施明金

（中國鐵建大橋工程局集團有限公司，天津 046200）

1 工程概況

上跨太焦鐵路及G208分離立交橋位于長治市沁縣新店鎮(zhèn)棟村東南方向，采用整體式斷面，橋面寬度為25.7m，該橋中心樁號為K57+359.500，起終點樁號為K57+238.5～K57+480.5，橋梁全長242m。

上部結(jié)構(gòu)采用1-（65m+112m+56m）三孔單箱三室變高連續(xù)箱梁，其中主跨112m上跨太焦鐵路、國道G208（二長線）、省道S220。1號墩頂（60+60）m梁段采用懸澆施工后轉(zhuǎn)體76°就位，2號墩頂（50+50）m梁段采用懸澆施工，先合攏兩側(cè)邊跨，后合攏中跨。0號橋臺采用樁柱式橋臺，3號臺采用肋板臺，1號墩不設(shè)橋墩，支座直接位于上承臺頂，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，2號墩采用矩形橋墩，基礎(chǔ)均采用樁基礎(chǔ)。該橋平面分別位于圓曲線上和緩和曲線上，縱斷面縱坡-27%，2號墩承臺左轉(zhuǎn)10°，其余墩臺徑向布置。

2 工程特點

轉(zhuǎn)體主墩布置在太焦鐵路小里程側(cè)，橋梁平面位于=1000m的圓曲線及緩和曲線上，交叉角度82.1°，交叉點梁底至軌面凈距為10.632m，特點如下。1）上跨太焦鐵路及G208分離式橋采用平轉(zhuǎn)法轉(zhuǎn)體，橋梁轉(zhuǎn)體靠自身旋轉(zhuǎn)就位。2） 轉(zhuǎn)體橋13000t質(zhì)量全部由上下兩承臺軸心球鉸承受，球鉸承載力大，轉(zhuǎn)動過程可靠、平衡。3）轉(zhuǎn)體過程施工工藝和所用的施工機械簡單，轉(zhuǎn)體過程僅需轉(zhuǎn)體系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、動力泵站即可使上部結(jié)構(gòu)在2小時的短時間內(nèi)轉(zhuǎn)體就位，操作簡便易行，便于掌握過程，更便于推廣與應(yīng)用。4）采用轉(zhuǎn)體施工方法的關(guān)鍵技術(shù)問題是轉(zhuǎn)動設(shè)備與轉(zhuǎn)動過程的牽引力、施工過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)強度保證、結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)換、與全橋最終順利合龍。

3 轉(zhuǎn)體橋轉(zhuǎn)體牽引施工技術(shù)要點

3.1 轉(zhuǎn)體施工控制

上跨太焦鐵路及G208分離立交橋1#墩采用轉(zhuǎn)體施工工藝，且跨越運營太焦鐵路，安全不利因素較多，既有線太焦鐵路作業(yè)施工安全風險大。為保障轉(zhuǎn)體施工過程安全及太焦鐵路正常運營，在施工過程中必須進行轉(zhuǎn)體過程施工控制，轉(zhuǎn)體過程施工控制包括轉(zhuǎn)體前的專項試驗和轉(zhuǎn)體過程的施工監(jiān)控。

3.2 1#墩轉(zhuǎn)體牽引方案及相關(guān)計算

上跨太焦鐵路及G208分離立交橋1#墩轉(zhuǎn)體上下轉(zhuǎn)盤是轉(zhuǎn)體系統(tǒng)非常重要的結(jié)構(gòu)，上盤外邊長1300cm×高240cm，上轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)臺直徑φ1050cm，高度為80cm，其在整個轉(zhuǎn)體過程中形成一個復(fù)雜的受力狀態(tài)。待上下盤混凝土齡期滿足要求且強度達到設(shè)計值55MPa及以上時才能進行整個1#墩轉(zhuǎn)動系統(tǒng)支承體系的轉(zhuǎn)換，抽去墊板，使轉(zhuǎn)臺支承于球鉸上。1#墩轉(zhuǎn)臺內(nèi)預(yù)埋轉(zhuǎn)體牽引索，預(yù)埋端采用固定P型錨具-23孔，同一對索的錨固端在同一直徑線上并對稱于圓心，每根牽引索的預(yù)埋高度平行，和牽引方向保持一致，每對牽引索的出口點對稱于轉(zhuǎn)盤中心，牽引索埋入轉(zhuǎn)盤長度不少于4m。由23束鋼絞線組成的牽引索的外露部分圓順地纏繞在直徑φ1050cm上轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)臺周圍，當與預(yù)埋鋼筋相沖突時，適當挪動預(yù)埋鋼筋，并采取特殊措施保護牽引索，以防止1#墩施工過程中鋼絞線損傷或銹蝕。通過連續(xù)千斤頂施加轉(zhuǎn)動力矩，使轉(zhuǎn)臺繞球鉸中心軸水平轉(zhuǎn)動。檢查球鉸的運轉(zhuǎn)是否正常，測定動、靜摩擦系數(shù)，為轉(zhuǎn)體施工提供依據(jù)。轉(zhuǎn)體牽引油缸采用兩套QYD3500s-250型連續(xù)張拉千斤頂系統(tǒng)，轉(zhuǎn)體時，連續(xù)牽引油缸固定在牽引反力座上加載。

設(shè)靜摩擦系數(shù)為0.1，動摩擦系數(shù)為0.06，現(xiàn)場測試靜摩擦系數(shù)、動摩擦系數(shù)略小于設(shè)計值，滿足設(shè)計要求如下。

1#墩轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的牽引力計算及設(shè)備配置；

1#墩轉(zhuǎn)體總質(zhì)量為130000kN；

1#墩摩擦力計算公式為=×；

1#墩轉(zhuǎn)動過程中的動摩擦系數(shù)按=0.05；1#墩動摩擦力=×=6500kN。

啟動時靜摩擦系數(shù)按=0.1，靜摩擦力=×=13000kN。

牽引力矩計算如公式（1）所示。

式中：為牽引啟動力，為轉(zhuǎn)體質(zhì)量，為摩擦系數(shù)，為轉(zhuǎn)體半徑。

轉(zhuǎn)體拽拉力計算如公式（2）所示。

式中：-球鉸平面半徑，=2.0m；-1#墩轉(zhuǎn)體總質(zhì)量，=13000t；-1#墩上轉(zhuǎn)臺直徑，=10500cm；-1#墩球鉸摩擦系數(shù)，=0.1，=0.05。計算結(jié)果如下。1#墩轉(zhuǎn)動過程中牽引力=2/3×（··）/= 825kN；

1#墩啟動時最大牽引力=2/3×（··）/=1651kN。上跨太焦鐵路及G208分離立交橋1#墩轉(zhuǎn)體選用兩套QYD3500s-250型連續(xù)張拉千斤頂系統(tǒng)，通過反力座系統(tǒng)，使纏繞于直徑10.5m的轉(zhuǎn)臺圓周上的23束鋼絞線帶動1#墩轉(zhuǎn)動體系轉(zhuǎn)動。

3.3 1#墩轉(zhuǎn)體施工前稱重試驗及相關(guān)計算

1#墩施工現(xiàn)場成立各個職能組，包括對外聯(lián)絡(luò)組、防護監(jiān)察組、設(shè)備安裝調(diào)試組、牽引組、監(jiān)測組、安全檢查組、工程技術(shù)組、物資供應(yīng)組及應(yīng)急救援組。

1#墩懸灌梁在轉(zhuǎn)體施工前需要完成懸灌頂面轉(zhuǎn)體部分橋面的防撞墻、防拋網(wǎng)等附屬結(jié)構(gòu)工程，保證轉(zhuǎn)體完成后不再有所涉及的橋梁施工鐵路上方的施工作業(yè)。

拆除臨時約束：對稱拆除，共4個。

清理滑道，在撐腳底與滑道頂?shù)拈g隙中墊四氟乙烯板，并涂抹黃油。

解除臨時支座，清除結(jié)構(gòu)平轉(zhuǎn)范圍內(nèi)障礙物。

1#墩懸灌梁施工完成后，在兩側(cè)掛籃拆除前需要對橋梁遠端、承臺等觀測點進行實施觀測并現(xiàn)場記錄；兩側(cè)掛籃全部拆除后要靜置24小時以上，觀測間隔時間為2小時，并對懸灌梁標高、平面位置、大氣測量溫度進行記錄，若發(fā)生觀測點標高突變等不利情況，立即報告現(xiàn)場主管工程師，對橋梁上下結(jié)構(gòu)全面進行檢查，并安排其他測量人員進行換手復(fù)測。

1#墩轉(zhuǎn)體部分施工完成后，為確定懸灌梁是否需要進行配重，確保懸灌梁縱橋梁、橫橋向平衡受力和轉(zhuǎn)體過程順利進行，應(yīng)根據(jù)施工方案進行1#墩轉(zhuǎn)動體的稱重試驗，計算球鉸上方的不平衡力矩和需要配重荷載。

根據(jù)布置圖，在1#墩轉(zhuǎn)動體懸灌梁兩側(cè)的臨時支承處布置4部螺旋式千斤頂，并在每臺千斤頂頂面設(shè)置荷重傳感器。根據(jù)設(shè)計在球鉸上轉(zhuǎn)盤下方四周布置了4個精密百分表，用以判斷其在稱重試驗過程中是否會發(fā)生轉(zhuǎn)動。

上下盤約束解除前在撐腳和滑道間設(shè)置百分表，記錄初讀數(shù)，約束解除后，觀測百分表讀數(shù)變化?？v向方向在梁體較重一側(cè)上下轉(zhuǎn)盤間設(shè)置千斤頂，并施加頂升力，觀測百分表讀數(shù)變化。當縱向兩側(cè)百分表讀數(shù)變化一致時，讀取千斤頂力，則測得的不平衡彎矩=×，為千斤頂中心距球鉸中心距離。

根據(jù)現(xiàn)場稱重情況，平衡配重為=/，為不平衡彎矩，為配重荷載中心距球鉸中心距離，一般配重荷載設(shè)置在梁端部。

首先，在1#墩懸灌梁在梁體及承臺上下轉(zhuǎn)盤處做好測量線形，監(jiān)控所需的明顯標識。

其次，在1#墩懸灌梁箱梁上做好梁體左中右中線明顯標識、梁體前端截面的實時測量點標記。

再次，在1#墩懸灌梁滑道轉(zhuǎn)盤上做好線轉(zhuǎn)動速度的控制明顯標識，并在承臺上轉(zhuǎn)盤外緣黏貼坐標米格紙帶，避免過快及過慢，以便于監(jiān)測并控制轉(zhuǎn)體過程中的轉(zhuǎn)體速度。

從次，對1#墩懸灌梁其他所需的觀測點一定要提前做好明顯標識，并要盡可能預(yù)見轉(zhuǎn)體施工動態(tài)變化過程中測點的通視性、可視性，便于觀測。

（1）1#墩懸灌梁采用球鉸轉(zhuǎn)動測試不平衡力矩法，這種方法采用測試剛體位移突變的方法進行測試，受力明確，而且只考慮剛體作用，不涉及撓度等影響因素較多的參數(shù)，結(jié)果比較準確。脫架完成后，整個梁體的平衡表現(xiàn)為兩種形式之一。一個是1#墩轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩（M）大于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩（M），此時梁體不發(fā)生繞球鉸的剛體轉(zhuǎn)動，體系的平衡由球鉸摩阻力矩和轉(zhuǎn)動體不平衡力矩保持。

圖1 轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩大于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩

另一個是1#墩轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩（M）小于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩（M），此時體發(fā)生繞球鉸的剛體轉(zhuǎn)動，直到撐腳參與工作，體系的平衡由球鉸摩阻力矩、轉(zhuǎn)動體不平衡力矩和撐腳對球心的力矩保持，如圖2所示。L為小里程懸臂端長度，L為大里程懸臂端長度，為上承臺左中心至邊長，為上承臺右中心至邊長。

圖2 轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩小于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩

1#墩設(shè)轉(zhuǎn)動體重心偏向北側(cè)，在南側(cè)承臺實施頂力，當頂力逐漸增加到使球鉸發(fā)生微小轉(zhuǎn)動的瞬間，建立力矩平衡方程，如公式（3）所示。

在北側(cè)承臺實施頂力，當頂力逐漸增加到使球鉸發(fā)生微小轉(zhuǎn)動的瞬間，建立力矩平衡方程，如公式（4）所示。

則不平衡力矩如公式（5）所示。

摩阻力矩如公式（6）所示。

式中：M-不平衡力矩，M-摩阻力矩，為上承臺左中心至邊長，為上承臺右中心至邊長，-南側(cè)承臺實施頂力，-北側(cè)承臺實施頂力。

除上述傳統(tǒng)方法外，當橋梁豎向轉(zhuǎn)動力矩小于球鉸摩阻力矩時，球鉸不發(fā)生豎向轉(zhuǎn)動，可采用“橋梁轉(zhuǎn)體施工平衡重調(diào)控系統(tǒng)”進行測試調(diào)節(jié)平衡重，經(jīng)過大量的研究和工程實踐總結(jié)，該方法簡單精確，效率高。

（2）梁體澆筑完后，砂箱或工字鋼卸載前在上、下盤間每個撐腳和滑道間安設(shè)1個百分表，共計4個，記錄各百分表初讀數(shù)。卸載上、下盤間砂箱或工字鋼后，觀測百分表讀數(shù)變化，根據(jù)讀數(shù)變化、轉(zhuǎn)體質(zhì)量、轉(zhuǎn)鉸直徑等相關(guān)參數(shù)來計算轉(zhuǎn)鉸偏心彎矩，根據(jù)計算結(jié)果在梁端施加平衡荷載，并根據(jù)百分表讀數(shù)變化不斷循環(huán)精調(diào)，最終使百分表讀數(shù)變化一致，則橋梁結(jié)構(gòu)達到最佳平衡狀態(tài)。

（3）關(guān)于摩阻系數(shù)及偏心距。當進行1#墩轉(zhuǎn)動體球鉸靜摩擦系數(shù)的分析計算稱重試驗時，摩阻力矩等于摩擦面上每個微面積上的摩擦力對過球鉸中心豎轉(zhuǎn)法線的力矩之和。1#墩轉(zhuǎn)動體的球鉸沿梁軸線的豎向平面內(nèi)發(fā)生逆時針、順時針方向微小轉(zhuǎn)動的過程，即微小角度的豎轉(zhuǎn)。如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)動體球鉸繞Z軸轉(zhuǎn)動摩擦系數(shù)計算示意圖

當1#墩球鉸面半徑相對比較大，而矢高相對比較小時，即比較小時，可將整個摩擦面按近似平面計算。根據(jù)研究成果及工程實踐，使用四氟乙烯片作為球鉸靜摩阻系數(shù)和偏心距時，可用公式（7）（1#墩轉(zhuǎn)動體球鉸靜摩阻系數(shù)）和公式（8）（1#墩轉(zhuǎn)動體轉(zhuǎn)動體偏心距）計算。

式中：-球鉸中心轉(zhuǎn)盤球面半徑，-轉(zhuǎn)體質(zhì)量，-轉(zhuǎn)動體偏心距，-轉(zhuǎn)動體球鉸靜摩阻系數(shù)。

（4）關(guān)于施力設(shè)備及測點布置。①1#墩轉(zhuǎn)動體撐腳處施力。=10.5m，=13000t，根據(jù)測定摩阻系數(shù)取0.05；得到設(shè)計1#墩轉(zhuǎn)動體靜摩阻力矩0.98×0.05×130000×10.5=66885kN·m。該試驗1#墩轉(zhuǎn)動體上盤承臺施加頂力。在距轉(zhuǎn)體中心線約5.5m處位置，設(shè)置四臺5000kN的千斤頂，分別對轉(zhuǎn)體梁1#墩轉(zhuǎn)動體進行測試，在每臺千斤頂上設(shè)置精密壓力傳感器，用于測試反力值，同時在1#墩轉(zhuǎn)動體上轉(zhuǎn)盤底四周布置4個位移傳感器，用于測試球鉸的微小轉(zhuǎn)動的位移量。1#墩轉(zhuǎn)動體每臺千斤頂需要的頂力為66885kN/（4×5.5）=3040kN。②梁端處施力。為減小千斤頂出力，可增大力臂即在懸臂端適當位置處（如距懸臂端2m處）放置千斤頂，施加頂力。每臺千斤頂需要的頂力為66885kN/（2×58）=577kN?？刹捎肣LD-50型手動螺旋式千斤頂，但需要在懸臂端位置處布置施力平臺。

3.4 轉(zhuǎn)體前的試運行

實施轉(zhuǎn)體過程時需要進行全程監(jiān)控。轉(zhuǎn)體過程分試轉(zhuǎn)和正式轉(zhuǎn)體兩次進行。試轉(zhuǎn)角度為5°，轉(zhuǎn)體角度為逆時針5°，影響鐵路時間約5min。試轉(zhuǎn)完成后在撐腳與滑道間打入鋼楔進行臨時鎖定，正式轉(zhuǎn)體前取出。

3.5 1#墩懸灌梁平轉(zhuǎn)最終實施

在各項轉(zhuǎn)體施工準備工作完成后，經(jīng)現(xiàn)場質(zhì)檢工程師檢查無誤，再報請現(xiàn)場監(jiān)理工程師確認。上報鐵路有關(guān)部門，在鐵路有關(guān)部門批準的120min的時段內(nèi)進行轉(zhuǎn)體。

根據(jù)現(xiàn)場指令，同步對稱張拉牽引千斤頂，按100kN/級逐級分級施加力，當張拉力達到計算的最大靜摩阻力，直至撐腳走板水平位移，觀測確定啟動，并記錄靜摩阻力。

施工現(xiàn)場根據(jù)鐵路部門確定的轉(zhuǎn)體120min內(nèi)進行轉(zhuǎn)體作業(yè)。平轉(zhuǎn)過程中實時監(jiān)測梁端部位高程變化、轉(zhuǎn)體速度、空間位置、牽引力、剩余弧長等關(guān)鍵參數(shù)。1#墩梁體勻速轉(zhuǎn)動，在平轉(zhuǎn)距設(shè)計位置約1m處減速，降低平轉(zhuǎn)速度。在距設(shè)計位置0.5m處采用中鐵西南院自主研發(fā)的“行程點動”技術(shù)，根據(jù)剩余梁端弧長確定鋼絞線行程距離。在距設(shè)計位置0.1米處停止轉(zhuǎn)動，現(xiàn)場測量軸線的高差及平面位置，根據(jù)軸線的高差及平面位置差值精確點動操作，控制精確定位，防止其超轉(zhuǎn)。

當1#墩懸灌梁轉(zhuǎn)體就位后，根據(jù)測量數(shù)據(jù)精確調(diào)整轉(zhuǎn)體傾斜位置，并用提前預(yù)留型鋼將上下轉(zhuǎn)盤焊接牢固。臨時墩墩頂與梁底先行焊接牢固，防止懸灌梁體在外力作用下的擺動。1#墩懸灌梁利用下轉(zhuǎn)盤承臺頂上的臨時支撐設(shè)置的千斤頂，精確調(diào)整梁體端頭部位的標高，并采取鋼支撐臨時錨固等有效措施固定。

連續(xù)千斤頂?shù)陌惭b和轉(zhuǎn)盤23束鋼絞線軸向保持一致，兩臺連續(xù)千斤頂保持牽引同步。穿牽引索鋼絞線時不能交叉或扭轉(zhuǎn)，一定要保持平行，使其受力均勻，所使用的牽引索鋼絞線左、右兩側(cè)均勻分布。

4 結(jié)語

1#墩懸灌梁轉(zhuǎn)體施工是一個相對復(fù)雜的動力學過程，關(guān)系到1#墩懸灌梁轉(zhuǎn)體的精度、可操作性和穩(wěn)定性，對球鉸稱重質(zhì)量的精確性尤為關(guān)鍵。應(yīng)當加強對1#墩懸灌梁轉(zhuǎn)體過程中的動力學等問題的進一步研究，如不利條件的風荷載影響、轉(zhuǎn)體過程中的旋轉(zhuǎn)加速度、角速度的影響等。除上述影響外，還須考慮1#墩懸灌梁轉(zhuǎn)動梁體在加速轉(zhuǎn)動過程中不利因素對梁體與承臺臨時固結(jié)的影響。