大跨度小曲线半径转体梁施工技术

大跨度小曲线半径转体梁施工技术

冯昭洁

博深股份有限公司

摘要：随着高速铁路进程的不断加快，铁路建设中大跨度、小曲线半径转体梁的应用越来越广泛。这种结构形式的特点在于结构跨度大，弯曲半径小，形状复杂，施工难度大。因此，如何在保证结构安全的前提下，提高施工效率和质量成为一个急需解决的问题。本文针对这一问题，介绍大跨度小曲线半径转体梁施工技术，以供参考。

关键词：大跨度小曲线半径转体梁；施工；技术

桥梁转体施工逐渐的发展，其优越性越来越突出，被更多的推广应用。尤其在跨公路、铁路等正在运营线路条件下,采用桥梁转体技术可更好的确保运营线路的运营安全和顺利施工,减少相互干扰。本文以潍烟铁路跨青荣城际铁路2联2-100mT构转体梁为例，从转体系统的介绍及转体球铰的精确安装，再到称重试验计算分析、梁体配重方法、配重方案、转体实施及控制措施等进行深入研究分析，为同类转体桥梁工程提供一种借鉴，对其关键技术研究具有积极的现实意义。

1工程概况

潍烟铁路位于山东省东北部潍坊、青岛、烟台市境内，线路利用在建潍莱铁路潍坊北至昌邑南段（线路长度25.052km），新建线路采用方向别型式由昌邑南站引出，途经潍坊昌邑市，青岛平度市，烟台莱州市、招远市、龙口市、蓬莱市、烟台开发区、福山区、芝罘区，正线接入青烟直通线芝罘站。

烟台上行联络线特大桥2-100mT构转体桥址于改WQSLDK1+418.28-WQSLDK1+619.68处跨越青荣城际铁路青烟直通线特大桥，铁路与线路大里程夹角为26°36´53〞，转体主梁计算跨度为（2×100.3）m，曲线半径R=500m，纵坡-29.82‰。转体重量约14500t。平面布置图见图1-1。

潍烟左线跨青烟直通线特大桥2-100mT构转体桥址于改DK235+552.31-改DK235+754.71处跨越青荣城际铁路青烟直通线特大桥，铁路与线路大里程夹角为23°5´24〞，转体主梁计算跨度为（2×100.3）m，曲线半径R=800m，纵坡22.0‰。转体重量约15005t。平面布置图见图1-2。

图1-1烟台上行联络线2-100mT构转体梁施工平面布置图

图1-2潍烟左线2-100mT构转体梁施工平面布置图

2 施工准备

2.1技术准备

技术准备工作分为内业技术准备和外业技术准备。内业技术准备主要包括：认真阅读、审核施工图纸和施工规范，编写审核记录，对图纸存在的问题及实施过程中可能出现的问题一并在图纸交底时解决，尽量减少联系单。组织有关人员对施工图纸和资料进行学习和自审，做到心中有数，如有疑问或发现差错在设计交底和图纸会审中提出，请上级给予解答。设计交底和图纸会审中，着重解决以下几个问题：1）设计依据与施工现场的实际情况是否一致；2）设计中所提出的工程材料、施工工艺的特殊要求，能否实现和解决；3）图纸上的尺寸、高程、轴线和工程量的计算有无差错、遗漏和矛盾。进行临时工程设施的具体设计；编写专项施工方案；编写各种针对性的质量、安全保证措施；结合工程施工特点，编写技术管理办法和实施细则，备齐参考图、标准图、施工规范、验收标准、施工手册等必要的参考资料，施工人员岗前技术培训。

外业技术准备主要包括：现场详细调查与地质勘探；现场交接桩埋设与复测；进行地材调查、室内试验；各种检测仪器设备的标定，办理计量合格证书；各种砼、砂浆配合比的配制选定；施工作业中所涉及的各种外部技术数据。

技术准备工作做到“准备项目齐全，执行标准正确，内容完善齐备，超前计划布局，及时指导交底，重在检查落实”。

2.2 图纸审核

施工前，工程技术人员熟悉图纸，了解设计意图，并进行现场核对，如果涉及图中存在“差、错、碰、漏”等问题，及时和业主、监理及设计单位沟通，确保施工能顺利进行。

2.3 测量放样

精确放样球铰中心，球铰支架，滑道支架位置。根据梁体位置，转体角度计算转体前每节梁位，及预埋件位置。

3 施工方案

以烟台上下联络线2-100mT构为例，首先进行28#主墩承台、墩身施工，期间同步开始搭设梁体0#块托架支架，并完成预压，同时再进行27#、29#边墩下部结构施工，依次完成A1-A26（A1’-A26’）块钢筋、混凝土施工、张拉、压浆及遮板施工；桥面A、B墙在大里程侧架梁结束后完成施工。T构连续梁0#块现浇段采用在托架上现浇，其余的悬臂段均采用轻型挂篮分段悬臂浇筑施工。

0号段托架采用墩顶悬臂牛腿托架结构形式，0#块支架布置自上而下为：1.5mm厚竹胶板底模→10cm×10cm 横向方木→I16 工字钢桁架（翼缘板：双拼 I16 工字钢）→I25a工字钢横梁→贝雷梁→双拼 I40a 工字钢横梁→卸落块→托架，托架间用[16a 槽钢进行可靠的连接，使整个支架连成一体，共同受力，防止支架整体失稳，施工前须进行预压。

T构梁体施工完成后，解除上下转盘之间的临时固结，启动转体结构，进行试转、转体施工，速度0.012rad/min,转角26°36´53〞，且桥体悬臂端线速度不大于1.5m/min,转体过程中应加强监控。梁体就位后，梁端施加顶升力，顶程22cm，安装边墩支座；封固上下转盘。浇筑边墩不等高顶帽部分混凝土；进行桥面铺设等工作。

4转体球铰

4.1转体结构

2联2-100m转体梁结构由三部分组成，即上转盘、转动体系，下转盘。下转盘截面设计为正方形结构，长宽均为18.2m，高度4m，上转盘截面设计为正方形结构，长宽均为15m，高度2m，上下转盘之间为转台，横截面为圆形，直径10.4m，高度1.7m，下承台与上承台之间设置转动体系。由于两联梁位于曲线上，大悬臂状态下主梁将产生横桥向不平衡弯矩，为保证转体时结构处于平衡状态，烟台上行、潍烟左线T构梁上转盘中心（球铰中心）向曲线内侧设预偏心分别为200.4cm、120cm，下承台中心（桩基础中心）向曲线内侧设预偏心107.4cm、45cm。

转动体系由下转盘、球铰、上转盘、转体牵引系统、助推系统组成，球铰设计承载力为180000kN。下转盘上主要构件为下球铰及骨架、撑脚的环形滑道及骨架等。球铰为上、下球铰，球铰间聚四氟乙烯滑块，固定球铰销轴，上转盘上主要构件为上球铰及砂箱（临时支撑）、撑脚等，牵引系统主要包括牵引反力座和牵引索，助推系统由助推反力座构成，转体过程中提供动力储备、结构平纵姿态调整。

图4.1-1烟台上行2-100mT构转体结构图

图4.1-2潍烟左线2-100mT构转体结构图

4.2球铰安装

转体承台分四次浇筑，第一次浇筑至转体球铰下转盘支撑底部（浇筑高度2.66m），第二次浇筑至转体滑道底面（浇筑高度1.34m）。第三次转台混凝土浇筑（浇筑高度1.7m），第四次上转盘混凝土浇筑（浇筑高度2.0m）；承台施工过程中安装转体结构。

（1）下球铰骨架安装

下承台第二次混凝土浇筑完成，强度满足要求后，将下球铰骨架吊装至承台中心位置，将骨架中心调节和承台中心重合，调节骨架各个竖筋高度，保证骨架上平面水平，骨架定位后将预埋钢板与骨架进行焊接牢固；

（2）下球铰安装

下球铰的现场组装，主要是下球铰与骨架的连接，此部分为螺栓连接，其它构件均在厂内进行焊接组装完成。精确定位及调整：利用骨架及调整螺栓将下球铰悬吊，调整中心位置，然后依靠固定调整螺杆上下转动调整标高。固定：精确定位及调整完成后，对下球铰的中心、标高、平整度进行复查。采用高精度测量仪器进行多点复测，经检查合格后将调整螺栓与横梁之间拧紧固定，骨架与下球铰之间焊接钢筋进行加强固定。拉线确定下球铰中心位置，使用测量仪器保证下球铰中心位置和设计位置重合；将塔尺打在下球铰边缘，根据读数调节螺栓，将标高调整到设计标高；下球铰按照“先平面，后高程；先粗调，后精调”的原则。中心偏差小于1mm，标高偏差小于0.5mm，销轴套管垂直度和中心偏差小于1mm。

图4.2-1骨架安装定位                图4.2-2下球铰安装

（3）下转盘混凝土二次浇注

下球铰及滑道安装完成后，绑扎钢筋和安装预埋件，进行下转盘混凝土的二次浇注。为防止后期施工过程中水或杂物进入上下球铰之间的间隙，施工时下转盘混凝土顶面比下球铰顶面低1-2cm。混凝土的浇注关键在于混凝土的密实度、浇注过程中下转盘球铰应不受扰动、混凝土的收缩不至于对转盘产生影响,为解决这几个问题采取以下措施：下球铰上设置混凝土浇注排气孔，分块单独浇注各肋板区，混凝土的浇注顺序由中心向四周进行。在混凝土浇注前搭设工作平台。人员在工作平台上作业，避免操作过程对其产生扰动。严格控制混凝土浇注，加强混凝土的养护。混凝土凝固后采用中间敲击边缘观察的方法进行检查，混凝土收缩产生的间隙以压浆的方法进行处理。

（4）安装上球铰

下承台混凝土强度大于2.5MPa后，再次清理下球铰球面以及中心销轴，清除积水和杂物，不得留有任何杂物；黄油与四氟粉按重量比120:1比例配制，注入中心销轴套管，中心销轴套管与销轴中心重合，误差不大于1mm；由内到外安装1211块聚四氟乙烯滑片。黄油四氟粉填满滑板之间的间隙，黄油面与滑块面相平。

安装上球铰，按照“顺时针转3圈，逆时针转1.5圈”转动上球铰，检查上下盘相对位置，中心及顶口任意两点间误差要求小于1mm。

图4.2-3撑脚及砂箱安装           图4.2-4上球铰安装

（5）转体结构精度控制

1）球铰安装要点:

①保持球铰面不变形，保证球铰表面粗糙度及椭圆度；

②球铰范围内混凝土振捣务必密实，并进行测定以确保混凝土性能；

③防止混凝土浆或其它杂物进入球铰摩擦面。

2）球铰安装精度质量控制如下:

①球铰安装顶务必水平，其顶面任两点误差不大于1mm；

②球铰转动中心务必位于设计位置，其误差:顺桥向±1mm；横桥向±1.5mm。

5 转体牵引施工

5.1转体施工设备配置

转体前完成墩身、T构梁体及外侧挡墙、人行道栏杆、遮板桥、桥面泄水管/孔等部分附属施工。每个同步转体选用两套共两组ZLYZ-300E型液压、同步、自动连续牵引系统。主控台应放于视线开阔、能清楚观察现场整体情况的位置。

转体施工设备采用全液压、自动、连续运行转体系统。该系统具有同步好、牵引力均衡等特点，能使整个转体过程平稳，无冲击颤动,由于本系统的的泵站采用可调节流量的柱塞泵头，可根据设计要求实现无级调速。

5.2 转体设备的组成与布置

（1）牵引动力系统

1）转体牵引力计算

工况一：悬臂体系相对平衡，支撑腿没有和滑道接触。

工况二：转体时球铰支撑及两组撑脚共同接触滑道,控制每组撑脚支撑反力不超过200吨。

由于需选择转体所需的牵引千斤顶，仅以工况二作为计算，工况一计算时只需取消撑脚落地时的牵引力即可。根据以下公式：

T=2/3*(R·W·μ)/D+N*μ*R撑/D

计算结果：

启动时所需最大牵引力T=194.55吨，转体所需最大牵引力T=116.72吨。

故转体选用两套ZLYZ-300E型连续张拉千斤顶系统，安全系数满足要求，形成水平力偶，通过张拉钢绞线使转体结构转动。

2）转体牵引系统

本工程转体系统由2套连续转体千斤顶、4台液压泵站和1台主控台通过高压油管和电缆线连接组成2套转体动力系统。每套连续转体千斤顶公称牵引力2000KN，额定油压25MPa，由前后两台千斤顶串联组成，每台千斤顶（前、后顶）前端均配有夹持装置。连续转体千斤顶分别水平、平行、对称的布置于转盘两侧的反力墩上，千斤顶的中心线必须与上转盘外圆（钢绞线缠绕的地方）相切，中心线高度与上转盘预埋钢绞线的中心线水平。主控台应放置于视线开阔、能清楚观察现场整体情况的位置。

（2）牵引索

预埋牵引索时清洁各根钢绞线表面的锈迹、油污，逐根顺次沿着既定索道排列缠绕后，穿过ZLYZ-300E型连续顶推千斤顶。牵引索的另一端设置固定锚具，已在上转盘浇筑时预埋入上转盘混凝土体内，作为牵引索固定端。

将预埋好的钢绞线牵引索顺着牵引方向绕上转盘后穿过千斤顶，并用千斤顶的夹紧装置夹持住；逐根对钢绞线预紧，再通过顶推千斤顶对该束钢绞线整体预紧，使两束牵引索各钢绞线持力基本一致。

（3）转体时间的计算

千斤顶的牵引理论速度（mm/min）=泵头流量（L/min）/(2×伸缸面积)

理论上由于泵头的实际流量可根据要求从0到36L/min进行选择，所以转体的速度可根据设计的要求而设定在规定的时间范围内实现施工要求。

根据《高速铁路桥涵工程施工技术规程》(Q/CR9603-2015)相关规定，转体角速度不宜大于0.02 rad/min，且桥体悬臂端线速度不大于1.5m/min。

1）转体所用时间：

潍烟左线跨青烟直通线24#墩试转角度为2°59’53〞，转体角度23°5´24〞 ，烟台上行联络线跨青烟直通线28#墩试转角度为7°30´27〞， 26°36´53〞。

由于在最后1m进行点动，剩余角度为：180/101.05* π ≈0.6 °

潍烟左线预计至少（23.38-2.03-0.6）/0.6875=30min，烟台上行预计至少（26.43-7.117-0.6）/0.6875=27min。点转0.6°，根据试转数据确定及经验确定耗时5分钟，合计左线用时间35分钟，上行需用时间32分钟,临时限位用时15分钟。

2）转体角速度：0.6875°/min ， 即 0.012rad/min；

3）转体悬臂端线速度：0.012×101.05=1.21m/min。

上述计算数据均满足规范要求。

6 转体前施工步骤

6.1 施工准备

   为避免转体过程中停电，施工现场应备配符合功率的发电机。发电系统应在试转前安装、调试好，以便随时可以投入使用，以增加施工紧凑性，保证施工进度。此外，设备安装就位，按现场情况安放好设备。1）安装牵引索。将预埋好的钢绞线牵引索顺着牵引方向绕上转盘后穿过千斤顶，并用千斤顶的夹紧装置夹持住。2）拆除上、下转盘间的固定装置及支垫，清理滑道，并涂润滑油以减小摩阻力，检查滑道周围是否存在有碍转动的因素； 3）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；4）防超转机构的准备。在平转就位处应设置限位机构，防止转体到位后继续往前走。5）辅助措施的准备。根据现场条件，备用千斤顶，根据需要在姿态微调时使用。

6.2 平衡称重

本工程2-100mT构转体桥均处于线路曲线段，转体桥梁横桥向由于结构自重影响均存在不平衡力矩，而对球铰中心进行了预偏。此预偏是在统计T构总体质量进行计算，存在质量统计的差异及现场施工的不确定性。为了保证桥梁转体的顺利进行，及时为大桥转体阶段的指挥和决策提供依据，有必要在转体前进行转体称重试验，并根据试验结果进行配重。

称重试验目的测试包括球铰摩阻力矩、转体不平衡力矩、球铰静摩阻系数和转动体偏心距在内相关参数，通过理论计算并结合现场实测值确定影响转体施工的主要参数，并根据最终确定的参数计算平衡配重，确保转体安全完成。

大吨位T型刚构不平衡力进行称重试验采用刚体位移突变的方法进行测试。

称重试验方法：由初始姿态判断可知，转体球铰摩阻力矩（Mz）小于转动体不平衡力矩（MG）状态。采用图中方式进行顶推，此时，只需要在28#墩转体桥顺桥向大里程侧施加顶梁力和落梁力，即可通过测定数据判断突变点来得出转体桥顺桥向不平衡力矩及摩擦系数。

图6.2-1平衡称重试验图

6.3 试转

正式转动之前，进行试转，全面检查一遍牵引动力系统、转体体系、位控体系、防倾保险体系是否状态良好,检测整个系统的安全可靠性。同时由测量和监控人员对转体系统进行各项初始资料的采集，建立主桥墩转动角速度与梁端转动线速度的关系，准备对转体全过程进行跟踪监测，以便在转动过程中把转动速度控制在要求范围内。试转的目的：检查、测试泵站电源、液压系统及牵引系统的工作状态；测试启动、正常转动、停转重新启动及点动状态的牵引力、转速等施工控制数据；以求在正式转体前发现、处理设备的问题和可能出现的不利情况，保证转体的顺利进行。根据现场T构梁与既有线位置关系，上行28#墩试转角度为7°30’27”，潍烟左线24#墩试转角度为2°59’53”。

7 正式转体

在试转结束后，根据采集的各项数据，对转体实施方案进行修正，方可进行正式转体，整个转体基本采用人工指挥控制。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。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）转体施工的外部条件的确认

转体施工应在无雨雾及风力小于6级的气象条件下进行，所以转体施工日期的选择必须以气象条件做依据。为使连续梁平稳安全转体就为，转体前与当地气象部门提前联系，掌握天气预报，选择无雨、无风或微风天气，选好日期后再与营业线主管部门要点。根据铁路公司有关规定，桥梁转体时采取对线路进行封锁施工。转体前进行精心组织，科学安排，确保在封锁时间内完成。梁体转体计划施工时间:2022年11月22日23:40-2022年11月23日3:40，为Ⅲ级施工天窗，既有线路封锁进行转体施工；具体施工时间以路局下达的施工计划为准。

（2）转体监控

转体就位采用全站仪观测中线，时刻注意观察桥面转体情况，梁端每转过1m，向指挥长汇报一次，在距终点30cm以内，每转过2cm向指挥长汇报一次；在100mm内，结束千斤顶连续工作状态，采取“点动”方式就位，转体就位后中线控制在设计要求范围内。

（3）防超转限位装置

按设计要求布置防超转限位装置。如可在转体前在转体就位位置安装工字钢横梁，使工字钢横梁与转盘撑脚接触位置即为转体就位位置。

每座转体在上、下盘的滑道之间均设置有6对保险撑脚，撑脚走板底面距离滑道顶面预留有的缝隙，转体结构精确就位后，采用钢抄手进行抄垫固定，并用电焊将钢抄手同撑脚走板钢板、连同上盘滑道预埋钢板立即进行全面焊接联接。

（4）转体实施

启动动力系统设备，并使其在“自动”状态下运行。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。设备运行过程中，各岗位人员的注意力必须高度集中，时刻注意观察和监控动力系统设备和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。

8转体施工控制措施

（1）严格控制球铰下混凝土灌筑质量。球铰底部混凝土浇筑时加强振捣，保证球铰底部无空洞、漏振等缺陷，满足强度要求。坚决避免球铰基础薄弱，造成结构稳定破坏。

（2）严格进行球铰质量验收及安装精度。强化球铰进场前质量验收及进场后保护。按照核定的安装工艺进行安装，保证安装精度和质量，使上部结构的重心与设计偏差控制在允许范围内。

（3）加强施工过程梁体线形控制。在施工过程中严格控制T构两端不平衡重，尽量保证施工荷载对于球铰中心对称，确保其稳定。节段标高控制严格按照线形监控单位指令执行，确保成桥后结构受力和线形满足设计要求。

（4）加强转动保险体系安装质量。转动保险系统主要由撑脚、砂箱、辅助支撑系统组成，为了保护球铰，防止在施工过程中的偏载（T构悬灌偏载、施工荷载偏载、风载等），造成球铰受侧向力，要加强转动保险体系安装质量，使整个球铰处于稳定。

（5）转体前精心准备、周密部署，形成协调统一的指挥系统。提前进行演练，责任分工到位，每个人员明确自己的职责，转体时指挥有力、精细控制、配合默契，从而顺利实现一次成功转体到位。

结束语

  本文介绍了大跨度小曲线半径转体梁各阶段施工技术。该技术通过采用先进的数控设备和控制系统，实现了对转体的精确控制和高效施工。相比传统的施工方法，这项技术具有施工周期短、质量高、安全可靠等优点，可广泛应用于大型转体桥梁工程的建设中。本文还介绍了该技术在实际工程中的应用情况，可以预见，随着转体施工技术的不断进步和应用，大跨度小曲线半径转体梁线性控制施工技术将得到更广泛的应用和推广。

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