上跨既有铁路线的连续梁桥小天窗点转体施工技术

重壹　．　　．上跨既有铁路线的连续梁桥小天窗点转体施工技术　谢小飞　张月邈　周胜强　王少兵　中建三局基础设施工程有限公司　湖北武汉４３００６４　摘要：新建武汉至十堰高速铁路云安特大桥与既有汉丹铁路线交汇，故采用（６０＋１。０＋６０）ｍ转体连续梁桥上跨穿越　既有铁路。为解决转体施工过程中仅有５０　ｍｉｎ“小天窗”点带来的难度，通过对转体施工难点进行分析，同时对转体　施工的配重试验、转动速度、制动距离等进行研究计算。并进一步加强施工过程的管理安排，最终用时４８　ｍｉｎ精确地　实现了小天窗点转体施工。　关键词：高速铁路；连续梁桥；上跨既有线；小天窗点；转体施工；控制技术；精度　中圈分类号：ＴＵ９９７　文献标志码：Ａ　ＤＯＩ：１０．１４１４４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｚｓｇ．２０１７．１２．０４２　Ｒｏｔａｒｙ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｇｉｒｄｅｒ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｏｖｅｒｃｒｏｓｓｉｎｇ　Ｅｘｉｓｔｉｎｇ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｌｉｌｌｅ　Ｊｕｓｔ　ａｔ　Ｌｉｍｉｔｅｄ　Ｐｅｒｉｏｄ　ＸＩＥ　Ｘｉａｏｆｅｉ　ＺＨＡＮＧ　Ｙｕｅｍｉａｏ　ＺＨＯＵ　Ｓｈｅｎｇｑｉａｎｇ　ＷＡＮＧ　Ｓｈａｏｂｉｎｇ　ＣＣＴＥＢ　Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｉｖｅ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ，Ｈｕｂｅｉ　４３００６４，Ｃｈｉｎａ　‘　随着高速铁路的快速发展，新建线路和既有线路交汇　２　转体系统施工精度控制　处采用转体方式上跨穿越已经成为大多新建线路的首选。　转体系统的安装精度对后期转体施工能否顺利地进行　新建汉十高速铁路云安特大桥１００　ｍ转体连续梁桥上跨既有　有着关键性作用，因此，对转体系统的安装精度控制至关　线汉丹铁路，转体施工需要占用既有线上下行天窗点，由　重要。转体系统安装精度控制的要点主要包括下球铰的安　于汉丹线车流量较大，可利用天窗点时间仅为５０　ａｒｉｎ。项　装精度、滑道的安装精度及撑脚与滑道间隙控制。　目技术人员通过精确控制球铰安装精度，优化转体施工部　２．１下球铰安装精度控制　署，改进精调施工工艺，最终在小天窗点时间内完成了转　２．１．１定位支架安装　体及精调施工。　定位支架的安装精度对下球铰安装影响较大，因此　定位支架需要精确安装。为保证定位支架平稳，支架基础　１　工程概况　采用砂浆抹面，基础成型面相对高差不大于２　ｍｍ。拱脚　新建汉十高速铁路云安特大桥上跨营业线汉丹铁路，　支架安装前在地面画出控制点后原位拼装，再根据地面上　线路夹角为３０．２７。（图１）。采用（６Ｏ＋１００＋６０）ｍ连续　位置精调支架至设计位置。水平位置无误后，调节并复测　梁上跨既有铁路线，该连续梁桥采用承台平面转体施工工　高程，用楔形铁片抄平，使支架顶横梁相对标高差不大于　艺，在３１８　、３１９　承台上安装设计承载力为７５　０００　ｋＮ的球　２　ｍｍ，最后将支腿与下承台预留角钢焊接固定。　铰，然后通过转体技术将主梁旋转至新建线路上。　２．１．２下球铰安装　下球铰的安装是转体系统的重点控制工序之一，其安　装精度直接影响整个转体系统的安装精度。在固定完成的　定位支架上精确控制下球铰的位置并吊装下球铰到位。　进行对中调节施工的同时转动下球铰，使定位支架上　微调螺栓（图２）与球铰上的螺栓孔对齐。对中调节时，　把棱镜固定在下球铰中心位置，同时在下球铰中心处设置　图１连续梁与既有铁路平面关系　吊锤与地面中心复核，利用坐标和参照点“双控”法控制　下球铰安装。下球铰水平位置调节完成后，在定位支架上　焊接下球铰水平限位角钢，防止因后续进行的高程调节引　起水平方向变动。利用微调螺栓精调下球铰标高至设计位　置。下球铰安装完成后，水平方向最大偏差为０．６　ｍｍ，不　大于１　ｍｍ；高程最大偏差为０．３　ｍｍ，不大于０．５　ｉｎｍ，均符　合设计要求。　建筑麓工・第３９眷・ｇ１２ｍ　８２亘　谢小飞　张月邈周胜强　王少兵：　上跨既有铁路线的连续梁桥小天窗点转体施工技术　，　图２微调螺栓大样　２．２滑道安装精度控制　滑道由滑道骨架和滑道钢板组成，滑道支架安装精　度控制同下球铰定位支架安装，滑道钢板分为２０块，采用　逐块安装调节的方法。先铺设滑道钢板至骨架上，使其预　留螺栓孔与微调螺栓对齐，然后根据测量结果调节微调螺　栓并精确定位。在每块钢板中心选取测量点并采用精密水　准仪进行循环测量调整，钢板调整完成后局部平整度最　大为０．４７　耸　ｍｍ，不大于０．５　ｍｍ；任意两点最大相对高差为　０．４９　ｍｍ，不大于２　ｍｍ，均符合设计要求。　２．３撑脚与滑道间隙精度控制　撑脚与滑道间隙精度主要由支撑措施决定，因此撑脚　的支撑措施是间隙精度控制的关键因素，撑脚的支撑措施不　仅要考虑支撑效果，还需要综合考虑后续施工。常见的控制　措施有钢楔子支撑和铁箍支撑【Ｉｌ，各自的优点与缺点如表１所　示。　表１不同撑脚间隙控制支撑优、缺点比较　方案　制作　安装　间隙控制效果　拆除　造价　钢楔子　简单　方便　较好，可能出现滑移．需要固定在滑道上　　困难。可能　破坏滑道　经济　石英砂＋铁箍　简单　方便　一般，可能产生较大沉降　简单　经济　铁砂＋铁箍　简单　方便　较好　简单　较高　通过比选可以得知，每种支撑方案各有其优劣，而该　项目的关键点在于间隙控制效果和拆除难易程度。如果采　用钢楔子，则钢楔子放置在滑道上，可能出现滑移，而钢　楔子不允许直接焊接在滑道上，需要在两侧焊接角钢以阻　止其滑移。　施工过程中易出现的沙箱沉降或者梁体偏压等情况将　导致钢楔子被撑脚压实，给拆卸施工带来困难，甚至需要　破坏撑脚的走板。若选择石英砂＋铁箍，则后续拆除施工　相对容易，但撑脚落至石英砂上后将使石英砂沉降，需要　提前设置预抬值，而预抬值取值比较困难。如果把石英砂　换成铁砂，则可以同时方便拆卸和控制沉降，但是其造价　比较高。　综合以上方案的优缺点，项目部最终采用铁砂＋铁箍　支撑撑脚与滑道的间隙。通过采用铁砂＋铁箍支撑措施，　施工前设置２　ｍｍ预抬值，铁箍拆除后，现场间隙实测值均　在１９．５～２０．５　ｍｍ之间，满足施工需要。　８２　２０１７・１２・Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｃｏｎｓｌｍｏｔｉｏｎ　３转体施工准备　３．１称重试验　３．１．１理论基础　假设悬臂箱梁绕球铰发生刚体转动，在对悬臂箱梁施　加转动力矩的同时测试球铰切向转动位移，绘出二者关系　曲线口】；而静摩擦与动摩擦的临界状态就在其位移发生突变　的那一点。利用竖向位移与切向转动位移，竖向顶力与转　动力矩存在的固定比例关系来绘制力一位移曲线，从而准确　地找出其临界点。　３．１．２球铰静摩擦因数确定　由于Ｔ构两侧的混凝土浇筑及桥面附属的施工很难控　制得完全一样，故导致Ｔ构两侧存在不平衡。卸载后，如果　Ｍ　＞Ｍ　，则梁体有转动趋势，但不会绕球铰转动（图３）；　如果　＜　，则可能出现绕球铰转动（图４）。　ｊ顺时针转动　／１、　ＭＱ时试验示意　；逆时针转动　，ｒ＼　图４当Ｍｚ＜ＭＱ时试验示意　１）当　＞　时：　＝（ＰＩＬ１＋Ｐ　２）／２　（１）　＝（ＰｌＬｌ—Ｐ２Ｌ２）／２　（２）　２）当　＜　时：　＝（　广Ｐ　）／２　（３）　Ｍｇ＝（Ｐ落Ｌｌ＋Ｐ升Ｌ１）／２　（４）　＝ＭＪ（Ｒ×Ｇ）　（５）　ｅ＝ＭＥＣ　（６）　式（１）～（６）中：　——球铰摩擦力矩；　——转动不平衡力矩；　Ｉ叠簟　、堕　里墼　壁塑三　．圭堕　堕垡竺壅竺　３．３确定启动牵引力　２　ＧＲ／３Ｄ　宣塞堕　塑三垫　．Ｐ——位移突变时相应的荷载值；　Ｌ——顶推力对球铰的力臂；　Ｒ——球铰半径；　——（９）　式中：Ｔ——启动牵引力；　静摩擦因数：　Ｄ——牵引力力臂。　３．４转体速度的选择　根据图纸设计要求，转动角速度控制在０．０　ｌ～　ｅ——转动偏心距：　Ｃ——Ｔ构重力。　３．１．３仪器布置　０．０２　ｔａｄ／ａｒｉｎ之间，查阅类似转体工程转动角速度研究嘲，结　合本工程实际情况，该连续梁转体角速度定为０．０１７５　ｒａｄ／ｓ　在桥梁转动体两侧对称于桥梁中心线布置４台４　０００　ｋＮ　千斤顶，并在每台千斤顶上设置压力传感器以获取试验过　程中临时支点的数据。在两侧撑脚处的位置布置４个百分　表，记录每级加载时相应的竖向位移。在相邻位置布置４个　水平向百分表，记录每级加载时相应的水平位移（图５），　用以综合判断球铰转动的临界状态，合理地确定临界力　值。　图５试验仪器布置　３．１．４试验步骤　根据现场卸载后未发生绕球铰转动的情况可知，试验　需要按照图３模型进行。　１）先进行中合龙方向顶升。将数字百分表全部清零，　读取初读数后，将２台４　０００　ｋＮ千斤顶在中跨侧施加力。每　级加载２００　ｋＮ后读取横向、竖向百分表数值和记录相应的　顶升力，直至竖向、横向百分表读数出现突变，记录相应　临界荷载值（Ｐ１）及位移值，此时再向上加载３级，计数完　成后卸载。　２）再顶升边跨侧，按照上述步骤进行加载计数，测量　出临界荷载值（ｊ）２）。　３．２配重方案　在转体施工中，顺桥向梁轴线宜设置一定偏心，略　呈倾斜态势，一侧撑脚落地，形成两点竖向支承，增加了　转动体在转动过程中竖平面内的稳定性。偏心距一般设为　５～１５　ｃｍ。　Ｇｌ＝（　）／Ｌ　（７）　ｅ　（Ｇ，Ｌ＋耽），（Ｇ＋Ｇ１）　（８）　式中：Ｇ．——梁体配重；　ｅｔ——配重后的偏心距。　（即ｌ。／ｍｉｎ，悬臂端线速度约０．８５８　ｍ／ｍｉｎ）。　３．５制动距离研究　根据牛顿力学定律，当转体的Ｔ构停止施加牵引力　时，梁体在惯性作用下会滑移一段距离。准确计算制动距　离可保证梁体准确就位。　计算原理是将转体简化为一个重力为Ⅳ的刚体沿球铰　半径２／３的圆周转动，在转体由动变静的过程中，根据能量　守恒可知，摩擦力做的功应等于转体由动变静的动能。　连续梁悬臂梁端设计线速度Ｖｌ：０．８５８　ｍ／ｍｉｎ，梁端至　转动中心的距离￣Ｌ＝４９　ｍ，球铰平面半径　＝１．７５　ｍ，球铰　２，３处的线速度　＝ｏ．０２３　８　ｍ／ｍｉｎ，则转体的动能　；Ⅳ　，２。　设止动所需的转角为　，则摩擦力所做的功为ｗ２＝ｗｌ：　Ｍ　（Ｍ　为摩擦力转动矩）。　Ｍ１－２／３ＲＮ￣，　＝ＩＶｌ／Ｍ１，则惯性制动距离ｌ＝Ｌａ。　取动摩阻因数０．０６（图纸设计值），将相关数据代　入以上公式，得中墩惯性制动距离为０．１９８　ｍ。　３．６转体试验　为应对小天窗点时间，项目部决定减少点动施工转动　弧度（角度），利用转体试验全真模拟正式转体施工。结　合现场实际情况，以尽量多转来缓解后续施工压力和试转　后梁体不侵入既有线为控制因素，确定转体试验角度６。。　转体试验点动梁端转动弧长为０．４　ｍ。在撑脚终点位置精确　设置限位措施以防超转，从而保证精准到位（图６、图７）。　图６限位装置　本次试转的主要目的是：检查理论启动力的可靠性，　得出准确的启动力；测试千斤顶的工作性能：检查转动速　度是否合适；检验本次转体施工人员的协同能力及主责分　１ｔ１ＩＩＩ　ｒ・１１３９１１・１１１２１１　２　谢小飞张月邈周胜强王少兵：　上跨既有铁路线的连续梁桥小天窗点转体施工技术　图７限位装置基础大样　工；检验转体终点限位装置的性能；全真模拟最后点动施　工及记录用时。　根据试转结果（３　１　８　墩）可知，启动牵引力为　５７４　ｋＮ，与理论计算值５５５．６　ｋＮ基本一致；匀速牵引力　为４４７　ｋＮ，启动用时１０１　ｓ，点动用时７　ａｒｉｎ，转动总弧长　５．１２９　ｍ，制动距离０．２０　ｍ。　４　转体施工　４．１　转体施工卡控时间表　根据转体试验数据，编制转体施工卡控时间表，如表２　所示。　表２转体施工卡控时间　序号　工序　卡控用时／ｍｉｎ　１　线路封闭及下达转体施工命令　２　２　转体启动　２　３　正常转体施工　２４　４　点动施工　７　５　撑脚限位施工　５　６　高程调节施工　５　７　锁定，恢复封闭线路　４　合计用时　５０　由于时间比较紧迫，故正式转体施工前，　需要做好转　体施工应急部署，做到转体施工有条不紊。　４．２转体施工　１）天窗点之前，全部施工人员就位，测量仪器架设完　成。　２）提前在限位装置上精确标出本次转体终点，并提前　在附近放置限位主梁、千斤顶、焊机等限位施工机具，以　便于后续施工。　３）天窗点开始后，总指挥下命令立刻开始转体施工。　４）转体的倒数第２个撑脚转过限位墩上终点标记线后　立刻安装限位主梁。　５）根据理论计算和试转试验，剩余弧长约为Ｏ．６０　ｍ时　开始停止施加牵引力，滑移后梁端剩余弧长约为０．４０　ｍ。　现场剩余弧长约为０．６０　ｍ时开始停止施加牵引力，滑移后　剩余弧长为０．４１　ｍ，与理论分析比较一致，然后开始进入　点动施工。　一８２■２０１　７・１　２・Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　６）点动梁体，贴紧限位主梁后停止。　４．３精调及加固　４．３．１轴线精调　与限位装置靠紧后，立刻展开复测，复测Ｔ构两侧　轴线偏差为７　ｍｍ￣１５　ｍｍ。根据ＴＢ　ｌ０７５２—２０１０《高速　铁路桥涵施工质量验收标准》中第１０．４．２０条规定，梁体　轴线偏位不大于Ｌ／６　０００，本连续梁轴线偏差不得大于　１０　０００／６　０００＝１．６７　ｃｍ，轴线偏差符合设计要求，立刻安装　撑脚限位梁，使Ｔ构在水平方向上锁定。　４．３．２高程精调　轴线调节完成后对撑脚限位，然后测量梁面高程，中　合龙端梁面高程低于设计高程６　ｃｍ。根据规范要求，梁面　高程偏差不大于２０　ｍｍ，两悬臂端相对高差不大于１５　ｍ／ｎ。　根据测量结果，利用千斤顶以１　ｉｎｍ为单位调节梁面高程，　最终Ｔ构端高程最大偏差７　ｈｉｍ，两悬臂端相对高差５　ｍｍ，　满足规范要求。　４．３．３转体固定　高程调节完成后，立刻利用钢楔子对撑脚进行抄垫，　用双拼４５　工字钢做成的铁盒子替代原千斤顶支撑后再卸　载。完成本次小天窗点的转体施工（图８）。　图８转体完成后现场实景　５　结语　该转体连续梁于２０１７年３月２８日凌晨０２＂３５开始转体　施工，用时４８　ｍｉｎ完成施工，转体完成后实测轴线偏差和　高程偏差均在１０　ｍｍ以内。通过施工精度控制的分析、转　体过程中理论参数的研究以及现场的施工管理，完美地实　现了小天窗点转体施工，得到武汉铁路局的表扬和业主的　绿牌嘉奖，产生了良好的社会效益，对后续类似工程有较　大的参考价值。　☆☆参考文献☆☆　１】李曙光．杭州石大路大桥转体施工工艺研究【Ｊ】．中外公路，２０１３，３３　（３）：１　８８—１　９Ｏ．　２Ｊ蔡军田．客专大跨度连续梁转体施工平衡称重分析　．城市道桥与　防洪，２０１　３（２）：６９—７１．　３】徐飞．大跨度连续梁桥转体施工监控及力学特性分析【Ｄ】．兰州：兰　州交通大学，２０１　６．