客运专线大跨度拱桥转体施工方案研究

胡 娟

(陕西铁路工程职业技术学院 道桥工程系，陕西 渭南 714000)

1 工程概况

某客运专线大跨度拱桥为跨越城市主干道而设计。桥位与主干道斜交26°。上部结构采用(88+160+88)m自锚上承式拱桥，拱墩基础固结，拱梁固接。拱肋采用单箱单室变高箱形截面，截面高度按立特规律变化，边、中跨拱顶高4.0 m，边、中跨拱脚处截面高6.0 m。拱肋轴线采用二次抛物线，矢跨比为1/6。拱肋上设置三个拱上立柱支承(20+22+22+20)m连续梁，为配合拱肋曲线变化，连续梁边跨截面高度采用变截面，梁端截面高度4 m，跨中截面高度采用3 m，连续梁与拱肋结构分离。立面布置如图1所示。铁路客运专线因跨越交通繁忙的城市主干道，为减少桥梁施工对公路交通的影响，主桥采用平面转体施工。全桥转体重量为168 000 kN。

图1 拱桥立面布置(单位:m)

2 转动体系构造及施工

2.1 转体下转盘构造及施工

本桥转动系统由下转盘、球铰、上转盘、转体牵引系统、助推系统和轴线微调系统组成。转体体系设计为中心支承与环道支承相结合，以中心支承为主的平转体系。

图2 1/2下球铰及滑道骨架预埋件平面布置(单位:cm)

转体承台尺寸为22.9 m×19.1 m×6.5 m，四周设4.20 m×2.25 m倒角。下转盘是转体重要支撑结构，下转盘尺寸为22.9 m×19.1 m×3.5 m，布置有转体系统的下球铰、撑脚的环形滑道、转体牵引系统的反力座、助推系统和轴线微调系统等。如图2所示。

首先浇筑下转盘高2.5 m。混凝土浇筑顶高程为下球铰定位骨架底高程。绑扎承台底和侧面四周钢筋，埋设冷却管，进行第一层混凝土浇筑，并在混凝土顶面预埋滑道和下球铰骨架安装定位埋件。

球铰为钢球铰，分上下两片。球体半径为8 m，球面直径为4 m(参见图4)。滑道半径为5 m，滑道定位骨架半径分别为5.4 m和4.6 m。埋件共68块。

待下层混凝土强度达到25%后，利用预埋件安装下滑道骨架和下球铰骨架。复查无误后，绑扎预留槽两侧钢筋，安装预留槽模板，浇筑第二次1 m高混凝土。

2.2 滑道的安装

滑道板是由25 mm厚、1.2 m宽的钢板经机加工后镀铬刨光处理而成，表面粗糙度12.5，钢板加工好后应做好防腐、防锈处理。通过滑道定位架定位滑道钢板，先把下滑道块放入定位架上，利用定位架上的微调装置进行调整，然后安装第2块。装完后将整个滑道检测1遍，达到设计要求后与预埋铁件焊牢。

2.3 球铰安装

2.3.1 下球铰的安装

球铰安装在主墩承台中央，浇筑承台时，预留R=5.8 m、深0.5 m的安装槽，并在槽内预埋安装支架。先用吊机将上球铰吊开放置一边，并在凸球面上涂油，用塑料、胶带将其防护好以避免生锈损坏。再将下球铰吊放在预埋支架上，利用千斤顶将球铰在水平面上移动，使球铰中心处于理论中心位置，然后将球铰在水平位置限位，防止调整球铰高差时使球铰位置偏移。水平位置调整完毕，进行球铰的高程调整，以确保下球铰周边高程处于同一水平面内，中心套管轴线为一铅直线。调整后进行定位固定，将其与预埋定位架焊死，焊完后复查1次，如无变化就可以准备浇筑下球铰混凝土。

2.3.2 预留槽后浇混凝土的浇筑

在滑道及下球铰的定位精度及牢固性均满足要求后，浇筑预留槽混凝土。下球铰的混凝土采用C50无收缩混凝土。由于下球铰处钢筋较密，灌筑条件较差，混凝土需具备良好的流动性。要求混凝土从球铰的一边向另外一边流动，利用球铰球面的振捣孔进行振捣，不得过振和欠振，待混凝土溢出振捣孔后封堵振捣孔。混凝土灌筑完毕及时清理下球铰处污染物并封闭保护好。混凝土应进行收面和养生，待混凝土强度达到50%后进行上球铰安装。同时，将助推反力座及牵引反力座一并浇筑完成。如图3所示。

图3 预留槽后浇混凝土示意(单位:cm)

2.3.3 上球铰的安装

将下球铰球面及各滑块安装槽内清理干净，按照厂家调配过的滑块对号入座，安装聚四氟乙烯复合滑块，由中间向边缘逐排安装。滑块安装完，用特制样板复查滑块顶面是否处于同一球面。确认无误后，在下球铰球面处涂黄油四氟粉，吊起上球铰清理球面杂物后涂上黄油四氟粉，缓慢下放与下球面对中，精确调好后，将转动轴涂上黄油四氟粉，插入上下球铰轴套，并通过临时限位装置进行固定。最后，将上下球铰用胶带密封防止杂物进入。球铰构造如图4。

图4 球铰构造(单位:cm)

2.4 下层上转盘的浇筑

2.4.1 撑脚的安装

撑脚主要是用来防倾覆并与球铰构成三点支撑以保证转体平稳，同时作为转体起动时助推的着力支点，因此撑脚的安装精度要求较高。如果撑脚和滑道之间空隙太小，在砂箱脱空后，撑脚受力将大大增加，即动静摩擦阻力矩增大太多。如果撑脚与滑道之间间隙过大，砂箱脱空后，在不平衡力矩作用下使得箱梁竖转一偏角，梁端产生位移过大，转体难以进行。撑脚与滑道之间的间隙由上下球铰间滑片的压缩变形及上转盘在砂箱脱空状态下撑脚处的挠度确定，并且要再预留3～5 mm间隙以安装四氟乙烯板。

2.4.2 砂箱的安装

砂箱的主要作用是在施工期间承担球铰的部分载荷及撑脚的全部载荷，砂箱的安装主要考虑以下几个问题:砂箱的坚固性足以确保砂箱的传力需要;砂粒干燥，以保证卸载时砂粒能顺利流出;砂箱预压，以减少砂箱的塑性变形。

2.4.3 牵引索的安装和保护

牵引索是一头预埋在上转盘上的19根 φ15.24 mm钢绞线，为转体提供牵引力。牵引索的锚固端采用P锚，计算锚固长度2.1 m，实际按3 m埋设，出口处采用平滑设计，不留死弯;钢绞线采用双排设置，中心与牵引座中心对中，2条牵引索高度一致，有各自的索道，互不干扰。预留的长度要足够并考虑4 m的工作长度。

下层上转盘为厚度0.7 m，直径12 m的圆形结构，根据施工需要应考虑竖向预应力，采用直径32 mm精轧螺纹钢。绑扎钢筋，安装后牵引索，浇筑混凝土。

2.4.4 上层上转盘混凝土的浇筑

上层上转盘为14.0 m×13.0 m×1.4 m的矩形结构，结构中心与转体中心重合，按照设计要求进行钢筋、预应力及预埋件施工。

3 牵引设备的选择

牵引设备选择ZLT3000/300型连续千斤顶，配合泵站、主控台，组成连续牵引系统。牵引千斤顶额定力3 000 kN，牵引动力储备系数3.2。助推千斤顶选择4台YCD3000/300型千斤顶。根据设计采用启动时静摩擦系数按0.1，转动过程中动摩擦系数按0.06。

4 转体实施

4.1 牵引及助推系统布置

牵引系统主要作用是张拉牵引索给上转盘提供一个克服上下球铰之间及撑脚与下滑道之间动摩擦力矩的力偶。助推系统主要作用是提供一个克服静、动摩擦阻力矩差的力偶，以免牵引系统太复杂，另外，也作为牵引系统不正常工作时的应急手段。如图5所示。

图5 牵引系统、助推系统布置(单位:cm)

4.2 转体

4.2.1 试转

试转的目的主要是检测理论牵引力的准确性;测定摩擦系数和最大启动力;将密封几个月的球铰初步转动，消除部分静摩阻;检验牵引及助推系统，为正式转体提供保障;检验转体整体平衡情况。

试转步骤:准备→设备安装就位→设备空载试运行→安装牵引索→拆除上、下盘之间的固定装置以及支垫，清理环道，并涂润滑油以减小摩阻力→全面检查转体结构各关键受力部位是否有裂纹及异常情况→转体试运行。

试转时要做如下重要数据的测试工作:每分钟转速;量测每点动一次悬臂端所转动水平弧线距离的数据，以供转体初步到位后，为进行精确定位提供操作依据。

牵引系统应注意的几个问题:联动试验，因电气与液压配合比较复杂，经多次联动试验以保证可靠性;牵引索中的每根钢绞线受力宜均匀，以免受力不均出现断丝从而各个击破;牵引速度与设计基本相符，避免太快造成转体到位时制动困难。

4.2.2 正式转体

1)转体前准备

在下承台上画出上承台转体终点线，并作明显标志。同时，在中跨梁顶端部距离桥轴线100 cm处沿转体方向的位置作好标记，当该点和桥轴线标记点重合时，即标志转体将要完成，要控制转体速度。

在上转盘外圆画出刻度，刻度值采用试转中测定的每分钟转速值，以便在转体过程中，观察2个转体是否同步。在转体悬臂端安装速度传感器，随时反应2个转体的速度是否相同。

根据试转体的数据对牵引系统的额定油压进行设置，控制多台连续顶的油表读数与设置相符。

2)正式转体

试转结束，各项数据采集完成并能指导正式转体，并对试转过程中出现的异常情况全部处理完毕后，进行正式转体。

① 准备工作全部就绪，气象条件符合要求，各岗位人员到位，先让辅助千斤顶达到预定吨位，转体人员接到正式实施转体命令后，启动动力系统设备，并使其在“自动”状态下运行。

②每座转体使用的两对称千斤顶的作用力始终保持大小相等、方向相反，以保证上转盘仅承受与摩擦力矩相平衡的动力偶，无倾覆力矩产生。

③ 转体结构到达设定位置时，系统“暂停”。为防止结构超转，先借助惯性运行结束后，动力系统改由“手动”状态点动操作，每点动操作一次，测量人员测报轴线走行现状数据一次，反复循环，直至结构轴线精确就位，转体过程结束。

4.3 封铰

转体结构精确就位后，测量平面及高程，复核均满足要求后，采用钢楔块进行抄垫固定，并用电焊将钢楔块与滑道钢板，连同上盘预埋钢板进行全面焊接联结，使转体系统临时固结。系统临时锁定后，迅速进行预埋钢筋及预埋件的焊接，进行封铰混凝土浇筑施工，以最短的时间完成转盘结构固结。

4.4 合龙

待封铰混凝土强度达到设计要求后开始合龙段施工。合龙段施工采用先边跨后中跨施工顺序，边跨合龙段及中跨合龙段长度均为2 m，都采用吊架现浇法施工。

5 结语

1)选择平面转体法施工拱桥可以减少对所跨线路的影响。

2)转盘部分是转体桥的关键部位，转轴的定位精度直接影响上部结构位置的准确性，下转盘表面的平整度是影响转动过程中摩擦力大小的关键因素，下盘底混凝土的密实与否，决定着转动系统能否正常转动。

3)试转是为正式转体作准备，所以应及时调整试转中出现的问题，保证正式转体的正常进行。

4)转体过程中应严格控制转体速度及转体结构的变形，并选择合适的合龙时间。

5)设备运行过程中，各岗位人员的注意力必须高度集中，时刻注意监控动力系统设备的运行情况及转体各部位的运行情况。如果出现异常情况，必须立即停机处理，待彻底排除隐患后，方可重新启动设备继续运行。

［1］陈宝春，孙潮，陈友杰.桥梁转体施工方法在我国的应用与发展［J］.公路交通科技，2001(2):24-28.

［2］魏峰，陈强，马林.北京市五环路斜拉桥转动体不平衡重称重试验分析［J］.铁道建筑，2005(4):4-6.

［3］张健峰，钟启宾.桥梁水平转体法施工的成就及发展［J］.铁道标准设计，1992(6):19-21.

［4］张联燕.拱桥转体施工方法［J］.土木工程学报，1983，16(1):1-9.

［5］中铁第四铁道勘察设计院.新建铁路沪杭甬客运专线上海至杭州段某拱桥施工图［R］.武汉:中铁第四铁道勘察设计院，2009.