韋慶武

(中鐵二十五局集團(tuán)第二工程有限公司 江蘇南京 210046)

1 前言

橋梁轉(zhuǎn)體施工即將橋梁結(jié)構(gòu)在非設(shè)計(jì)軸線位置制作(澆筑或拼接)成形后，通過轉(zhuǎn)動體系使其旋轉(zhuǎn)就位[1]。根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動方向，橋梁轉(zhuǎn)體施工方法可分為豎轉(zhuǎn)施工、平轉(zhuǎn)施工及平豎轉(zhuǎn)相結(jié)合施工，其中以平轉(zhuǎn)應(yīng)用最為廣泛。我國1977年開始研究轉(zhuǎn)體施工技術(shù)，并成功采用平轉(zhuǎn)法施工技術(shù)建成了四川遂寧70 m箱肋拱橋。隨著橋梁轉(zhuǎn)體技術(shù)的發(fā)展，人們越來越認(rèn)識到該項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)越性，特別是在施工條件受到嚴(yán)重限制的工況下，轉(zhuǎn)體施工無可取代。

2 工程概況

迎賓大道與鄭萬高鐵等鐵路立交工程設(shè)計(jì)范圍為K2＋792.306～K3＋298，全橋長496.694 m。全橋分為三聯(lián)，其中L3聯(lián)為(60＋102＋60)m轉(zhuǎn)體剛構(gòu)連續(xù)梁，在8＃墩兩側(cè)設(shè)置(51＋48.5)m不對稱T形剛構(gòu)梁采用“平轉(zhuǎn)法”轉(zhuǎn)體跨越鄭萬高鐵，轉(zhuǎn)體角度88°。T形剛構(gòu)兩端梁高2.8 m，墩頂根部梁高6.5 m，梁高變化由梁底采用1.5次拋物線漸變形成。箱梁標(biāo)準(zhǔn)頂寬38.85 m，與匝道銜接處變寬至47.474 m，為目前世界上跨高鐵最寬轉(zhuǎn)體橋，橋梁總重近20 000 t。8＃主墩下部結(jié)構(gòu)采用25根φ1.6 m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橋墩為雙肢薄壁矩形墩，上部結(jié)構(gòu)均采用整幅斜腹板單箱五室截面。

轉(zhuǎn)體前，8＃主墩梁體邊緣線與鄭萬線接觸網(wǎng)支柱水平距離為12.13 m，梁體現(xiàn)澆支架邊線與鄭萬線接觸網(wǎng)支柱水平距離為8.8 m；轉(zhuǎn)體完成后梁底與鄭萬線接觸網(wǎng)支柱頂垂直距離為2.08 m。

3 轉(zhuǎn)體施工主要思路及施工方法

鄭州航空港迎賓大道與鄭萬高鐵立交工程采用先平行鄭萬高鐵預(yù)制再進(jìn)行平衡轉(zhuǎn)體的施工方法。L3聯(lián)T構(gòu)連續(xù)箱梁采用平轉(zhuǎn)法承重、頂推牽引、平衡三大系統(tǒng)，8＃墩連續(xù)梁“T”構(gòu)沿在建鄭萬高鐵方向采用型鋼桁架結(jié)合盤扣支架和滿堂盤扣支架現(xiàn)澆的施工方法，再利用鄭萬線聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間“封鎖”時(shí)間點(diǎn)內(nèi)平面轉(zhuǎn)體就位，位置關(guān)系見圖1。

圖1 轉(zhuǎn)體橋與鄭萬高鐵布置示意(單位：m)

3.1 轉(zhuǎn)體主要結(jié)構(gòu)

主橋下轉(zhuǎn)盤尺寸為(18.6×18.6×5)m(長×寬×高)，下轉(zhuǎn)盤預(yù)埋下球鉸、滑道定位骨架及滑道。

上下承臺之間設(shè)置上球鉸、撐腳、砂箱、千斤頂反力座、牽引反力座及轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤直徑φ14.2 m、高度0.9 m。轉(zhuǎn)盤是球鉸、撐腳與上承臺相連接的部分，又是轉(zhuǎn)體牽引索直接施加的部位[2]。

上轉(zhuǎn)盤尺寸為(15.2×15.2×2)m(長×寬×高)，四角設(shè)置(3×3)m倒角形成八邊形結(jié)構(gòu)。

3.2 轉(zhuǎn)動體系安裝

(1)下轉(zhuǎn)盤

下轉(zhuǎn)盤為支承轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)全部重量的基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)體完成后，與上轉(zhuǎn)盤共同形成基礎(chǔ)。下轉(zhuǎn)盤上設(shè)有轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的下球鉸、直徑為12 m的環(huán)形下滑道及8組千斤頂反力座。撐腳與下滑道的間隙為20 mm，千斤頂反力座用于轉(zhuǎn)體的啟動、制動和姿態(tài)微調(diào)等(見圖2)[3]。

圖2 下轉(zhuǎn)盤安裝

下承臺高5 m，依據(jù)設(shè)計(jì)圖推算，下承臺頂面標(biāo)高往下0.85 m為球鉸骨架底部，考慮球鉸安裝時(shí)的安全性，下承臺混凝土分兩次澆筑，第一次混凝土澆筑3.9 m高度，第二次混凝土澆筑高度1.1 m。

(2)球鉸

中心轉(zhuǎn)盤球面半徑為10 m，上轉(zhuǎn)盤球缺高0.607 m，下轉(zhuǎn)盤球缺高0.283 m。定位中心轉(zhuǎn)軸直徑為270 mm。上下面板均為鋼板壓制而成的球面，背部設(shè)置肋條，場外拼裝成型后，用100 t吊車將下球鉸骨架整體吊入設(shè)計(jì)位置，以減少后期調(diào)整量，偏差不大于3～5 cm。在澆筑第二層混凝土前，需要對球鉸進(jìn)行清理、涂抹黃油、覆蓋雙層薄膜進(jìn)行保護(hù)。

(3)上轉(zhuǎn)盤撐腳與滑道

上轉(zhuǎn)盤共設(shè)有8組撐腳，每組撐腳由2個(gè)φ900×24 mm的鋼管混凝土組成，下設(shè)30 mm厚鋼板，鋼管內(nèi)灌注C55微膨脹環(huán)氧混凝土。撐腳中心線的直徑為12 m。撐腳在工廠整體制作后運(yùn)至工地，在下轉(zhuǎn)盤混凝土灌注完成、上球鉸安裝就位時(shí)即可安裝撐腳[4]。在滑道面內(nèi)鋪裝3 mm厚鏡面不銹鋼板及5 mm厚的聚四氟乙烯板(每塊容許應(yīng)力不小于100 MPa)。

在撐腳的下方(即下轉(zhuǎn)盤頂面)設(shè)有寬1.3 m的滑道，滑道中心直徑為12 m。定位時(shí)確保整個(gè)滑道面在同一個(gè)水平面上，其相對高差≯2 mm[5]。

(4)上轉(zhuǎn)盤

上轉(zhuǎn)盤平面尺寸(15.2×15.2)m(橫向×縱向)，四個(gè)角設(shè)置(3×3)m的倒角形成八邊形結(jié)構(gòu)，厚2.0 m。其中轉(zhuǎn)臺直徑為14.2 m，高度0.9 m，轉(zhuǎn)臺內(nèi)預(yù)埋4組牽引索，固定端采用P型錨具，對角牽引索的錨固端應(yīng)在同一直徑線上并對稱于圓心，每根索的預(yù)埋高度應(yīng)和牽引方向一致。每根索埋入轉(zhuǎn)臺的長度應(yīng)大于4.0 m，每根索的出口點(diǎn)也應(yīng)對稱于轉(zhuǎn)盤中心[6]。

(5)上、下轉(zhuǎn)盤臨時(shí)約束

墩梁施工時(shí)，為保證不發(fā)生相對位移和轉(zhuǎn)動。在上轉(zhuǎn)臺千斤頂反力座之間安裝 32型鋼做限位梁，并用鋼楔子與千斤頂反力座頂緊。轉(zhuǎn)體施工前，打掉剛楔子，切割 32型鋼以利轉(zhuǎn)體。

3.3 轉(zhuǎn)動施工

本橋轉(zhuǎn)體部分懸臂長度為(51＋48.5)m，轉(zhuǎn)體重量為20 000 t。針對超寬不對稱結(jié)構(gòu)，采取稱重試驗(yàn)，并確保預(yù)配重平衡，通過轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)轉(zhuǎn)動上轉(zhuǎn)盤使梁體軸線與設(shè)計(jì)位置重合。下轉(zhuǎn)盤中心設(shè)鋼轉(zhuǎn)軸，上轉(zhuǎn)盤中心設(shè)定位軸套管，使上下轉(zhuǎn)盤中心重合。轉(zhuǎn)體過程按“中心承重”的思路進(jìn)行，不考慮支撐腳的支撐作用。

(1)稱重試驗(yàn)及配重

橋梁正式轉(zhuǎn)體前，應(yīng)進(jìn)行試轉(zhuǎn)。用千斤頂＋位移傳感器進(jìn)行稱重試驗(yàn)，采取梁體兩點(diǎn)豎向支承、穩(wěn)定性更佳的縱向傾斜配重方案。配重位置按照設(shè)計(jì)要求在梁端向墩身方向2.5 m處，沿橋梁軸線方向，前后分別配重280 t、60 t。針對橋梁超寬的實(shí)際情況，在轉(zhuǎn)體前征得鐵路管理部門同意后，在橋面上配置1臺25 t吊車，針對轉(zhuǎn)體過程可能發(fā)生的不平衡情況適當(dāng)進(jìn)行配重調(diào)整。

(2)牽引力及設(shè)備配置

本橋設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動重量(T構(gòu)總重，包含梁部、墩身及上承臺)185 000 kN，球鉸豎向承載力為200 000 kN，滿足要求。轉(zhuǎn)動體系采用鋼球鉸，分上下兩片，半徑2.5 m。上轉(zhuǎn)盤底座半徑7.1 m，則牽引力偶臂為2×7.1 m＝14.2 m。

據(jù)橋規(guī)計(jì)算公式，轉(zhuǎn)體牽引力計(jì)算公式為:

T＝2FGR/(3D)

式中，T為牽引力；G為轉(zhuǎn)體最大總重力，G＝185 000 kN；R為球鉸水平半徑，R＝2.5 m；D為牽引力偶臂，D＝14.2 m；f為摩擦系數(shù)，靜摩擦力系數(shù)取0.1，動摩擦力系數(shù)取0.06。

啟動時(shí)所需最大牽引力T1＝2×185 000×0.1×2.5/(3×14.2)＝2 171.4 kN；轉(zhuǎn)動時(shí)所需要最大牽引力T2＝2×185 000×0.06×2.5/(3×14.2)＝1 302.8 kN。

實(shí)際轉(zhuǎn)體按不平衡體系轉(zhuǎn)動，即人為控制轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)偏向后側(cè)，使一個(gè)撐腳接觸滑道，控制該撐腳反力不超過2 000 kN[7]。在上述設(shè)定的轉(zhuǎn)動條件下，計(jì)算牽引力為:

T＝2(R×G×f)/(3D)＋N×f×R撐/D

式中，N為轉(zhuǎn)體時(shí)撐腳最大支撐力，N＝2 000 kN；R撐為撐腳半徑，R撐＝6 m。

啟動時(shí)所需要最大牽引力T1＝2×185 000×0.1×2.5/(3×14.2)＋(2 000×0.1×6)/14.2＝2 255.9 kN；轉(zhuǎn)動時(shí)所需要最大牽引力T2＝2×185 000×0.06×2.5/(3×14.2)＋(2 000×0.06×6)/14.2＝1 353.5 kN。

轉(zhuǎn)動時(shí)選用兩組液壓、同步、自動連續(xù)牽引系統(tǒng)(牽引系統(tǒng)由連續(xù)千斤頂、液壓泵站及主控臺組成)[8]，牽引設(shè)備應(yīng)按滿足牽引力大小要求配置。牽引力形成水平旋轉(zhuǎn)力偶，通過拽拉錨固且纏繞于直徑1 420 cm的轉(zhuǎn)臺圓周上的19φs15.2鋼絞線，使得轉(zhuǎn)動體系轉(zhuǎn)動[9]。轉(zhuǎn)體啟動時(shí)千斤頂?shù)淖畲蟀踩禂?shù)為3 000×2/2 255.9＝2.6，轉(zhuǎn)動時(shí)千斤頂?shù)淖畲蟀踩禂?shù)為3 000×2/1 353.5＝4.4；轉(zhuǎn)體啟動時(shí)牽引索的最大安全系數(shù)為1 860 000×0.000 14×19×2/2 255.9＝4.3；轉(zhuǎn)動時(shí)牽引索的最大安全系數(shù)為1 860 000×0.000 14×19×2/1 353.5＝7.3。

(3)轉(zhuǎn)體時(shí)間

按照設(shè)計(jì)圖的要求，轉(zhuǎn)體時(shí)轉(zhuǎn)動角速度控制在0.012～0.02 rad/min之間，考慮箱梁的平穩(wěn)和安全，牽引速度按0.012 rad/min控制。T8墩轉(zhuǎn)體牽引所用時(shí)間計(jì)算值為130 min。

(4)轉(zhuǎn)體封鎖施工防護(hù)

正式轉(zhuǎn)體前，必須向鐵路相關(guān)部門申請封鎖計(jì)劃，連續(xù)T構(gòu)梁轉(zhuǎn)體需在封鎖點(diǎn)內(nèi)完成。

(5)試轉(zhuǎn)

試轉(zhuǎn)的目的:一是驗(yàn)證轉(zhuǎn)體系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備是否運(yùn)行正常；二是采集原始數(shù)據(jù)，分析評估后作為正式轉(zhuǎn)體的依據(jù)。

(6)正式平轉(zhuǎn)

封鎖點(diǎn)內(nèi)，根據(jù)轉(zhuǎn)體分工表，統(tǒng)一指揮、各司其職。采用現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控轉(zhuǎn)盤上事先布置并編號的刻度線，轉(zhuǎn)體時(shí)必須加強(qiáng)轉(zhuǎn)動角度的觀測和記錄，同時(shí)通過主控臺控制兩對牽引索油泵的牽引力。線形監(jiān)控采取橋下尺量和橋上全站儀測量雙控的方式，每旋轉(zhuǎn)5°及時(shí)向總指揮報(bào)告1次，在距離就位終點(diǎn)1 m時(shí)，采取點(diǎn)動方式精確定位。

(7)封固轉(zhuǎn)盤

T構(gòu)轉(zhuǎn)體精確就位后，須立即將事先精確定位預(yù)埋的鋼板(型鋼反力架)與撐腳縫隙塞入鋼楔塊并焊接臨時(shí)鎖定，確保T構(gòu)在外力作用下(特別是大風(fēng)情況)不產(chǎn)生位移。清理臺面、連接預(yù)留筋、模筑C55微膨脹環(huán)氧混凝土，完成上下轉(zhuǎn)盤永久固結(jié)(見圖3)。

圖3 T構(gòu)轉(zhuǎn)體就位

4 轉(zhuǎn)體施工注意事項(xiàng)及控制措施

(1)防超轉(zhuǎn)限位裝置

在轉(zhuǎn)體過程中進(jìn)行橋下＋橋上全程動態(tài)監(jiān)控。在上、下轉(zhuǎn)盤的滑道之間設(shè)置8個(gè)保險(xiǎn)撐腳，撐腳下底面距離滑道頂面預(yù)留約20 mm縫隙，轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)精確就位后，采用鋼抄手進(jìn)行抄墊固定，并用電焊將鋼抄手同撐腳走板鋼板、上盤滑道預(yù)埋鋼板進(jìn)行全面焊接連接。如果發(fā)生超轉(zhuǎn)，在滑道千斤頂反力座位置采用2臺YZW300型千斤頂頂推撐腳，將轉(zhuǎn)體部分反向頂回至設(shè)計(jì)位置[10]。

(2)T構(gòu)縱橫向重量不平衡

如果轉(zhuǎn)體前T構(gòu)兩端重量出現(xiàn)嚴(yán)重不平衡，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)重心發(fā)生較大偏移而超出臨界范圍，甚至出現(xiàn)中心定位軸被剪壞、外環(huán)支撐柱混凝土局部受壓破壞等現(xiàn)象。因此對于重心偏移，現(xiàn)場必須采用混凝土配重塊或水袋(本工程上跨高鐵不允許采用水袋法)在轉(zhuǎn)體前調(diào)整T構(gòu)縱橫向兩端重量，同時(shí)在下承臺外環(huán)道上預(yù)配4臺500 t豎向千斤頂。

(3)縱向不平衡彎矩

理論上兩端受豎向力為平衡狀態(tài)，但由于施工荷載的影響(風(fēng)荷載)，會產(chǎn)生不平衡彎矩。如產(chǎn)生不平衡彎矩，相應(yīng)采取以下防傾覆預(yù)案:

①撐腳可以承受210 t·m的彎矩，可利用撐腳輔以加工好的型材可消除不平衡彎矩，有效降低傾覆產(chǎn)生概率。

②在兩T構(gòu)邊跨端頭箱梁頂放置1個(gè)容積為120 m3的水袋，四周用(1×1×1)m混凝土塊圍擋進(jìn)行固定(具體混凝土擋塊數(shù)量根據(jù)試轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)確定)。轉(zhuǎn)體過程實(shí)時(shí)測量懸臂端高程變化，發(fā)生異?？赏ㄟ^水袋的水量及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

③轉(zhuǎn)體到位后，采用鋼楔塊塞緊撐腳與滑道間隙，并焊接牢固，確保梁體穩(wěn)定。

5 結(jié)束語

針對迎賓大道上跨鄭萬高鐵超寬不對稱T構(gòu)轉(zhuǎn)體工程，采用“平轉(zhuǎn)法”轉(zhuǎn)體施工方案，通過合理優(yōu)化轉(zhuǎn)體系統(tǒng)、預(yù)平衡配重系統(tǒng)，采取不平衡彎矩、不均衡重量配重及防超轉(zhuǎn)限位裝置等措施，有效降低了不對稱橋梁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體的施工風(fēng)險(xiǎn)，于2019年10月22日歷時(shí)120 min順利完成轉(zhuǎn)體施工，并被央視和省級媒體爭相報(bào)道和宣傳，社會效益明顯。