——连续梁水平转体施工技术
李世茂
中国中铁七局集团郑州工程有限公司 河南郑州 450052
【摘 要】为确保既有线行车安全和减少对铁路运营的干扰，客运专线上跨桥梁逐步采用转体施工技术，结合郑徐铁路客运专线徐州特大桥上跨陇海铁路连续梁转体施工，对跨越多股道高密度行车线连续梁转体施工技术研究，阐述了连续梁桥转体施工作业方法，详细介绍了转动体系、自平衡T构等几个关键技术，为今后跨越多股道电气化铁路转体桥梁施工提供一些可借鉴的经验。
【关键词】郑徐客专；上跨陇海铁路；连续梁；转体；施工技术
一、工程概况
郑徐客专徐州特大桥49#～52#墩设计为一联（48＋80＋48)m预应力混凝土连续梁，该连续梁跨越陇海铁路线（双线）（K236+040）、夹孟线疏解线（K4+152）等四线（K1+057），均为电气化铁路，该连续梁与既有陇海铁路线路夹角为52°，既有道路现状宽度53.13m（既有铁路四线），连续梁底与既有线接触网最低距离有7.8m。为保证施工安全和减少对既有线的行车影响，减少悬臂挂篮施工的封锁要点次数和难度，决定采用转体法施工。转体总重量W=55000kN，转体段长度78m，50#墩转角54°15′53″，51#墩转角50°6′49″。
桥梁与陇海铁路位置关系见图1。
二、转体设备的组成与布置
转体施工设备采用柳州泰姆预应力机械有限公司生产的智能液压ZLD200自动连续运行转体系统。该系统能使整个转体过程平稳，无冲击颤动。本系统的泵站采用变频调速控制流量技术，可实现无级调速。同时为保证同步控制，采用拉绳位移传感器做伸长位移采集，与泵站油泵变频器组成闭环控制，达到精准同步的目的。
转体设备组成详见图2。
图1 桥梁与陇海铁路相交平面布置 图2 转体牵引设备组成
1．牵引动力系统
本工程转体系统由4套ZLD200型自动连续转体千斤顶、4台ZLD.B液压泵站和2台ZLD.K主控台通过高压油管和电缆线连接组成一套转体动力系统。每套连续顶推千斤顶公称牵引力2000kN，额定油压26MPa，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。
ZLD200自动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钢绞线相切引出的轴向同轴，两点的两台千斤顶到上转盘的距离相等。每台千斤顶用四颗高强螺栓固定于反力架上，反力架可根据现场情况通过焊接或高强螺栓与反力墩固定，反力墩与反力架必须能承受200t荷载。
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
每个转体上转盘埋设两束索引索，每束由15根1860MPa级的Φ15.2mm钢绞线组成。每束分别左、右旋360°以上至预埋的锚固点，锚固点锚具采用专用锚具。预埋的牵引索经清洁钢绞线表面的锈迹、油污后，逐根顺次沿着既定索道排列缠绕后，穿过ZLD200型自动连续转体千斤顶。
用YDC135Q预紧千斤顶逐根对钢绞线预紧，预紧力由10kN逐根降至5kN，再用牵引千斤顶在2MPa油压下对该束钢绞线整体预紧，使同一束牵引索各钢绞线的夹持力基本一致。
三、 转体结构的牵引力、安全系数及转体时间的计算
1、牵引力、安全系数计算
转体总重量W=55000KN
球铰转动摩擦力矩M=∫u*σ*dA*r=(2π*u*σ*R^3)/3=2*u*R*w/3
R—球铰平面半径，R=1.5m；
W—转动总重量，W=55000KN；
u—球铰摩擦系数，u静=0.1，u动=0.06
启动时摩擦系数按静摩擦系数u静=0.1，M静=5500KN?m
转动过程中摩擦系数按动摩擦系数u静=0.06，M静=33000KN?m
启动时需要的牵引力
实际转体按不平衡体系转动，即，人为控制转体结构偏向后侧，使一个支撑腿接触滑道，控制该支撑腿反力不超过2000KN，在上述设定的转动条件下，计算牵引力为：
T=2/3*(R?W?u)/D+N*u*R撑/D
D—转台直径，D=1m
N—转体时支撑腿最大反力撑,N= 2000KN
R撑—支撑腿半径,R撑=4.1m
计算结果，启动时所需 最大牵引力2T=2*720KN
转动时所需 最大牵引力2T=2*430KN
动力储备系数：430t/72t=5.97
钢绞线屈服强度1860MPa，转体最大不超过其70%，则：
1860MPa*70%*5*140mm2/1000=911KN
牵引索钢绞线的安全系数：2*91.1/72= 2.53
从计算结果可以看出千斤顶动力储备和钢绞线的安全系数已达到工程设计要求。
2、转体时间计算
理论上由于泵头的实际流量可根据要求从0到12L/min进行选择，所以转体的速度可根据设计要求而设定在规定的时间范围内实现施工要求。
根据转体角度54°及上转盘半径5m，直径10m。转动上转盘的54对应弧长=π×D×54÷360=3.14159×10×54÷360＝4.71m。计算出钢绞线牵引长度L= 4.71m+L受力伸长值。L受力伸长值不大，对转体时间影响可忽略不计。
智能液压ZLD200自动连续顶推千斤顶工作速度4.5m/h。
完成54°转体所需时间t=4.71 /4.5 =1.04 h≈1h
四、转体施工工艺
转体施工工艺流程（详见图3）。
图3 转体施工工艺流程
五、转体施工
1．施工准备
1.1转体附属施工及支架拆除
在转体施工前，完成转体部分桥面附属结构施工，保证转体后不再进行铁路上方的施工作业；拆除全部支架时，静止12h以上，检查转动体系安全可靠程度及结构变形随气温变化的规律，考虑转动前各种因素的影响高程，以利于高程调整。
1.2牵引索安装
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。
1.3清理滑道及临时锁定设施
清理环道表面后，涂抹黄油四氟粉，尽可能的减少转动时的摩阻力；解除临时锁定设施，转体前，对预埋的临时锁定的工字钢进行割除。
1.4设备安装调试
自动连续转体系统，由两台LSD200型连续顶推千斤顶、两台ZLDB液压泵站和一台ZLDK主控台通过高压油管和电缆线连接组成。每台连续顶推千斤顶的公称牵引力2000KN，额定油压31.5MPa。由前后两台千斤顶串联组成，每台千斤顶前端配有夹持装置。
两台连续千斤顶分别按水平、平行、对称的要求布置于转盘两侧，千斤顶的中心线必须与上转盘外圆相切，中心线高度与上转盘预埋钢绞线的中心线高度相等。
设备空载试运行。根据千斤顶施力值（启动牵引力按静摩擦系数 ，转动牵引力按动摩擦系数 考虑）反算出各泵油压值，按此油压值调整好泵站的最大允许油压，空载试运行，检查设备运行是否正常。
1.5称重试验
在梁下利用千斤顶进行等力、不等力反顶称重并观测变化，根据观测数值进行分析，确定不平衡重调整值，称重委托有专业资质的单位。
称重完成后根据转体结构物不平衡力矩，在梁端采用砂袋或水箱进行加载配重,跨陇海铁路连续梁转体前称重不平衡重量为8T。
1.6测控点布设
（1）转盘安装刻度盘
在转盘侧面，根据转体角度换算成刻度，制作成刻度表，并在下转盘任意位置埋设刻度指针，用以监控上转盘转动的距离。
（2）监测点布置
根据转体的实际情况及测量要求，将仪器置于已浇筑完毕的边跨现浇段上，箱梁轴线和高程主控制点布设在每个T构的端头向墩中心50cm处，每个端头布设3个点。
轴线控制点1个，除轴线点外，在箱梁转体方向50cm范围内需按每5cm标注刻度，最靠近轴线的10cm按1cm标注刻度，采用钢板尺标记。
高程控制点布设在每个端头的翼缘板上，可使用梁面钢筋头或凸起点标记油漆。
2、试转体
在正式转体前3天或1天进行试转，试转目的主要有：确定牵引设备、转体系统是否能够安全运转；进行点动操作，搜集确定最终微调时的点动参数；试转体5°。
（1）预紧钢绞线。用LSD200型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，并重复数次，保证各根钢绞线受力均匀。在预紧过程中注意保证钢绞线平行地缠于上转盘上。
（2） 合上主控台及泵站电源，启动泵站，用主控台控制两千斤顶同时施力试转。预设2°进行试转。10s点动：即主控台预设3个10s转体时间，转动停止平稳后，测量梁端移动距离，取平均值作为最终微调时的参数。5s、4s、3s、2s点动：方法相同。
（3）试转过程中，转体辅助人员须检查转体结构是否平衡稳定，关键受力部位是否产生裂纹等。
（4）点动结束后，按计划将预设总度数转体到位，停止，用钢制楔形块对撑脚临时锁定，把沙箱放入滑道上，用硬杂木片把沙箱与上转盘塞死。
（5）数据分析。通过试转体，对采集的数据进行分析，并整理成参数表格供正式转体精确就位时使用。
3、正式转体
5.3.1准备工作
（1）提前与铁路相关部门确定好准确要点封锁时间，依据铁路要点命令下达后方可转体，转体施工工作在天窗点内完成。
（2）转体结构旋转前要做好人员分工，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。
（3）正式转体前，再次检查牵引设备运行状态是否良好。
5.3.2启动泵站
同步张拉牵引千斤顶，采取分级加载，由于各千斤顶间的进油腔并联，油压相等，要实现分级加载须将泵站溢流阀限压调成一致。分级逐步加载，直至梁体转动，若主梁仍未转动应立即停止，全面检查所有设备，分析原因，采取应急预案。
5.3.3平转
根据铁路部门确定的转体作业时间进行正式转体，转速控制在0.02rad/min，牵引设备转盘部位牵引速度控制在4.5m/h，转体持续时间在60min内完成。平转过程中要反复观测墩身轴线偏位，梁端部位高程变化。转体过程中，根据转盘上标识的转角刻度及梁面轴线双控，以防欠转或超转。从转盘上标识的刻度观察，当距离合龙位置约50cm时，开始给主控台倒数报告监测数据，每5cm报告一次；在10cm内每1cm报告一次；在5cm内采取点动方式时报告数据精确至毫米，转体到位后进行桥梁横向姿态调整，确保断面尺寸符合要求。
5.3.4定位
转体就位后，精确调整转体倾斜位置，并在保险支腿与环道钢板之间采用楔形铁楔紧并焊接固定，防止梁体在外力作用下移动。
4、封固上下转盘
转盘封固质量直接关系到桥梁结构的使用性能，保证关键部位的混凝土密实是保证施工质量的关键。T构转体到位后，清洗底盘上表面，安装、焊接预留钢筋，立模浇注封固混凝土，使上转盘与下转盘连成一体。混凝土采用微膨胀混凝土，坍落度保持10~14 cm，以方便振捣和增强封固效果。利用上转盘上8个10cm的预留孔排气，确保封铰混凝土的饱满度。
待封盘混凝土凝固后用灌浆法填补因混凝土收缩留下的空隙和预留孔，保证上下盘间混凝土的整体性。
5、保证转体成功的措施
（1）成立转体施工领导小组，项目经理担任组长，实施岗位责任制和安全责任制。
（2）转体开始后，其悬臂转体速度应控制在设计要求范围内。
（3）整个转体过程中，应密切监测转体结构的标高、轴线位置及平衡情况。
（4）千斤顶的安装位置应精确定位，确保千斤顶的中心线与上转盘外圆相切，高度与预埋钢绞线中心线相平，并且对称千斤顶的中心线要相互平行。
（5）预埋好的钢绞线牵引索在转体施工前应精心保护，压紧受到任何损伤。
（6）正式转体前，总指挥组织相关人员对各转体系统、牵引设备等全面检查，并做好应急措施。
（7）在试转前要对T构进行称重及配重，在称重前要对桥面上杂物清理干净，称重完后，根据称重结果，进行T构配重。
结语
徐州特大桥跨陇海铁路连续梁转体桥于2014年11月20日完成正式转体，2015年1月19日完成中跨合龙，2015年1月27日完成吊架拆除，合龙处轴线偏差和高程偏差均控制在5mm之内，工程质量和施工安全得到了上海铁路局、建设单位、设计院、监理等单位的好评。跨既有线连续梁转体施工方法安全可靠、可降低施工风险，减少了对既有铁路运营的干扰，获得了良好的社会和经济效益，对类似工程项目的施工提供了参考和借鉴。
参考文献：
[1]陶学康.京石客运专线滹沱河特大桥跨京广铁路连续梁桥转体施工技术【J】.铁道标准设计，2011（7）：69-77
[2]王振东.客运专线预应力混凝土大跨连续梁转体施工监控【J】.铁道建筑，2012（7）：26-29
论文作者:李世茂
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年11月供稿
论文发表时间:2016/1/26
标签：千斤顶论文; 转盘论文; 陇海铁路论文; 牵引力论文; 泵站论文; 钢绞线论文; 称重论文; 《工程建设标准化》2015年11月供稿论文;