h并鋪設(shè)無砟軌道的高速鐵路上應(yīng)用，為世界首例。橋梁單鉸的轉(zhuǎn)體重量高達(dá)16 800 t，為世界同類轉(zhuǎn)體橋梁之最。橋梁的立面布置圖如圖1所示。

圖1（88+160+88）m自錨式體系上承式水平轉(zhuǎn)體拱橋立面圖

2 轉(zhuǎn)盤和球鉸施工技術(shù)

該橋的轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由下轉(zhuǎn)盤、球鉸、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)、助推系統(tǒng)、軸線微調(diào)系統(tǒng)組成。轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的構(gòu)造圖如圖2所示。

2.1 安裝滑道、下球鉸

考慮到球鉸支架及滑道支架的安裝，下轉(zhuǎn)盤混凝土分兩次澆筑。首先澆筑2.5 m厚，然后在混凝土頂面預(yù)埋滑道和下球鉸骨架安裝定位埋件，澆筑剩余的1 m厚混凝土。

第一層澆筑的混凝土強(qiáng)度達(dá)到25%后，安裝預(yù)埋件安裝滑道骨架和下球鉸骨架，二者相對高差不大于5 mm。骨架中心和球鉸重合，其中心偏差不大于1 mm；骨架與埋件焊接牢固后，安裝下球鉸。

圖2 轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的立面圖

滑道安裝時(shí)通過滑道定位架定位滑道鋼板，先把下滑道塊放入定位架上，利用定位架上的微調(diào)裝置進(jìn)行調(diào)整，滑道板接縫高差要求≤0.5mm，相鄰高差≤0.2mm。安裝完成后，檢查全部滑到的平整度，確?；廊魏挝恢酶卟睢? mm/3 m，然后擰緊螺栓。

加工好的球鉸用汽車吊機(jī)安裝在定位骨架上。具體工藝步驟如下：

(1)用吊機(jī)將上球鉸吊放置一邊，并在凸球面上涂油，用塑料、膠帶將其防護(hù)好以避免生銹損壞；

(2)將下球鉸吊放在預(yù)埋支架上，利用千斤頂頂推將球鉸，水平移動，使球鉸中心處于設(shè)計(jì)中心位置，然后將球鉸在水平位置限位；

(3)進(jìn)行球鉸的高程調(diào)整。用S3級水準(zhǔn)儀對下球鉸周邊平面十字線的四點(diǎn)進(jìn)行粗調(diào)，然后用水平儀進(jìn)行精調(diào)。調(diào)整后將其與預(yù)埋定位架進(jìn)行定位焊接牢固。焊接完畢完后，再復(fù)查水平位置和高差一次；

(4)澆筑下球鉸混凝土，澆筑下球鉸前再再復(fù)查水平位置和高差，確保球鉸中心沒有變化，開始澆筑第二次下承臺混凝土。

由于下球鉸處鋼筋較密，灌筑條件差，混凝土流動性要良好。利用球鉸球面的振搗孔進(jìn)行振搗，待混凝土溢出孔后封堵振搗孔。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到50%后進(jìn)行上球鉸安裝。同時(shí)，將助推反力座及牽引反力座一并澆注完成。

2.2 安裝上球鉸

(1)安裝下球鉸球面及聚四氟乙烯復(fù)合滑塊，安裝時(shí)由中間向邊緣，按照出廠編號逐排安裝?；瑝K安裝完，用特制樣板檢查滑塊頂面是否處于同一球面。

(2)在下球鉸球面處涂黃油四氟粉，吊起上球鉸清理球面雜物后涂上黃油四氟粉，緩慢下放與下球面對中，精確調(diào)好后，將轉(zhuǎn)動軸涂上黃油四氟粉，插入上下球鉸軸套，并通過臨時(shí)限位裝置進(jìn)行固定。

(3)將上下球鉸用膠帶密封防止雜物進(jìn)入。

2.3 上轉(zhuǎn)盤施工

根據(jù)上轉(zhuǎn)盤構(gòu)造特點(diǎn)，主要施工內(nèi)容包括安裝安裝撐腳、臨時(shí)砂筒和牽引索。混凝土澆筑采用一次支模、一次澆筑成型，如圖3所示。

圖3 上轉(zhuǎn)盤施工示意圖

3 轉(zhuǎn)體實(shí)施施工技術(shù)

3.1 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)牽引力及轉(zhuǎn)體時(shí)間計(jì)算3.1.1轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)牽引力計(jì)算

啟動時(shí)最小靜摩擦力矩為：

式中：

R為球鉸平面半徑，R＝2m；μ為球鉸摩擦系數(shù)，μ靜＝0.1，μ動＝0.06；W為轉(zhuǎn)體總重量，W＝168 000 kN。

計(jì)算得最小靜摩擦力矩：M＝22 400 kN·m。

若轉(zhuǎn)體為理想的中心承重，則轉(zhuǎn)動時(shí)的啟動牽引力和轉(zhuǎn)動牽引力按照下式計(jì)算：

式中：

D為轉(zhuǎn)臺直徑。實(shí)際上轉(zhuǎn)體為不平衡轉(zhuǎn)動體系。假定轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)重心偏向后側(cè)，使一個支撐腿接觸環(huán)道，且控制該支腿最大支撐反力不超過2 000 kN，則需增加牽引力為：

式中：

R'為支撐腿半徑，取值5 m；N為支撐腿最大支撐力，取值2 000 kN。則牽引力計(jì)算公式為：

按照公式(4)計(jì)算得轉(zhuǎn)體施工的啟動牽引力為1 927 kN，轉(zhuǎn)動牽引力為1 156 kN。

3.1.2 轉(zhuǎn)體時(shí)間計(jì)算

轉(zhuǎn)動角速度要求不大于0.01－0.02 rad/min，轉(zhuǎn)體懸臂端線速度不大于1.5－2.0 m/min。實(shí)際施工時(shí)取規(guī)范最小值，轉(zhuǎn)體角速度 0.01 rad/min，即 0.57°/min。則轉(zhuǎn)體時(shí)間為：t＝26°/(0.57°/min)＝45.6 min。

橋梁實(shí)際轉(zhuǎn)體26°時(shí)，鋼絞線過鎬長度2.72 m，則鋼絞線牽引速度V＝2.72/30＝0.09 m/min。懸臂端線速度為36.3＝1.21 m/min，滿足施工規(guī)范要求。

3.2 位置控制及微調(diào)系統(tǒng)

位置控制系統(tǒng)由千斤頂、反力座、限位梁、測量儀器等組成。

3.2.1 防過轉(zhuǎn)系統(tǒng)

該系統(tǒng)由助推反力座、限位梁以及厚橡膠板等組成。在轉(zhuǎn)體快到位前，在反力座上設(shè)置限位梁和厚橡膠板，對撐腳進(jìn)行限制，防止過轉(zhuǎn)。

3.2.2 配重

配重原則是使轉(zhuǎn)體上部結(jié)構(gòu)的重心垂線落于球鉸軸心線偏后一側(cè)（重心垂線仍落于球鉸支撐面上），或使上轉(zhuǎn)盤后側(cè)撐腳落于滑道上。通過配重達(dá)到轉(zhuǎn)體過程3個有效支撐點(diǎn)即球鉸及靠后側(cè)的2個撐腳，形成可控的穩(wěn)定體系，不會發(fā)生瞬時(shí)任意方向傾斜的現(xiàn)象。

3.2.3 外環(huán)輔助防傾保險(xiǎn)裝置

在下球鉸承臺平面上設(shè)置4處外環(huán)輔助防傾保險(xiǎn)鋼構(gòu)墩，鋼構(gòu)墩與上轉(zhuǎn)盤橋墩下平面間預(yù)留一定空隙。轉(zhuǎn)體過程中如上部轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)發(fā)生傾斜，輔助墩受力支撐。外環(huán)輔助防傾保險(xiǎn)裝置如圖4所示。

圖4 外環(huán)輔助防傾保險(xiǎn)裝置圖(單位：cm)

3.2.4 微調(diào)系統(tǒng)

在轉(zhuǎn)體過程中發(fā)生偏位超標(biāo)時(shí)，用微調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，以使轉(zhuǎn)體繼續(xù)。在轉(zhuǎn)體完成后，利用微調(diào)系統(tǒng)將2個轉(zhuǎn)體的技術(shù)參數(shù)調(diào)整到允許范圍內(nèi)。微調(diào)系統(tǒng)包括軸向微調(diào)及橫向微調(diào)。

3.3 稱重試驗(yàn)

3.3.1 稱重的主要測試內(nèi)容

在試轉(zhuǎn)前，進(jìn)行不平衡稱重試驗(yàn)，測試轉(zhuǎn)體部分的不平衡力矩、偏心矩、摩阻力矩及摩阻系數(shù)等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)橋梁轉(zhuǎn)體的配重，達(dá)到安全施工、平穩(wěn)轉(zhuǎn)體的目的。

3.3.2 試驗(yàn)方法

由于球鉸體系的制作安裝誤差和拱肋質(zhì)量分布差異以及預(yù)應(yīng)力張拉誤差，導(dǎo)致兩側(cè)拱段剛度不同，質(zhì)量分布不同，從而產(chǎn)生不平衡力矩。為保證體系平穩(wěn)轉(zhuǎn)動，要求預(yù)先調(diào)整結(jié)構(gòu)體系的質(zhì)量分布，使其處于平衡狀態(tài)。

稱重試驗(yàn)原理如下：以球鉸為中心，順、反時(shí)針力矩的和應(yīng)為0，使得轉(zhuǎn)動體系能夠平衡轉(zhuǎn)動，當(dāng)結(jié)構(gòu)本身力矩不能平衡時(shí)，需增加配重使之平衡。

根據(jù)實(shí)測偏心結(jié)果，對于縱向偏心，采用在結(jié)構(gòu)頂面偏心反向位置，距離墩身中心線一定距離的懸臂段，配以水箱作為配重糾偏。

3.4 試轉(zhuǎn)

試轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)際測試啟動牽引力T0、單位時(shí)間轉(zhuǎn)動的角度及懸臂端轉(zhuǎn)動的水平弧線距離（每點(diǎn)動一次懸臂端所轉(zhuǎn)動水平弧線距離）三項(xiàng)內(nèi)容。

首先分級加載，依次為額定壓力的30%（600 kN）、50%（1 000 kN）。此時(shí)若主梁未轉(zhuǎn)動，再按每級5%加載直到計(jì)算啟動力值為止。若主梁仍未被頂動則應(yīng)停止頂推，檢查所有的頂推設(shè)備、糾偏裝置、滑動機(jī)構(gòu)等，并分析原因。

3.5 轉(zhuǎn)體施工

在完成準(zhǔn)備工作，并經(jīng)過試轉(zhuǎn)后，方可進(jìn)入正式轉(zhuǎn)體施工。轉(zhuǎn)體過程中遵循以下的控制原則：

3.5.1 啟動牽引力控制

根據(jù)試轉(zhuǎn)前確定的啟動牽引力T0，分級加載到位。

3.5.2 轉(zhuǎn)體過程控制

轉(zhuǎn)體啟動后，將動力系數(shù)調(diào)整到預(yù)計(jì)的牽引力并使其在"自動"狀態(tài)下運(yùn)行。

在橋面中心軸線合攏前1.5m，橋面監(jiān)控人員開始每10 cm給主控臺報(bào)告一次監(jiān)測數(shù)據(jù)；在20 cm內(nèi)，每1 cm報(bào)一次；即將到位時(shí)準(zhǔn)確對梁的中軸線進(jìn)行貫通測量。

3.5.3 就位控制措施

(1)轉(zhuǎn)體前在轉(zhuǎn)臺上設(shè)置弧長及角度觀測標(biāo)尺，轉(zhuǎn)體過程中進(jìn)行觀測控制。

(2)根據(jù)試轉(zhuǎn)時(shí)確定的慣性大小，提前停止自動連續(xù)頂推，改為點(diǎn)動操作。

(3)利用助推反力座安裝限位裝置，防止過轉(zhuǎn)。

3.5.4軸線與高程控制

3.6 轉(zhuǎn)體后鎖定

轉(zhuǎn)體就位后，迅速進(jìn)行轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)軸線與高程的調(diào)整工作。

首先利用轉(zhuǎn)體牽引設(shè)備逐步將轉(zhuǎn)體軸線調(diào)整到位，軸線偏差控制在2 mm以內(nèi)；然后利用永久撐腳安裝限位裝置，限制結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動；接著進(jìn)行標(biāo)高調(diào)整，誤差控制在5 mm以內(nèi)。

標(biāo)高和軸線調(diào)整符合要求后，立即進(jìn)行上下轉(zhuǎn)盤的鎖定工作，然后綁扎鋼筋立模，澆筑封鉸混凝土。

4 結(jié)論

通過滬杭高速鐵路（88+160+88）m自錨式水平轉(zhuǎn)體施工拱橋的具體施工，有以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)球鉸和轉(zhuǎn)盤的施工精度控制是難點(diǎn)，如果球鉸能夠工廠制作，采用大型起吊設(shè)備，現(xiàn)場整體吊裝，可方便位置控制。

(2)位置控制系統(tǒng)和微調(diào)系統(tǒng)是超大噸位轉(zhuǎn)體施工必不可少的輔助措施，是保證施工精度的關(guān)鍵。

(3)轉(zhuǎn)體施工要建立統(tǒng)一協(xié)調(diào)的指揮系統(tǒng)，并事先進(jìn)行試轉(zhuǎn)演習(xí)，保證各個操作人員配合協(xié)調(diào)默契。