鲁南高铁铁路有限公司 济南 250100
摘要：本文以鲁南高速钱路肖家庄特大桥双T构转体连续梁为例，针对本工程施工过程复杂、施工难度大、技术要求高特点，通过对转体系统、称重试验、试转、牵引系统明亮中跨合龙等关键技术应用进行阐述，为类似工程项目施工提供技术参考。
关键词：高速铁路；双T构转体连续梁；关键技术
1.引言
鲁南高速铁路肖家庄特大桥跨越兖石上下行、瓦日上下行四条铁路，所有施工工序均为邻近营业线施工，其中18#墩挂篮悬灌施工与既有线最近平行距离仅3.9m。因桥梁跨越铁路跨度大，采用传统施工工艺安全风险高，工期质量无法确保，遂采用双T构转体连续梁平转法施工。
2.项目概况
肖家庄特大桥位于鲁南高速铁路日照地区，其中转体（78+144+78）m双线连续梁全长301.6m，宽12.6米，全桥共划分为79个梁段，转体桥梁共重达2.5万吨，是目前山东省内高速铁路桥梁跨度最大、距离营业线最近、跨营业线最多以及T构转体最长的连续梁，也是全线的控制性工程。
3.双T构转体连续梁概述
3.1 转体法施工工艺介绍
桥梁转体施工是指将桥梁结构在非设计轴线位置制作（浇注或拼接）成形后，通过转体就位的施工方法。根据桥梁结构的转动方向一般分为竖向转体、水平转体以及平转与竖转相结合方法【1】，根据转体系统位置的不同，还分为承台转体、墩顶转体及墩中转体几种。平转法又分为平铰法和球铰法，本桥采用平转法中的承台球铰法转体。
平转法主要有承重系统、顶推牵引系统和平衡系统三大部分构成。承重系统由上转盘、下转盘和转动球铰构成，下转盘为支撑转体结构全部重量的基础，转体完成后，与上转盘共同形成基础，上下转盘之间设转动球铰，通过球铰使上转盘相对于下转盘转动，达到转体目的。平转法转动体系具有滑动性能好、纠偏能力强、安全可靠及转动可控性强特点。
3.2 双T构转体连续梁工艺应用背景
肖家庄特大桥跨越兖石上下行线、瓦日上下行线四条铁路线路，每日通行90多趟列车，运输繁忙，若采用常规施工方法，将侵入既有铁路线上空，安全风险极高。
采用转体法施工，所有工作基本可以在转体前全部完成，大大减小了营业线施工风险，使施工安全得到保障、施工质量更有保证。
4.技术方案实施
4.1 转体连续梁施工主要流程
转体连续梁桩基础、墩身及梁体各节段混凝土施工、预应力张拉等均采用常规法施工，本文不在赘述。转体主要工艺流程：下承台→转体系统→上盘→墩柱→0#块→悬臂连续梁→称重试验→牵引系统安装→试转→正式转体→边跨合龙→中跨合龙。
4.2 转体系统施工
转体系统嵌于下承台及上盘内部，转体系统以球铰支撑为主，撑脚起控制转体稳定性作用，转体球铰设计承载力125000KN，设计最大偏心0.15m，采用牵引系统施加转动力矩。
4.2.1 转体系统介绍
转体系统分为下承台、上盘、上球铰、下球铰、销轴、球铰骨架、撑脚、滑道，滑道骨架。其中下球铰、销轴、球铰骨架、滑道，滑道骨架嵌于下承台中，撑脚、上球铰嵌于上盘内。
4.2.1.1下承台（下盘）
下承台支撑上部结构的全部重量，同时也是转体系统的承重基础，采用C40、C50混凝土分层浇筑而成，平面尺寸14.9m×11.8m，结构高度4m。下承台浇筑时预埋下球铰安装骨架，保证安装精度，钢筋布置要避开球铰骨架及下套筒，同时为下球铰安装预留槽口。
4.2.1.2球铰
上、下球铰是转动的滑动面，采用LQJ125000型，球铰由上球铰、下球铰、摩擦副、上套筒、下套筒、销轴、下球铰骨架组成，球铰的球面板采用Q345钢板；加强肋采用Q235钢板；销轴采用45锻钢；摩擦副采用填充聚四氟乙烯复合夹层滑片（LR516），滑片容许力不小于100MPa，滑动摩擦系数不大于0.06（硅脂滑）。
4.2.1.3撑脚、滑道
撑脚在转体中主要起到辅助平衡的作用，在转体过程中若出现偏心情况，撑脚支撑在滑道上，继续保证转体系统保持平衡。撑脚采用钢管混凝土结构，Q345D钢管厚度24mm，外径80cm，内填C50微膨胀混凝土。钢管下设3cm厚刚走板，走板下设5mm四氟乙烯板，走板面加工精度为3级。下承台施工时精确定位滑道骨架，滑道采用2.4cm厚环形钢板，通过螺栓与骨架连接并精调高度，钢板上焊接3mm厚不锈钢板，四氟乙烯板与不锈钢板间形成滑动面，保持撑脚与滑道间的缝隙10mm【1】。
4.2.1.4上盘
上盘支承墩柱、连续梁及上部结构，内部包含牵引索，是牵引力的主要作用部位。上盘采用C50，牵引盘高3.115m，直径10.8m，转体完成并包平后平面尺寸为11.8m×11.8m，总高度4m。上盘施工时预埋上球铰、撑脚及牵引索锚固端，转盘钢筋布置避开上套筒，上盘纵横向钢筋在撑脚处打断，撑脚预埋时保持竖直。
4.2.1.5牵引系统
a.转体施工设备配置
每个桥墩转体选用两套四台ZLD4500/31.5-200B型液压、同步、自动连续牵引系统。主控台放于视线开阔、能清楚观察现场整体情况的位置。
b.牵引索
牵引索由19束φ15.2钢绞线组成，对称分布于上盘两侧。钢绞线一端锚固于上盘内，另一端穿过牵引反力座与连续千斤顶连接，是牵引力的传导构件。
c.牵引力、安全性及转体时间
转体设计总重力为W=125000kN
其摩擦力计算公式为F=W×μ
启动时静摩擦系数按μ=0.042（按照最大摩擦系数计算），静摩擦力F=W×μ=5250 kN
1）转体拽拉力计算
T=2/3×（R×W×μ）/D
R-球铰平面半径R=2m。
D-转台直径，D=8m
μ-球铰静摩擦系数
计算结果：
启动时所需最大牵引力T=2/3×（R×W×μ静）/D=875kN；满足要求。
2）钢绞线安全系数计算
1860MPa级φ15.2mm钢绞线的标准破断力为260kN。钢绞线的极限承载为（按19根钢绞线计算）：
19×260 =4940kN。
按考虑撑脚撑影响的情况计算：
启动时钢绞线的安全系数：K5=4940×0.75 /875=4.23。
3）转体时间
按0.02rad/min即大约1.15°/min的转体速度计算。按设计图样要求，该工程的转体角度为34°。则转体时间t=34/1.15=29.6min。即理论转体时间大约为30min。
4.2.2 下承台施工
下盘采用C50混凝土分层浇筑而成，平面尺寸14.9*18.1m，结构高度4m。下球铰安装时应预埋球铰骨架，骨架角钢顶面相对高差小于5mm，球铰中心纵横向误差小于1mm。
下转盘施工顺序：
标高测量→安装、调整下球铰支架及滑道支架→精确定位及调整→固定下球铰支架及滑道支架→绑扎基坑内横向钢筋、布置及限位挡板、布置牵引反力座钢筋及千斤顶反力座（I56a工字钢）→安装、较准、固定滑道板→安装、较准、固定下球铰→绑扎下球铰外圈钢筋→浇注承台混凝土。
4.2.3 上转盘施工
上盘施工时预埋球铰、撑脚及牵引索锚固端，铰盘钢筋布置避开上套筒，上盘纵横向钢筋在撑脚处打断，撑脚预埋时保持竖直。
4.2.3.1盘面清理及定位轴安装
盘下混凝土浇注完成后，对下球铰表面进行清理，盘面采用磨光机进行打磨，表面灰尘及杂物用吸尘器清理干净。定位轴套内的水及其它杂物清理干净并用空压机吹干。首先，将润滑油脂填充入下球铰中心套管中，确保填充足够多的润滑脂后将定位轴吊装就位，人工试转并将定位轴与球铰中心轴重合。
4.2.3.2上下球铰之间填充润滑油脂
为减小转体中上下球铰之间摩擦阻力并防止杂物进入转动摩擦面，球铰上下球面之间采用润滑油脂填充。
4.2.3.3安装上球铰及试转
润滑油脂填充完成后，及时将表面清理干净的上球铰吊装就位，吊装过程中人工配合上球铰定位，确保上球铰中心对准定位轴后缓慢、轻放至下球铰上，就位后使之水平并与下球铰外圈间隙一致。
采用人工加加力杆的方式对上球铰进行试转，一方面靠上球铰的自重将其与滑块顶面充分密贴，另一方面确认上球铰相对下球铰转动时不受其他物料阻碍。
4.2.3.4封闭上下球铰接缝
试转完成后，用槽钢进行焊接固定。人工去除被挤出的润滑油脂，用工程发泡剂和玻璃胶对上下球铰的接缝进行密封，用土工布、宽胶带进行包裹，外围用水泥浆密封，避免杂物进入摩擦面。
4.2.3.5撑脚安装
按设计要求确定撑脚的具体安装位置。对撑脚位置处，四角设置钢垫块。
撑脚底板处填充2cm厚石英砂，石英砂宜选择粒径1.2～1.8mm的粗砂和粒径0.5～1.2mm的细砂按照6：4的比例进行掺合。石英砂填充可适当超出撑脚安装范围，填充后对其压实收平。收平后石英砂顶面可略高于撑脚钢垫块1mm以内【4】。
4.2.3.6浇注牵引反力座
按设计图样要求浇注牵引反力座。
4.2.3.7砌筑挡砂墙、填砂、夯实、布置上承台底模
4.2.3.8布置上承台底层钢筋、外周钢筋，布置、锚固转体牵引束
4.2.4转体系统安装精度控制
转体系统安装时，先对其初平，采取“边测边调，先松后紧，对角抄平，步步紧跟”的原则和方法操作，采用“参考线放样，坐标符合”双控的测量方法进行校准。
4.2.4.1定位架精度控制
下球铰定位架顶面相对高差要求≤5mm，滑道定位架顶面相对高差≤2mm，施工时采用提高定位架精度的方法，以减少下球铰和滑道安装时的调整工作量，施工中将下球铰定位架相对高差和滑道定位架相对高差均提高至≤1mm，中心偏差≤1mm。
4.2.4.2下球铰安装精度控制
下球饺的安装精度是整个转体球铰安装的关键步骤。安装精度：顺桥向±1mm，横桥向±1.5mm，下球铰正面相对高差≤1mm。施工中在可调精度内提高了下球铰正面相对高差安装精度≤0.5mm。
4.2.4.3滑道安装精度控制
滑道安装要求滑道顶面高出下转盘混凝土顶面1cm，且整个滑道面在同一水平面上，其相对高差不大于2mm。
4.2.4.4上球铰安装精度要求顶面在同一球面上其误差不大于0.2mm。
4.3梁体称重
平转法转体施工要求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，在理论上，水平转体绝对保证转体中支点两端重量的一致，也就是保证其两端达到平衡状态。因此，连续梁的梁体完成、在转体前利用千斤顶和位移计进行称重试验，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，实现桥梁转体时的平衡配重要求。
4.3.1转体重量
称重前，计算得出18#墩重量为11787.73t，19#墩重量为12238.24t。
4.3.2称重试验
4.3.2.1平衡称重试验
转体体系平衡状态判定；由于桥梁为直线梁，根据临时固结设施接触前后撑脚间隙变化情况，可以判断不平衡力矩主要在纵桥向，为此，称重实验主要在纵桥向进行。同时，可以判断不平衡力矩小于磨阻力矩（撑脚均不与滑道接触）。
4.3.2.2称重步骤
a在选定断面处安装位移传感器和千斤顶；
b调整千斤顶，使所有千斤顶处于设定的初始顶压状态，记录此时的力值；
c千斤顶逐级加力纪录位移传感器的微小位移，直到位移出现突变；
d对转体梁共进行2次上述顶升试验；
e确定不平衡力矩、摩阻系数、偏心距；
f确定配重重量、位置及新偏心距；
g 出具转体梁称重试验报告。
4.3.2.3 18#墩称重实验结果及配重方案
得出配重方案如下：在纵向大里程方向，距离转动中心63m处配重12.0t
4.3.2.5配重效果分析
配重完成后，撑脚与滑道之间间隙比较均匀，T梁两端标高无明显变化。转体连续梁处于平衡状态【3】。
4.4 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【2】。
4.4.1 试转步骤
4.4.1.1预紧钢绞线。预紧采取对称进行的方式，并重复数次，以保证各根钢绞线受力均匀。
4.4.1.2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。若不能转动，则施以事先准备好的辅助顶推千斤顶同时出力，以克服超常静摩阻力来启动桥梁转动。
4.4.1.3记录每分钟转速，即每分钟转动主桥的角度及悬臂端所转动的水平弦线距离，将转体速度控制在设计要求内。由于本桥距离营业线距离近，悬臂长，试转度数只有1°，无法直接采集转体数据，遂直接采用点动方式，通过加密点动次数，根据点动期间的数据变化估算转体数据。
4.4.1.4控制采取点方式操作，测量组测量每点动一次悬臂端所转动水平弦线距离的数据，以供转体初步到位后，进行精确定位提供操作依据。
根据设计要求转体转动速度控制在0.02rad/min以内，本次转体转动速度控制在0.01rad/min，因此在转动1°内能完成数据收集工作。
4.4.2 试转观测
根据地面控制点分布位置，分别在18#、19墩顶做测量控制点K18、K19和水准点，便于转体梁施工中的测量控制。
4.4.2.1观测点布置
在两个梁端横断面做好梁体中心控制点，同时墩底横断面按照逆时针方向固定刻度尺，刻度尺0点与梁体中心线重合。平面位置控制是分别在转体梁小里程右侧和大里程左侧挡砟墙外侧做临时控制点A和B，作为试转时观测控制点。在梁顶两端及中间部位的左右两侧各做两个临时控制点，点号为1、2、3、4、5、6，作为高程观测点。
图23 自动实时监测示意图
5.2 中跨合龙段钢盒施工工艺
本桥中跨合龙采用钢盒施工工艺代替传统挂篮法进行连续梁合龙，合拢精度及密封质量得到确保。
5.3 BIM技术用
桥梁转体合拢时采用BIM技术模拟施工动态情况，确定中跨合龙钢筋、钢盒安装尺寸、模拟转体施工过程及辅助进度管理，得到成功应用。
6.实施效果分析
肖家庄特大桥（78+144+78）m双T构转体连续梁施工，转体系统、称重试验、试转牵引、中跨合龙等关键技术的成功应用，在施工效率、施工质量、经济效益和施工安全方面取得了重大成绩，得到了各级部门的充分肯定，为今后类似项目提供一定的技术参考。
参考文献
[1]姜欣.连续梁转体施工关键技术研究.石家庄.2017
[2]王世学.简述大跨度连续梁转体施工关键技术问题.沈阳.2015
[3]张俊涛.浅谈大跨度连续梁转体施工的关键技术问题.大原.路桥工程.2017
[4]王振东.大跨度连续梁水平转体施工关键技术研究.沈阳.铁道建筑.2013
论文作者:刘庆堂
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年4期
论文发表时间:2019/6/14
标签：滑道论文; 称重论文; 系统论文; 转盘论文; 骨架论文; 精度论文; 高差论文; 《建筑学研究前沿》2019年4期论文;