大跨度连续梁水平转体施工关键技术研究

大跨度连续梁水平转体施工关键技术研究

董恩浩

中铁十九局集团第五工程有限公司 116100

摘　要： 为减少大跨度连续梁上跨繁忙既有铁路施工对铁路行车安全的影响,采用旁位现浇、平衡转体的施工方法。以潼湖特大桥跨京九铁路（75＋125＋75）m连续梁转体施工为例,对球铰、滑道安装,临时固结系统、平衡系统、牵引系统等主要部件的施工关键技术行了研究。

关键词：连续梁 转体系统施工 转体参数 转体技术

1.转体工程概况

潼湖特大桥（75+125+75）m 现浇连续梁跨既有京九铁路，与其交角为41.42°，该梁平面位于半径8000m 的圆曲线上，纵面位于平坡上，线路纵坡0。由于临近营业线及跨营业线施工难度大、安全风险高等施工条件的制约，采用常规挂篮悬臂浇筑的施工方法，对既有线运营存在重大安风险，因此该桥采用平衡转体的施工方法。即先在铁路一侧浇筑梁体，然后通过转体使主梁就位、调整梁体线形、封固球铰转动体系的上、下转盘，最后进行合拢段施工，使全桥贯通。转体221#、222#主墩分别梁长123m ，转体重达130000KN 如图1。

图1

2. 转体理论依据

转体的基本原理是箱梁重量通过墩柱传递于上球铰，上球铰通过球铰间的四氟乙烯滑片传递至下球铰和承台。待箱梁主体施工完毕以后，脱空砂箱将梁体的全部重量转移于球铰，然后进行称重和配重，利用埋设在上转盘的牵引索、转体连续作用千斤顶，克服上下球铰之间及撑脚与下滑道之间的动摩擦力矩，使梁体转动到位。

3.转体施工关键技术及难点

本连续梁采用双转体施工方法，难点在于该梁平面位于小曲线半径和竖曲线上，难以控制梁体线形。因此在施工过程中，必须严格控制要求，进行转动支承、牵引系统及平衡系统的试验研究，并加强线形监控，确保转体施工的顺利实施。

3.1转动体系钢球铰加工及安装优化

结合以往施工经验，在球铰施工中，加强与生产厂家沟通协调，通过增设定位工装、改进球铰定位支架及预埋定位型钢、四氟乙烯滑片、增设防溢导管防水混凝土外流等技术措。

⑴下球铰的中心处设置中心定位工装，具体做法是增设一定位管盖，下部插入销轴孔，顶面钢板上设置定位凹槽，在测量定位时，只要校正定位管盖的中心就可以在下球绞安装时方便找正。

⑵下球铰的振捣孔和排气孔均设置有竖向导管，避免下球铰灌浆时砂浆流至凹球面内，减少清理难度。竖向导管高出球铰面约10cm并高出混凝土面，导管在厂内精细制作，确保与排气孔、排捣孔密贴。

⑶改性聚四氟乙烯滑片在厂内进行制作安装,现场只安装出气孔、灌注孔等，避免现场安装的精度低，时间长等问题。振捣孔和排气孔滑片在厂家定作，现场安装。

3.2转动支承施工

转动支承是平转法施工的关键设备，由上转盘和下转盘构成。上转盘支承整个转动结构，下转盘与基础相联。通过上转盘与下转盘的相对转动，达到转体目的。转体系统核心构件球铰位于221#、222#墩承台中，转体结构由下转盘、球铰、上转盘、转体牵引系统组成。转体系统布置图见图2。

图2

为了保证安全，在支承转盘周围设有6对撑脚，正常转动时，撑脚不与滑道面接触，一旦有倾覆倾向则起支承作用，因此撑脚也称作保险腿。浇筑承台时，设置预留槽并预埋定位脚角钢，滑道角钢顶面相对标高高差小于2mm。安装滑道定位架，具体施工与下球铰定位架相同，定位架安装完成后，进行滑道安装，滑道钢板由螺母调整校平，顶面局部平面度0.5mm。转体时保证撑脚可在滑道内滑动，以保持转体结构平稳见图3。

图3

连续梁转动体系采用钢球铰，分上下两片。球铰是平动法施工的转动系统，而转动体系的核心是转动球铰，它是转体施工的关键结构，制作及安装精度要求很高，其位置和精度将影响全桥合拢精度和转体过程的安全，必须精心制作，精心安装。

（1）安装时，其顶口任意两点高差不超过1mm，顺桥向、横桥向误差不超过1mm。

（2）转体球铰运至现场后，项目部组织验收，按装箱单检查球铰各部件有无缺损，聚四氟乙烯滑板是否齐全。同时检查出厂合格证及检测报告。

（3）转体下转盘施工完毕后，将下球铰放置于已架好的底座骨架上，底座要足够结实，防止焊接或灌砼时变形，使得下球铰错位，见图4。

图4

（4）按图纸对应的编号将出气孔，灌浆孔聚乙烯四氟滑片安装完毕后，将黄油四氟粉填至下球铰面上，需填满四氟乙烯滑板之间的空隙，且黄油面要比四氟滑板略高。整个安装过程要保持球面清洁，不要将杂物带至球面上。

（5）将上球铰吊起，在凸面上先除去锈迹后涂抹黄油四氟粉，然后将其对准中心销轴轻落至下球铰上见图5。

图5

（6）球铰平转体系基本形成，然后进行试转体，人工轻轻将上转盘转动3~5圈，将上、下球铰间的黄油挤密贴，直至球铰间周边有黄油挤出为止

3.2线形监控

线形控制最主要的任务，就是根据每个施工阶段的测量结果，分析测量数据，同时与模型预测值进行对比，找出差距并分析误差产生的原因，从而确定下一阶段施工时合理的预拱度。

3.2.1结构变形的测量

为正确反映桥梁施工的变位，把梁底标高作为施工控制的目标。每节段变位监测点从梁底测点引到桥面。挂篮定位标高按梁底待浇节段的最前沿横截面上的测点定位，浇完混凝土后，通过测量梁顶预埋的钢筋头的标高与此时对应的梁底标高，建立梁底与梁顶测点的标高关系，这样已浇梁段的梁底标高可通过梁顶标高的测量值反馈出来。

3.2.2结构的标高控制

悬臂浇注每节段施工的标高控制至少包括三个关键工况：挂篮前移定位标高；混凝土浇注后标高；预应力张拉后标高。

线形控制的关键是：每节段施工周期的结束都必须对已完成所有节段进行全面的测量，分析实际施工结果与预计目标的误差，从而及时地对已出现的误差进行调整，在达到要求的精度后，才能对下一施工循环做出预测。

3.3平衡系统

平转过程中的平衡问题是一个关键问题，对于T构桥梁，上部恒载在墩轴线方向基本对称的结构，一般以桥墩轴心为转动中心，为使重心降低，通常将转盘设于墩底以下。此工程转盘设置于上承台和下承台之间。

该连续梁由于位于圆曲线上，必将有不平衡力矩和偏心距问题。我们通过称重试验，反复测试，计算出不平衡力矩和偏心距的相关数据，研究其数据是否符合转体设计要求，否则采取相应配重措施。并在T构梁卸架过程中，随时观测转盘处的百分表读数（沉降），观察梁体是否有倾斜变化，若变化较大时，应在梁体对应侧加配重方法使其基本达到平衡，保证其安全卸架。

平衡转体施工必须保证转体上部结构在转动过程中的平稳性，尤其是大型悬臂结构且无斜拉索情况。在实际转体施工中，转体上部悬臂结构绝对平衡会引起梁端转动过程中发生抖动，且幅度较大，这不利于转体的平稳性要求，为此，采用梁体纵向倾斜配重方案，配重后使转体桥前进端有一微小翘起，并使得转体桥的6对撑脚只有两对撑脚与滑道平面近似发生接触，从而增加转动体在转动过程中的平稳性和安全性。

因此称重平衡试验是桥梁平衡系统施工中至关重要的一步，在试转前，必须进行称重平衡试验，测试转体部分的不平衡力矩、偏心矩、摩阻力矩及摩擦系数等参数，实现桥梁转体的配重要求。

3.4转体施工

转体系统是将预应力锚夹具的锚固技术与液压千斤顶技术进行融合，通过锚夹具锚固钢绞线，再利用千斤顶活塞伸、缩，带动钢绞线与构件升、降，实现转动体的转动就位。因此，转体前须对转体前的各项准备工作及转体设备要仔细检查、试验，确保整个转体平稳、顺利进行。

3.4.1.试转体

桥梁正式转体前1～2天进行试转，试转时应对转体进行全面检测，在转盘部分、平衡配重、连续千斤顶等各个环节都确保正常时，对转体进行小范围的试转，以确定牵引设备、转体系统是否能够安全运转、以及各项运行参数，试转角度2°，确保梁体不侵入铁路限界内。

目的是全面检查转体的指挥组织系统、牵引动力系统、防倾保险体系是否状态良好,检测整个系统的安全可靠性。结合以往转体工程施工实践，试转工序不能因施工时间紧、任务重而取消。原因有以下几点：

①通过试转，预紧钢绞线，用千斤顶将钢绞线逐根以5～10KN的力预紧，预紧应采取对称进行的方式，并应重复数次，以保证各根钢绞线受力均匀。预紧过程中应注意保证20根钢绞线平行地缠于上转盘上。

②通过试转工序中的点动操作步骤，取得每点动一次梁端头最大弧长数据，可确保合拢时桥梁轴线精确定位；

③由于转体前各工序的交叉作业，试转过程中，应检查转体结构是否平衡稳定，有无故障，关键受力部位是否产生裂纹。如有异常情况，则应停止试转，查明原因并采取相应措施整改后方可继续试转。

3.4.2.正式转体

试转结束，分析采集的各项数据，方可进行正式转体。整个转体基本采用人工指挥控制，所以两墩同步转体必须有统一的指挥机构。转体过程中数据的收集，采用一套严密的监视系统。指挥人员通过监视系统反映的两幅桥的数据资料进行协调指挥，以达到同步的目的。转体结构旋转前要做好人员分工，根据各个关键部位、施工环节，对现场人员做好周密部署，各司其职，分工协作，由现场总指挥统一安排。

①每个转体使用的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。

②在转体就位处设置限位装置，并安排技术人员在两个转盘附近负责读转盘上标识的刻度，随时与总指挥联系。为防止超转现象，在转体接近设计位置时，停止自动牵引操作，采用点动控制精确就位。

③每个转体使用的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。

3.4.3.精确就位

轴线偏差主要采用连续千斤顶点动控制来调整，根据试转结果，确定每次点动千斤顶行程，换算梁体端头行程。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，直至转体轴线精确就位。

4.结语

大跨度连续梁转体施工的关键还是在于能否将转动体系做好，特别是球铰、滑道安装,临时固结系统、平衡系统、牵引系统等关键部位，都应该遵循一定的施工工艺，严格按照相关的技术安全标准规范进行施工，以此保证连续梁的顺利转体合拢。