跨既有铁路连续梁转体施工关键技术研究

刘建新

（中铁二十局集团有限公司 陕西西安 710016）

1 引言

新建郑（郑州）万（万州）铁路北汝河特大桥跨孟平铁路连续梁采用平面转体施工。以球铰承重进行转体为基本理念，转动体系为平衡转动体，采用钢壳预埋法合龙施工。做到了安全快速转体、高效经济合龙，降低了对桥下既有铁路行车和设备的影响［1］。

2 工程概况

跨越孟平铁路转体连续梁位于北汝河特大桥DK157+083.405～DK157+305.205段，梁体中心里程为DK157+194.305，与既有孟平铁路交叉中心里程为K93+385，交角129°，工点位于孟平铁路平顶山西站—孟庙站区间。该连续梁为（60+100+60）m转体连续梁，以中跨跨越形式上跨铁路，其梁体位于曲线半径R＝9 000 m的缓和曲线上，桥面宽度12.6 m，单T构重量80 000 kN，转体角度分别为39°和 48°。

施工中采用“平行于既有铁路钢支墩现浇+逆时针转体合龙”的方案施工［2］，转体后在孟平铁路上方合龙，梁体就位后采用“先中跨再边跨”的顺序进行合龙，合龙段距接触网最小距离为2.3 m。该连续梁与既有铁路位置关系如图1、图2所示。

图1 连续梁与既有铁路立面位置关系（单位：mm）

图2 连续梁与既有铁路平面位置关系

3 转体施工关键技术

要实现连续梁桥转体过程中“牵引小、转的稳、刹得住、对的准、合龙快、干扰少”的目标，转体桥梁在施工中需做好以下4项关键技术:

（1）球铰的设计与安装；（2）试转工作的准备；（3）转体就位及精调；（4）合龙段施工技术。

3.1 球铰的设计与安装

3.1.1 球铰的设计

球铰是桥梁转体施工的关键，通常从形式上分为“钢轴+环道”组合、“钢管混凝土轴+钢滚轮”组合、“混凝土球铰+支撑脚”组合和“钢管混凝土轴+混凝土球铰”组合4种形式；从材料上分为混凝土球铰和钢制球铰2种。从近年施工来看，钢制球铰具有强度高、摩擦力小、安装快等优点，但价格昂贵；混凝土球铰价格低廉，但混凝土球面打磨施工周期长，易出现转体过程不平稳等缺点。本桥采用成品的钢制球铰进行施工，主要由球铰钢支架、下盘、定位轴、轴套、聚四氟乙烯滑块和上盘组成，其球铰结构如图3所示。

图3 球铰结构示意（单位：cm）

球铰安装前，必须弄清“中心承重转体”和“球铰与滑道共同承重转体”两个概念。其中“中心承重转体”即形成转体体系后所有的T构重量全部在球铰上，不考虑撑脚的作用，滑道与撑脚仅作为冗余安全措施；“球铰与滑道共同承重转体”即形成转体体系后所有的T构重量在球铰和滑道两部分上。前者牵引力小，容易转动，转动过程对平衡要求高；后者牵引力相对大，增加了滑道处的支撑后，对滑道要求更高，对平衡要求降低，转体就位后精调所需时间长。

3.1.2 球铰的安装

（1）安装支架、下盘、滑道

球铰安装采取“分层定位、逐层精准”的原则来控制。浇筑下承台至支架底部标高时，注意在混凝土顶面预埋支架四脚的定位角钢或钢板，按照支架四脚的设计标高测量放样，采用吊装法安装支架，支架的平面位置及高程符合设计要求即可。

下盘与支架采用螺栓连接，下盘安装时采用四点吊装。球铰安装成功的第一关键要素在于下盘安装精度控制，其核心在于控制下盘的水平及平面的相对高差。因为转体过程上盘在下盘上转动，若下盘平整度偏差超过±0.5 mm后，将会导致转体过程梁体不稳、线形难以控制等问题。同时，滑道安装时注意滑道与承台顶层钢筋间的冲突，且滑道整环平面高程按照±1 mm控制［3］。

球铰安装完成后，绑扎钢筋。浇筑混凝土时务必高度重视滑道和下盘底部混凝土的密实［4］。

（2）安装上盘、撑脚

待混凝土强度达标后，开始清理下盘表面。按照四氟乙烯滑块的编号与下盘凹槽的编号，由内到外一一对应镶嵌，镶嵌过程中必须采用橡胶锤进行敲击，防止未镶嵌牢固；采用润滑油脂与聚四氟乙烯粉均匀拌和后涂抹下盘顶面，涂抹厚度10 mm为宜，确保上下盘之间润滑填充物密实；在中心销孔内插上定位轴后覆盖上盘；对上盘的平面位置进行复测，无误后用胶带封住上下盘的边缘。整个安装过程要求球面保持清洁干净，严禁将杂物带至球面。

撑脚安装是一道非常关键的工序，撑脚安装将直接影响转体的难易程度。本桥撑脚安装是按照“中心承重转体”的理念来设计。撑脚安装时，首先在滑道上对撑脚设计位置放样，然后在滑道上安装不锈钢板。T构施工完成后，为保证顺利拆除上、下承台间的砂箱，且防止上下盘间的润滑充填物挤出后出现撑脚与滑道密贴现象，建议在撑脚底部与滑道不锈钢板间预留30 mm左右的间隙，即在砂箱拆除、梁体下沉后，撑脚与滑道仍有足够的空隙方便转体，同时也能保证转体过程中撑脚起到储备、备用的作用。

撑脚安装前，首先用高度为30 mm的矩形管在不锈钢板上点焊比撑脚底部四周大50 mm的封闭框体，然后在框体内平铺一层厚度为30 mm的标准砂后安放撑脚。试转前，按照“对称拆除”原理拆除砂箱，然后移除撑脚下方的标准砂。以上关键点的落实满足了“中心承重转体”的理念，同时也杜绝了转体过程中撑脚携带部分梁体重量导致转体阻力增加等缺点［5］。

图4 试转主要准备工作流程

3.2 试转工作准备

试转主要准备工作如图4所示。

3.2.1 拆除砂箱

梁体T构完成后，立即对影响既有线安全的遮板、防护栏等结构进行施工，并在砂箱拆除前后对梁顶、上盘标高测量判断不平衡重［6］。以“横纵对称、先纵后横、交叉拆对”的原则拆除砂箱，本桥以1#→8#的递增顺序进行拆除，具体如图5所示。

图5 上承台砂箱拆除顺序示意

3.2.2 称重

称重的主要目的是实测单个转体T构两侧悬臂端在转体过程中的不平衡重［7］，并测定转动过程的静、动摩阻系数，为转体牵引力提供试验数据。

该桥根据称重结果基本与施工所用的混凝土、钢筋材料重量不平衡相吻合，对于横纵向偏心，均采用在梁顶面的偏心反向位置进行配重［8］，距离墩身中心线-定距离的悬臂端位置设置预压配重块。

3.2.3 牵引设备、限位装置安装

对液压及电气设备提前进行标定，然后梳理钢绞线、安装调试连续千斤顶，同时在内外反力座上对称安装2套备用助推千斤顶［9］；再清理滑道面板，撑脚底靴上设置降阻四氟板，涂抹黄油四氟粉于不锈钢板上；最后安装防过转的限位装置。

3.2.4 试转数据整理及转区划分

以试转测试启动牵引力T静、正常牵引力T动、单位时间主桥转动角速度及悬臂端转动线速度和点动操作时惯性影响大小等，为正式转动时提取各类参数和修正值。同时通过试转，还可检验转体方案的可靠性、实用性，检验操作人员的协同反应力，提高天窗时间的认识和把控，进一步完善转体方案。

根据试转数据，把转动分为三个过程区:启动区、转动区、点动区。

3.3 转体就位及精调

转体就位精度高低会直接影响合龙精度。就位后应立即精调梁体轴线、梁体横向坡度和中边跨合龙口高程。具体操作如下:

采用250 kN千斤顶对撑脚进行驱动调整梁体的线形；同时在上下承台间纵、横桥向安放4台4 000 kN千斤顶对梁体高程进行调整；对梁体前后的结构物中线贯通。在高程、纵轴线精调完成符合设计及规范要求后，在撑脚下填塞楔形钢板锁定，然后灌填支座砂浆对撑脚底部与滑道间缝隙进行填塞。

3.4 合龙段施工

转体施工完成后，由于中跨合龙段位于铁路上方，其施工模板的安拆是两道风险性较大的工序，同时需多次使用天窗。为减少拆除模板带来的安全风险，该桥中跨合龙段采用了钢壳预埋法施工。合龙前在最后一个节段预埋一段钢壳，梁体就位后安装中间钢壳，利用钢壳作模板并兼起封闭防护作用。既能做到空间对线路封闭性好，施工完后又不拆除，操作简单方便，消除了拆除安全隐患。

通过归纳比较，钢壳预埋法与传统的挂篮或吊架法施工相比具有以下特点:

（1）结构受力清晰，安装方便；

（2）转体完后，能立即进行封口作业，减少安装风险；

（3）不需拆除，大大降低了安全隐患；

（4）施工速度快，社会效益明显；

（5）需检测钢壳内混凝土的实体质量及做好钢壳的防锈工作。

4 施工效果及评价

由于该桥技术准备充分，特别是球铰安装控制得当，试转目的达到，转体过程一切顺利。从试转至成桥共使用3次天窗（正式转体、钢壳安装、混凝土浇筑），每次110 min，特别是正式转体时提前30 min就完成了其“华丽转身”，对既有线铁路运营降低了影响，同时节约了时间，赢得了铁路相关部门的好评，取得了良好的社会与经济效益（见表 1）。

表1 转体数据理论与实际测量对比

5 展望

通过对转体施工技术进行系统总结，以及对国内外桥梁转体的发展、现有技术进行分析［10］，转体施工今后发展趋势如下:

（1）近年来，平转法施工的桥梁均采用钢球铰，而球铰的附属品（滑道、支架等）钢材消耗量越来越大，且属于专利产品，造价高，同时采用“撑脚+环道”等复杂保险结构也增加了成本。随着理论研究的深入、“中心承重转体”理念的提升、投资模式的变化、球铰材料的优化，该桥型的经济造价将会逐渐降低［11］。

（2）小半径平曲线桥梁因结构偏心产生的不平衡弯矩，目前球铰预设小偏心能满足要求，但过大的预偏心需要进一步深入研究。

（3）桥梁转体法施工时，20 m以上墩高梁体采用悬臂浇筑法较为经济。但因结构选择不当、工期紧迫或软弱土地区若选择支架现浇，今后需总结对比、慎重选择，避免浪费。

（4）既有铁路转体施工的目地是为了把既有线行车风险降到最低或无风险，目前多数梁体转体后，中跨合龙处仍处于既有线上方，对既有铁路的运营安全风险依然较大。因此采用单T构转体、半臂完全跨越既有铁路将是发展所趋［12］，将会由降低既有线运营风险逐渐变为完全无风险。