不等跨独塔斜拉桥不平衡墩顶转体施工技术

张华

中铁一局桥梁公司 陕西渭南 714000

桥梁转体施工是指将桥梁结构在非设计轴线位置制作成形后，利用摩擦系数很小的滑道及合理的转盘结构，以简单的设备将桥梁整体旋转安装到位的一种施工方法。此种方法将在障碍上空的作业转化为岸上或近地面的作业，因而具有节约施工用材及设备，缩短工期，快速安全且不影响通航、不中断通车的优点。时至今日，由于我国铁路、公路基础设施快速发展，转体施工被大量应用于城市内跨越铁路、公路及大型馆堂建筑物，取得了较好的经济社会效益。本文结合襄阳市东西轴线上跨铁路桥230#墩60m+90m转体钢箱梁施工为例，深入研究了桥梁的不平衡墩顶转体施工技术。

1 工程概况

襄阳市东西轴线道路工程上跨铁路桥工程，线路全长150m。桥位处路线为直线段，与既有铁路交角为93.5°。桥梁孔跨布置为（60+90）m钢箱梁独塔斜拉桥，采用墩顶转体施工工艺。钢箱梁为等高箱梁，梁高3.01m，箱梁顶宽34.5m，桥塔高35m，截面为矩形钢结构。转体系统采用钢球铰，分上下两片，本桥转体球铰吨位为60000KN，转体角度为顺时针93.5度。斜拉索为单索面单排索的布置。

图1 现场施工平面图

2 施工工艺流程

根据本工程特点，结合现场实际情况，拟定如下总体施工思路：封闭既有铁路框架桥交通后→排查既有管线并进行保护→拆除桥梁基础施工范围内的U型槽及人行道挡墙→桥梁钻孔桩施工→基坑支护及开挖→承台施工→搭设支架及浇筑墩柱及盖梁→安装主墩转体系统→搭设转体梁段拼装支架→转体梁段钢箱梁及桥塔拼装→配重混凝土浇筑及斜拉索安装及张拉→拼装支架落架及拆除→称重配重→试转、正式转体→体系转换、墩梁永久固结→拼装合拢段→全桥调整索力→安装剩余附属设施成桥。根据桥梁工程特点，确定如图2转体施工流程。

图2 转体施工工艺流程

3 转体主要施工技术措施

3.1 转体前施工准备

（1）转体系统检查。由主墩向两端对称依次拆除支架，清理上转盘与下球铰周围杂物及滑道顶面，尤其清理永久撑脚与滑道之间杂物，对滑道顶面进行打磨处理。在图上沿转体梁段转体外弧线正投影线，模拟排查转体梁段与既有结构物是否在转体过程中存在障碍，对存在障碍部位进行拆除，确保转体顺利进行。

（2）结构线形与应力检查。在钢结构安装完成后，按照设计文件要求顺序对斜拉索和主墩盖梁预应力索进行初张拉。在斜拉索及盖梁预应力张拉完成后依次拆除临时锁定及临时沙箱，拆除前对结构的线形及应力进行测量检测。

（3）设备就位。将自动连续千斤顶、泵站、主控台安装在预定位置，启动各泵站后开始调试，保证所有千斤顶同步工作。

（4）牵引钢索穿束并预紧。将牵引索钢绞线表面油污清洗干净，人工排列就位并沿上转盘均匀排列，用专用千斤顶将钢绞线逐根预紧，预紧力5-10KN，以保证各根钢绞线在牵引过程中受力均匀。

3.2 称重及配重

转体梁段纵桥向为不对称结构，加之球铰体系的制作安装误差、梁体配重混凝土浇筑均匀性差异及斜拉索预应力张拉的程度差异，可能导致桥墩两侧悬臂梁端刚度不同，质量分布不同，产生不平衡力矩。因此在试转前，需要进行不平衡称重与配重试验，测试转体部分的不平衡力矩、偏心矩、转体球铰的摩阻力矩及摩阻系数等参数，实现桥梁转体的平衡配重，达到安全施工、平稳转体的目的。本项目采用绝对平衡配重方案。

3.3 牵引及助推系统

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阻力矩的力偶。助推系统主要作用是提供一个克服静、动摩阻力矩差的力偶，以免牵引系统太复杂，另外，也作为牵引系统在转体过程中不正常工作时的应急手段。

转体的牵引动力系统由一套两台液压、同步、自动连续牵引系统，两台液压泵站及两台主控台通过高压油管和电缆连接组成。助推千斤顶采用4台穿心式千斤顶。

3.4 位控系统、防倾系统及微调系统

在转体过程中，6000吨转体重量只有球铰一点支承。转体结构中心高度约38m，上部转体结构受外界条件或施工影响，可能出现倾斜，必须设置位置微调控制系统，在转体过程中对转体的悬臂端高程及轴线要进行微小调整。同时，在转体转至设计位置时，为防止超转，设置位控系统。转体过程可能因突发因素中止转体时，必须及时采取安全措施，防止梁体倾覆，安全控制系统与位控系统共用。

（1）位控及安全防倾覆系统。撑脚与千斤顶组成内环位控（保险）系统，撑脚均布于上转盘5m直径的圆周上。保险支腿下方是不锈钢板面，上铺设四氟乙烯滑板的环形滑道，支腿与滑道间隙保持3-5mm，转体过程中，支腿起防倾保险作用。位控系统由止动挡块，止动型钢、橡胶板等组成。上转盘施工时在两对角预埋双拼I32工字钢作为止动装置，相应转体终止位置设置止动挡块（I32工字钢与止动挡块接触面之间夹角为93.7°）。在型钢上粘贴厚橡胶垫，用来缓冲转体就位时与挡块碰撞时的惯性力。

（2）微调系统。转体过程中，在梁顶四个角点处布置测量监控点，采用全站仪对转体过程中进行位置测量，及时反应转体状态，为转体提供数据支持。转体施工中微调主要分为两种情况需要微调：①在转体过程中若高程偏差超出允许范围，需及时对转体进行微调，以使转体继续，保证结构精度，微调主要采用千斤顶及限位梁限位的形式进行微调，调整到位后在撑脚及滑道间采用四氟乙烯滑板进行铺垫，确保转体梁段姿态。②在转体完成后，利用助推反力座、千斤顶及制动挡块进行梁体轴线微调，利用在上、下转盘之间设置的钢管支墩及千斤顶，向偏位相反方向调整，在另一侧设置限位梁，以防微调超限，将转体的技术参数调整到允许范围内。

图3 位控及防倾系统布置图

3.5 转体测量监控系统

通过在转体两端轴线及桥梁边线上布置监控点，对转体过程中进行位置测量，及时动态反应转体状态，为转体提供数据支持。在转体就位后进行测量，保证结构就位精度。

转体施工前，对转体上的轴线及边线控制点进行测量放样；转体过程中，对转体进行动态测量，及时汇报转体姿态；转体快到位时用两台全站仪各自进行轴线位置贯通观测；轴线调整到位后，准确测量各悬臂端实际标高。

3.6 试转

在各项准备工作完成后，正式转动之前需要进行试转体。转体结构悬臂端接近营业线外侧的最大试转角度为3.8度，实际试转角度以3.5度控制。试转过程中记录转体速度、惯性距离、各种设备运转情况、结构关键点受力情况。试转完成后对实际数据进行分析比较，为正式转体的精确定位提供操作依据。

图4 梁体待转图

试转流程：转体施工主控台操作人员接到试转体开始指令后，进行试转体施工流程如下：先顺时针转动1°→点动20秒→点动10秒→点动10秒→点动5秒→点动5秒→点动5秒→点动3秒→点动3秒→点动3秒→转体至3.5°→转体系统临时锁定，试转结束。

图5 梁体试转示意图

3.7 正式转体

在天窗点内，转体人员接到转体命令后启动动力系统设备，并使其在“自动”状态下运行。核对实际转动速度与预计速度的差值，确定“自动”状态下的运行时间。

转体前在上转台行走轨迹范围内粘贴行走刻度表（角度分盘刻度）用于转体精确就位控制。刻度表贴在上 转盘上，助推墩上安装指针，方便读数。

图6 刻度表现场布置图

转体结构精确就位，在标高和轴线调整符合设计及规范要求后，立即进行上下转盘的锁定工作。利用永久撑脚与滑道进行临时锁定，利用钢板和槽钢迅速进行锁定工作。锁定完成后，安装永久支撑，焊接盖梁与梁底之间的预埋筋及其他连接钢筋。在主墩理论跨径线两侧各7.65m处设置4台同步顶升千斤顶（作用点位于隔板处），对钢箱梁进行内力调整，顶力按800t控制并锁定，以此将梁体应力同步分散至门式墩两侧墩柱上，同步安装永久支墩，上下分别与梁底及盖梁顶进行焊接后，卸载千斤顶，安装封固钢筋及其它连接件，从钢箱梁预留孔处灌注封铰C50微膨胀混凝土。

图7 转体完成图

4 结语

该工程的重点和难点主要有三个，一是主墩盖梁采用预应力盖梁，转体系统设置在盖梁正中央，主墩盖梁预应力精确安装控制、预应力张拉控制及转体系统安装精度控制；二是转体采用墩顶不等跨独塔斜拉桥不平衡转体，转体姿态及精准就位；三是转体精确就位后墩梁永久固结过程体系转换及封铰。通过对以上关键技术的研究控制，使整个转体更加快速、安全、易控，减少了对运营铁路线的影响，并实现了该桥按期准确转体就位。