郑州中心区铁路跨线桥超大吨位转体施工技术

肖建新

（中铁大桥局集团第一工程有限公司 郑州 450053）

1 工程概况

1．1 桥梁结构、环境特点及转体意义

郑州中心区铁路跨线桥主桥为双塔单索面3跨预应力混凝土斜拉桥，孔跨布置为106m＋248 m＋106m，全长460m。位于郑州火车站北枢纽，主跨248m，先后跨越京广和陇海客运线、郑州车辆段、京广和陇海货运线，交通非常繁忙［1］。为避免施工造成的长时间封锁铁道线或者频繁干扰铁路运输，其中跨越京广、陇海客运线共7条股道的120梁段采用转体法施工，以最大限度地减少对行车密集的京广、陇海2大客运铁路干线的行车影响，以及常规施工对铁路运营的频繁干扰，从而减少行车安全隐患，大大降低安全风险。［2］

跨线桥转体前后桥梁位置关系见图1。

图1 跨线桥转体前后桥梁位置图（单位：m）

1．2 转体体系概况

本桥上跨京广陇海客运铁路的梁段采用转体施工，球铰设在3号主墩承台顶中心，转体的构件主要包括：上转盘（含上球铰）、墩身、支座及垫石、墩梁临时固结、主梁转体段（60．5m＋59．5 m）、主塔以及斜拉索（6对）、施工挂篮（1只）、配重及其他临时荷载等。

转体系统布置见图2。

图2 转体系统布置图

牵引系统包括牵引索、助拉牵引索以及相应的千斤顶反力座。牵引索采用15－15．2钢绞线，固定端锚固在上转盘内；助拉索采用11－15．2钢绞线，固定端锚固在上转盘撑脚内；承台上设有千斤顶反力座和牵引反力座，牵引反力座用于转体结构的启动和转动，千斤顶反力座用于转体的启动、止动、姿态微调等。

上转盘为3向预应力结构，四周共设8对撑脚。撑脚中心线直径为11．2m，施工时撑脚底离滑道顶26mm，转体过程中起防倾覆作用。上转盘与承台之间设置球铰，球铰半径8m。

1．3 转体技术参数

设计转体总重量171 000kN；转体梁段长度60．5m（中跨）＋59．5m（边跨）＝120m；平转角度为逆时针60．4°。

2 转体体系施工

2．1 球铰施工

（1）球铰构造。主桥转体系统球铰位于3号主墩承台中心，球铰分为上球铰、下球铰及转动轴3部分，共重146．8kN。球铰位置在上下转盘之间，球铰半径8m，平面直径为4m，球铰由上下2块45mm厚钢质球铰组成，上球铰为凸面，与下转盘（球缺面）接触，下球铰为凹面，通过承台内钢骨架固定在下转盘的顶面上，上下球铰球缺高度254mm，材质均为16Mnq钢板压制而成的球面，背部设肋条，球铰中心设直径×壁厚为325mm×18mm钢套，总长度为4 050mm，为了便于运输分为2 025mm的2节，用法兰连接。中心轴为260mm的实心轴，下球铰上镶嵌直径×壁厚为60mm×18mm聚四氟乙烯滑片906块，直径×壁厚为100mm×18mm聚四氟乙烯滑片4块，上下球铰间填充黄油四氟粉，作润滑与上球面板组成摩擦副。

为了保证混凝土浇筑密实，在下球铰面板上预留4个直径80mm和4个直径100mm振捣孔，预留孔制作为内衬环＋振捣法兰盖的安装形式。等混凝土浇筑完成后将振捣法兰盖安装在下球铰面上，然后在振捣法兰盖上安装四氟滑片。另外，为了振捣时能排除混凝土中的气泡，也便于混凝土浇筑后水分蒸发，下球铰均匀设置了32个直径20mm的出气孔。

（2）球铰制造验收。球铰竖向承载力为171 000kN，由专业厂家制造，出厂和进场时分别组织业主、监理、设计、施工单位进行检查验收。

（3）球铰安装。

①下球铰安装。球铰安装在3号墩承台中央，承台浇注混凝土时预留一个倒圆台槽口，槽内预埋好预埋件。先将球铰上球铰吊开放置一边，并用塑料、胶布将凸面防护好。将下球铰型钢骨架吊起安放在承台预留槽内预埋件上，调整好位置，将其焊接固定，将下球铰安放到位，利用调位螺母将其调整水平。

测量人员采用全站仪放出球铰轴线和边缘4个点的坐标值，控制球铰偏位。采用水准仪调整水平，将下球铰准确定位满足设计要求后固定牢固。下球铰安装校正后做好防尘处理。

②预留槽口混凝土灌注。预留槽口共计需要C50混凝土22．8m3，球铰部位灌注混凝土从一侧通过球铰下底面向另一侧流动，振动棒从球铰四周边缘往里斜插使其流动，同时在球铰顶面振捣孔处插入振动棒振动，排出气泡，混凝土溢出孔后封堵振捣孔。混凝土振捣确保密实。浇注完成后，及时清理球面内积水、混凝土残渣，并用棉纱清理干净。混凝土养护直至上球铰和滑片安装前用篷布覆盖，防止污染。

③安装销轴。将黄油与四氟粉按重量比120∶1的比例配制好后，在中心销轴套管中放入黄油四氟粉，然后将中心销轴轻放到套管中，放置时保证中心销轴竖直并与周围间隙一致。

④安装滑片及上球铰。将下球铰再次清理干净，按照设计要求安装聚四氟乙烯滑片，在下球铰凹球面上按照顺序由内到外安装聚四氟乙烯滑片，滑片应按照编号对应放入凹槽内，其顶面应位于统一球面上，误差小于1mm。将聚四氟乙烯滑片安装完毕后，用黄油四氟粉填满聚四氟乙烯滑板之间的间隙，使黄油面与四氟滑片面相平。整个安装过程要保持球面清洁，不要将杂物带至球面上。

将上球铰的2段销轴套管接好，用螺栓固定牢固。注意保护好上球铰，将上球铰凸球面涂抹黄油后，用防水塑料布将整个上球铰严密包起来，放置于厚木板上。使用时将上球铰吊起，去除防水塑料布，用纱布将凸球面擦试干净，在凸球面上抹涂一层黄油四氟粉，然后将上球铰对准中心销轴轻落至下球铰上。用拉链葫芦微调上球铰位置，使之水平并与下球铰外圈间隙一致。去除被挤出的多余的黄油，用宽胶带纸将上、下球铰边缘的缝隙密封。

⑤试运转。球铰安装完成后，进行试运转，检查无异常，再将球铰密封。

2．2 上转盘施工

3号墩转体上转盘包括8组撑脚及上转盘，其主体为3向预应力混凝土结构，撑脚为钢管混凝土结构。

2．3 墩身及转体段主梁施工

主墩墩身混凝土采用整体钢模一次浇筑，泵送入模。120m转体段主梁采用支架现浇，包括0号块（19．4m）、DB1（50．3m）和 DZ1（50．3m）分别一次浇筑完成。

上转盘及墩身工程照片见图3。

图3 上转盘及墩身

2．4 塔身及斜拉索施工

主塔为钢筋混凝土独柱式，梁面以上塔高64．5m，采用翻模法施工。塔身旁配1台固定式塔吊辅助施工。转体前施工完成6对斜拉索。

2．5 反力座施工

承台施工完成后设置牵引索反力座、千斤顶反力座，采用混凝土吊罐进行混凝土浇筑。

2．6 滑道及撑脚施工

滑道在承台施工时在设计位置通过木板预留槽口，然后用砂浆找平，分块将滑道钢板安装固定，测量监控确保滑道平整度。

为避免撑脚在体系转换时抵死，在通过设计人员同意后将撑脚与滑道间的间隙由16mm调整为26mm，且撑脚施工时根据图纸预留助拉牵引索钢绞线。

2．7 牵引索施工

牵引索锚固于上转盘中，上转盘施工时将牵引索锚固在设计位置，锚固长度大于7m，在锚固高度对应的上转盘相应位置周圈预埋支撑牵引索的钢筋头，由于牵引索长时间外露避免其锈蚀和过电，预留完成后将外露部分涂抹黄油，且用塑料管包裹保护。

2．8 临时墩施工

为确保转体后转体段梁体形成稳定结构，在转体后边跨距离墩中心55m处设置钢管临时墩，临时墩采用直径×壁厚为1．0m×10mm的钢管，待转体完成且姿态微调后用型钢将临时墩与梁体抄实。

2．9 称重施工

（1）称重反力架。称重反力架分别设置与中跨和边跨距离墩中心55m处的隔板位置，其结构为9m×5m的混凝土基础，6根直径×壁厚为0．426m×10mm的钢管作为支撑柱，其上设置2［36的型钢作为分配梁。并在每个反力架上安装3台2 000kN千斤顶及经标定过的传感器。

（2）称重。①在一端向上施力顶升梁体，当梁体发生转动的瞬间（通过转盘处设置的百分表来判断），记录传感器顶升力和百分表读数；②通过顶升力与力臂求得力矩；③中跨、边跨各顶升1次记录相关数据，分析后剔除不合理数据，由最小二乘法分析求得球铰摩阻系数、偏心距；④根据计算数据减少边跨配重13．6t，调整偏向距，再次称重使偏心距为0．05m，满足预定偏心距；⑤称重成果见表1。

表1 称重成果一览表

3 转体施工准备

3．1 转体设备

转体设备见表2。

表2 转体施工主要机具设备仪器

3．2 转体施工组织

转体时成立转体施工指挥组，下设监控组、技术组、施工组、安全防护组、测量组、观察应急组、后勤组等，在专家组的指导和监理组的监督下加强信息传递，确保指令畅通。

4 转体施工

4．1 转体设备布置

（1）布置连续平转千斤顶动力泵站。

（2）布置转体控制设备。①布置连续平转千斤顶检测传感器；②连接现场实时网络控制系统。

（3）布置助拉千斤顶。根据经验在开始转体过程中，转体结构由静摩擦转为动摩擦过程中，静摩擦力有可能很大，需要利用助拉千斤顶提供一个拉力辅助结构转动，在2个千斤顶反力座后各布置1台助拉千斤顶，当转体结构启动后，助拉千斤顶自动失去作用。

4．2 转体同步控制方案

采用计算机控制系统确保连续平转千斤顶动作同步和牵引点位置同步。

4．3 转体施工步骤

（1）转体系统设备安装准备。在每个牵引点分别布置1台40L双比例液压泵站，共布置2台。每个助拉点布置1台液压泵站，共布置2台。

（2）支架、塔吊拆除及挂篮安装和配重。

（3）静置。转体段施工支撑支架拆除前对各观测点进行观测并作为原始记录，支架拆除完成后静置24h，每2h对观测点进行一次测量并记录（标高、位置、测量温度等），若有异常（如观测点标高突变等），立即对结构进行检查并复测。

静置过程中对转盘、墩梁固结以及梁体等结构进行检查，检查是否有裂缝等现象发生并记录，若有异常及时处理。

（4）调整重心。为确保转体过程中梁体的稳定，且确保铁路运营线的安全，在称重后，根据称重结果调整重心在边跨侧距球铰中心5～10cm之间，形成球铰、边跨侧2个撑脚同时支撑的3点支撑状态。

调整时应根据称重结果所测得的不平衡力矩，确定配重重量并配重。

（5）测量及监控标志。①在滑道转盘上做好线速度控制标记，在上转盘外缘贴上坐标米格纸带，以便转体过程中监测并控制转体速度；②对其他所需的观测点提前做好标记，并要预见转体施工动态变化过程中测点的可视性。

（6）监控元件布设。按监控单位要求布设应力监控元件。

4．4 预转体

在正式转体前先预转体，根据数据调查确定转动1．5°后不进入铁路限界。在滑道上设置一根角钢作为转体强制限位装置，保证预转角度。铁路给点并停电后，解除临时支撑，观察滑道上无障碍物后开始启动牵引千斤顶。

预转时采用牵引千斤顶进行分级加载，当千斤顶加载至开始转动，到1．5°后转动停止，恢复临时支撑。通过预转体实施情况决定正式转体不采用助拉千斤顶，将助拉索通过钢筋固定于撑脚上，在转体过程中随撑脚一起转动。

4．5 转体

根据铁路局相关调度命令转体分2次要点完成，每次要点60min。施工前对所有设备进行检查，停电完成后，指挥组命令解除临时支撑，施工人员分组打掉临时支撑抄垫钢板，去除型钢支撑，观察人员对解除过程和结果进行观察，解除完毕后向指挥组汇报施工与观察情况，由指挥组发布张拉命令。

张拉开始后观察人员对钢绞线、反力座结构以及撑脚和滑道进行观察，转动开始后及时将未随撑脚一同移动的四氟乙烯板向转动方向进行倒运，并对抽拔出的钢绞线进行梳理，保证转体顺利进行。转动至距离设计位置2m时，改为点动，通过点动使梁体到达设计位置，并固定制动装置，确保转体段的位置。然后认真检查转体结构、牵引平台、锁定措施等情况，确认一切正常后，结束转体施工并消点。

4．6 姿态微调

转体完成后调整线形，先调梁体中线，再调主塔垂直度，最后调主梁标高线型。在转体段和边跨现浇段端头设置十字交叉2根钢绞线，用千斤顶张拉调整，调整完成后中心偏位为中跨20 mm，边跨14mm。主塔垂直度采用3台4 500 kN千斤顶在转盘千斤顶反力座上顶上转盘，通过百分表控制千斤顶的行程，调整完成后主塔塔顶偏位为偏南5mm，偏西27mm。经测量梁体线形满足监控要求。

用钢筋将撑脚与滑道抄实并焊接牢靠，将千斤顶反力座上型钢与上转盘用钢板抄实，保证梁体位置不因转盘而变化。

5 结语

通过对郑州中心区铁路跨线桥超大吨位转体施工的工程实践，总结其技术要点如下：

（1）转体时携带了大型施工临时设施。在施工过程中，因场地限制及跨越京广、陇海铁路等共7条电气化股道的复杂外部环境要求，挂篮、塔吊等大型临时设施需要在转体前安装就位并参与转体，故转体平衡控制要求较高，现场采取了平衡配重、动态监控等工艺手段，完成了主体结构携带多种大临设施同步转体的施工技术实施。

（2）采用了2阶段转体法。因该桥转体时需跨越郑州火车站北咽喉，平均约3min通行一趟客运列车，若一次要点120min，须中断京广、陇海2大动脉2h，势必严重影响全国大部分列车的通行。施工中采用了2阶段转体法，即120min分2次给点，每次60min，中间间隔一定的时间，让积压的列车通行，从而有效缓解了交通运输压力。

整个转体过程安全、优质、高效，为类似桥梁施工积累了宝贵经验。

［1］ 中铁二院工程集团有限公司．郑州市中心区铁路跨线桥施工图设计文件［Z］．成都：中铁二院工程集团有限公司，2007～2009．

［2］ 中铁大桥局股份有限公司郑州中心区铁路跨线桥项目经理部．郑州市中心区铁路跨线桥施工组织设计方案［Z］．郑州：中铁大桥局股份有限公司郑州中心区铁路跨线桥项目经理部，2007～2010．