王百春

（中鐵二十二局集團第一工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 前言

橋梁轉(zhuǎn)體法施工相較支架法、懸臂法、拼裝法、頂推法等，具有不可比擬的優(yōu)勢，在跨越既有線時，能夠?qū)扔芯€運營的影響降到最低，只需轉(zhuǎn)體時要點即可，有利于保證工期，確保運營線路安全。同時，斜拉橋跨越能力強、造型美觀，對城市景觀提升起重要作用。轉(zhuǎn)體斜拉橋成為城市跨線橋結(jié)構(gòu)形式的不二選擇。

國外在轉(zhuǎn)體施工研究方面起步較早，21世紀(jì)以來國內(nèi)橋梁建設(shè)正處于創(chuàng)新和超越發(fā)展階段。唐山二環(huán)路上跨津山鐵路屬繁忙干線，縱斷面條件苛刻，采用轉(zhuǎn)體斜拉橋較好的適應(yīng)施工條件。保定樂凱大街南延工程跨京廣鐵路動脈21條鐵路，每天160多趟高鐵、貨運列車，采用轉(zhuǎn)體斜拉橋很好地解決了環(huán)境制約。武漢楊泗港快速通道青菱段跨鐵路工程施工場地緊鄰鐵路、學(xué)校、民居，三面受限，施工空間小，采用轉(zhuǎn)體斜拉橋克服場地限制，保證工期。武漢常青路高架橋由于場地限制，轉(zhuǎn)體段為43.8m+91.4m，不平衡重達(dá)3630t，采用短臂端配重、長臂端設(shè)置輔助前支撐弧形軌道進行轉(zhuǎn)體施工。

然而，轉(zhuǎn)體斜拉橋在極不平衡情況下跨越超近障礙物的相關(guān)研究尚不成熟。本文將結(jié)合哈西大橋進行跨越超近障礙物極不平衡斜拉橋轉(zhuǎn)體施工控制研究。

2 工程概況及特點

哈西大橋跨鐵路主橋方案為雙塔雙索面斜拉橋，跨徑布置為118m+198m+118m，邊主跨比0.6:1，共需跨越48條既有線。由于場站鐵路線路布置的限制，邊跨較常規(guī)斜拉橋要大（一般為0.45～0.5:1）。主橋采用半飄浮結(jié)構(gòu)支承體系，塔和過渡墩處均設(shè)置縱向活動支座。

受場地施工環(huán)境限制，施工期間臨時遷移后鐵路線路與橋墩最小凈距6.99m，主橋采用轉(zhuǎn)體施工，轉(zhuǎn)體最大重量約29500t。9#塔主梁轉(zhuǎn)體段長度為97m+101m，10#塔主梁轉(zhuǎn)體段長度為90m+107m，其中10#墩主梁中跨配重區(qū)域長43m，每延米31.4t，理論不平衡重達(dá)1350t。另一方面，10#墩邊跨側(cè)，因其接觸網(wǎng)遷改等原因，導(dǎo)致設(shè)計橋位轉(zhuǎn)體范圍內(nèi)下方接觸網(wǎng)門架橫聯(lián)與斜拉橋主梁底面距離過近，與設(shè)計位置梁底面距離約151mm，若轉(zhuǎn)體過程中對橋梁姿態(tài)不能采取穩(wěn)定有效的控制措施，極易發(fā)生干涉碰撞，影響線路運營。

針對10#墩邊跨主梁旋轉(zhuǎn)區(qū)域梁底距離接觸網(wǎng)過近情況，10#墩采用不平衡轉(zhuǎn)體方案，通過配重使10#墩中跨側(cè)2個撐腳主動著地，邊跨側(cè)主梁翹起，以增大梁體底面與接觸網(wǎng)橫梁空間。同時，球鉸與兩著地?fù)文_形成穩(wěn)定的3點支撐，轉(zhuǎn)體過程中橋梁姿態(tài)除水平旋轉(zhuǎn)外始終保持穩(wěn)定狀態(tài)，平轉(zhuǎn)到位后合攏。

3 轉(zhuǎn)體監(jiān)測情況分析

監(jiān)控誤差分析、參數(shù)識別與調(diào)整主要是對施工狀態(tài)與設(shè)計狀態(tài)的偏差分析、轉(zhuǎn)體過程中各階段橋梁狀態(tài)的把握和模型計算中的假定符合程度的評價，參數(shù)變化的敏感性分析等。

橋梁轉(zhuǎn)體施工過程影響參數(shù)復(fù)雜，橋梁各參數(shù)變量對重心影響的敏感性較強。在施工控制初期進行理論計算時，都取這些參數(shù)值為理想設(shè)計值。為了消除因設(shè)計參數(shù)取值的不定性引起的轉(zhuǎn)體過程中設(shè)計與實際的偏差，我們在轉(zhuǎn)體過程中通過監(jiān)測這些參數(shù)實際值，并與計算值比較，對參數(shù)進行識別和正確估計。對重要的設(shè)計參數(shù)有較大的偏差時，提請設(shè)計方進行理論設(shè)計值的修改，對于常規(guī)的參數(shù)誤差，通過優(yōu)化進行調(diào)整。本項目采用現(xiàn)代控制理論中的自適應(yīng)控制方法進行監(jiān)控。

經(jīng)測量接觸網(wǎng)與設(shè)計位置梁底面最近處高差約151mm，平面位置距塔中90.63m。通過確認(rèn)，球鉸及附屬設(shè)施安裝時，撐腳下方與滑道板間預(yù)留了30mm間隙?？赏ㄟ^稱配重將橋梁重心偏向無橫聯(lián)影響側(cè)，使該側(cè)撐腳落于滑道上，與滑道間墊10mm四氟板，這樣小里程側(cè)撐腳位置下降20mm，初步估算有影響接觸網(wǎng)橫聯(lián)對應(yīng)梁長90m位置抬高約252mm，梁底面距接觸網(wǎng)橫聯(lián)頂面距離403mm。以上理論數(shù)據(jù)未計拆除上轉(zhuǎn)盤支架及砂箱后上轉(zhuǎn)盤下沉量。撐腳與滑道間隙及梁底與接觸網(wǎng)橫梁凈距應(yīng)以轉(zhuǎn)體前實際測量數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。上轉(zhuǎn)盤下沉量對球鉸豎向轉(zhuǎn)動角度的影響可采取選用更薄規(guī)格的聚四氟乙烯墊板的方式消除。

4 轉(zhuǎn)體前靜置監(jiān)測

轉(zhuǎn)體前需要對轉(zhuǎn)動體進行靜置監(jiān)測，統(tǒng)計溫度及日照變化對結(jié)構(gòu)的影響。轉(zhuǎn)體日期近5天溫度及日照情況如表1所示，梁底面距接觸網(wǎng)橫聯(lián)頂距離如表2所示。試轉(zhuǎn)體時間為11月11日，12日正式轉(zhuǎn)體，記錄分析轉(zhuǎn)體日期近5天的氣溫和日照發(fā)現(xiàn)：轉(zhuǎn)體日期氣溫升高，晝夜溫差變化較大；多云轉(zhuǎn)陰，日照影響減小。

表1 轉(zhuǎn)體日期近五天溫度日照情況

表2 梁底面距接觸網(wǎng)橫聯(lián)頂距離（mm）

由于去除砂箱及轉(zhuǎn)盤支架等，梁底面距接觸網(wǎng)橫聯(lián)頂面距離較解除臨時固結(jié)前403mm減小約120mm。轉(zhuǎn)動體距離障礙物的絕對安全距離為200mm，監(jiān)測特殊時段梁底面距接觸網(wǎng)橫聯(lián)頂面距離，綜合考慮轉(zhuǎn)體時刻對超近障礙物轉(zhuǎn)體至關(guān)重要。

監(jiān)測結(jié)果顯示：15時溫度最高，梁底面距接觸網(wǎng)橫聯(lián)頂面距離達(dá)到最小值，接近220mm；早晨6時左右溫度最低且穩(wěn)定，梁底面距接觸網(wǎng)橫聯(lián)頂面距離最大，超過280mm。13#拉索索長約106m，最大溫差取15℃，則13#拉索的熱伸長約20mm，因熱伸長導(dǎo)致的拉索預(yù)應(yīng)力損失約300kN，再加上混凝土主梁受溫度影響，梁底面距接觸網(wǎng)橫聯(lián)頂距離變化最大近60mm。綜合考慮溫度影響及哈南編組站運營影響，試轉(zhuǎn)體及轉(zhuǎn)體時間定在上午完成。

5 試轉(zhuǎn)體監(jiān)測

試轉(zhuǎn)體監(jiān)測，檢查轉(zhuǎn)動體轉(zhuǎn)動狀況、牽引設(shè)備運行情況，同時記錄點動1″、2″、5″、10″、20″轉(zhuǎn)動角度及梁端測點轉(zhuǎn)動距離，為最終轉(zhuǎn)體段精確對中調(diào)平就位，防止超轉(zhuǎn)提供數(shù)據(jù)支撐。試轉(zhuǎn)體點動姿態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，如表3所示。

表3 試轉(zhuǎn)體點動姿態(tài)監(jiān)測表

6 正式轉(zhuǎn)體監(jiān)測

轉(zhuǎn)體監(jiān)測采用自動化監(jiān)測輔助人工監(jiān)測同時進行。在主梁兩端懸臂分別放置4個徠卡360°大棱鏡，使用2臺全站儀成90°不同方位觀測梁端高程變化及轉(zhuǎn)動角度，相互輔助校核。

在轉(zhuǎn)盤上預(yù)先做好刻度盤，專人監(jiān)測轉(zhuǎn)動角度、轉(zhuǎn)動距離，控制轉(zhuǎn)動速度。轉(zhuǎn)體過程中，對塔、梁、球鉸等關(guān)鍵部位及關(guān)鍵截面進行應(yīng)力監(jiān)測。

自動化監(jiān)測采用現(xiàn)場總線、無線傳輸系統(tǒng)，通過監(jiān)測云平臺實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸，電腦端及APP客戶端實時查看。包括表面測斜探頭自動化監(jiān)測主塔偏位；壓電加速度計自動化監(jiān)測梁端振動；風(fēng)速風(fēng)向儀自動化監(jiān)測環(huán)境風(fēng)力；塔梁關(guān)鍵位置及球鉸處應(yīng)力計、錨索計自動化監(jiān)測塔梁及球鉸內(nèi)力狀態(tài)和拉索索力。

（1）主塔垂直度監(jiān)測。在各主塔塔肢內(nèi)安裝表面測斜探頭，采用雙軸傾角傳感器作為敏感元件，靈敏度達(dá)到0.001°。當(dāng)橋梁發(fā)生變形時，測斜儀可以測量出塔的兩個相互垂直方向相對于重力軸線的傾角，使用安裝位置的幾何尺寸，就可以計算出塔X、Y方向的變形，從而達(dá)到監(jiān)測橋塔的目的。其中X軸為縱橋向，Y軸為橫橋向，轉(zhuǎn)體過程中實時監(jiān)測主塔傾斜變化，監(jiān)測結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，由于球鉸摩擦系數(shù)很小，在啟動及轉(zhuǎn)體過程中，主塔傾斜變化很小，轉(zhuǎn)動體基本處于穩(wěn)定轉(zhuǎn)動狀態(tài)。在主梁接近超近障礙物區(qū)域，人為控制轉(zhuǎn)速減慢時，轉(zhuǎn)動體由于慣性導(dǎo)致兩塔肢出現(xiàn)方向相反的傾斜，有離心運動趨勢，最大角度變化值為0.065°。測斜探頭安裝位置距離塔頂50m，則塔頂最大位移變化為0.057m?？缭秸系K物后轉(zhuǎn)速恒定，主塔傾角恢復(fù)。

（2）主梁梁端振動監(jiān)測。分別在邊中跨梁端安裝壓電加速度傳感器，轉(zhuǎn)體過程中，實時監(jiān)測主梁梁端振動幅度，監(jiān)測結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，在轉(zhuǎn)體過程中，主梁梁端會由于風(fēng)力變化、轉(zhuǎn)動體速度變化、轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)不均勻摩擦力等出現(xiàn)振動，邊跨和中跨振動變化情況一致。在連續(xù)千斤頂定速工作狀態(tài)下，振動頻率基本在0.05Hz上下0.025Hz范圍內(nèi)變化。

當(dāng)主梁接近超近障礙物，千斤頂轉(zhuǎn)為人工干預(yù)狀態(tài)前后，轉(zhuǎn)速出現(xiàn)變化時，梁端振動頻率出現(xiàn)較大變化，頻率變化范圍達(dá)到0.08Hz左右?？缭秸系K物后，轉(zhuǎn)體速度穩(wěn)定，梁端振動頻率基本穩(wěn)定在0.05Hz。

（3）著地?fù)文_應(yīng)力監(jiān)測。兩著地?fù)文_為3#和4#撐腳，分別安裝表貼式智能弦式應(yīng)變計，與綜合讀數(shù)儀直連，實時監(jiān)測兩著地?fù)文_應(yīng)力狀態(tài)，其應(yīng)力變化隨轉(zhuǎn)體角度變化情況如圖3所示。

由圖3可知，兩著地?fù)文_應(yīng)力變化情況一致，說明兩撐腳能夠與球鉸形成穩(wěn)定的三點支撐，受力均衡。轉(zhuǎn)體過程中，撐腳始終處于受壓狀態(tài)，應(yīng)力小范圍波動，變化幅度在2.5MPa左右，可能與滑道不絕對水平，轉(zhuǎn)體過程中人為涂抹黃油、加墊四氟乙烯板有關(guān)。撐腳為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，受應(yīng)力變化影響很小。

在試轉(zhuǎn)體和轉(zhuǎn)體過程中，試轉(zhuǎn)體點動數(shù)據(jù)良好支撐轉(zhuǎn)體施工，正式轉(zhuǎn)體梁端旋轉(zhuǎn)最大角速度為0.018rad/min，最大線速度為1.93m/min，符合設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求。

7 結(jié)語

通過對超近障礙物極不平衡斜拉橋轉(zhuǎn)體過程進行分析及監(jiān)測，得到如下結(jié)論。

（1）晝夜溫差大，溫度影響顯著。最長拉索索長約106m，熱伸長約20mm，熱伸長導(dǎo)致的拉索預(yù)應(yīng)力損失約300kN；混凝土主梁受溫度影響，梁底面距接觸網(wǎng)橫聯(lián)頂距離變化最大近60mm。

（2）哈西大橋轉(zhuǎn)體過程中，塔頂最大位移為0.057m；梁端振動頻率基本在0.05Hz；兩支撐撐腳應(yīng)力變化幅度為2.5MPa左右。

（3）轉(zhuǎn)體過程自動化監(jiān)測，能夠?qū)碚搮?shù)進行識別和優(yōu)化，實現(xiàn)施工智能化和信息化。