轨道交通高架桥跨越既有高速公路时的施工方法比选

朱 童

（上海黄浦江大桥建设有限公司，上海市200090）

1 项目概况

上海轨道交通16号线工程跨越S2沪芦高速公路段为高架桥梁，设计方案为35.5 m+50 m+35.5 m三跨变截面连续箱梁，总长121 m。S2沪芦高速连接上海城区和临港新城，设计时速80 km/h，现状总宽度27 m。原方案拟采取悬臂现浇法施工，因交底时间较晚，且为了尽量减少占路施工对交通的影响，以及降低高架上跨施工带来对地面车流带来的安全风险，经多方论证，决定采用转体法施工工艺实施。

2 转体方案

在轨交16号线跨S2高速公路的实施中，为保证施工的对称性和转体的平衡性，设计将总长121 m的三跨现浇梁分为9.5 m（边跨现浇段）+2 m（边跨合拢段）+48 m（转体段）+2 m（中跨合拢段）+48 m（转体段）+2 m（边跨合拢段）+9.5 m（边跨现浇段）=121 m（总长）。将实现转体的两个中墩的承台分为上下两部分，其中设置转体钢球绞，下承台处设牵引反力座，实施转体牵引。转体系统主要包括承重系统、平衡系统、牵引系统等三个方面。

2.1 承重系统

采用较为成熟的工厂预制钢球绞作为主要承重系统。钢球绞主要分为上下球绞、滑道、撑脚、钢转轴等组成。其中下球绞定位骨架、滑道定位骨架浇筑在下承台内，转体下承台第一次混凝土施工完毕后，将下球铰放置于已架好的底座骨架上，骨架上四周的微调螺丝调整下球铰中心位置及球面，浇筑第二次混凝土时，先将下球铰的4个振捣孔旋出，振捣至出气孔有混凝土往上冒，证明振捣密实，再从外侧继续浇混凝土，浇之前先将振捣孔盖旋好。上承台混凝土分两次施工，第一次浇筑中间转盘部分，第二次再浇筑上承台。在混凝土浇筑前，事先完成上球铰的安装。

2.2 平衡系统

平衡系统主要由滑道和撑脚构成。墩柱及箱梁施工阶段采用6对2×Ф600 mm的撑脚承载上部的荷载，也是转体施工的防倾保险体系，是转体施工方法中的重要保证措施。根据设计构造的特点，在转体过程中，转体的全部重量由球铰承担，但转体结构受外界条件或施工的影响容易出现倾斜。因此，必须设置内环保险腿。

利用上转盘上环形布置的撑脚作为内环保险腿，钢管底为5 mm走板，走板与下滑道间预留15 mm间隙，施工中用黄砂灌填，在转体荷载作用下，沿滑道转动时留有间隙，便于确定荷载状态和转体姿态的调整。转体前将滑道清理干净，涂抹黄油四氟粉，便于撑脚滑移。

在理想状态下，滑道和撑脚之间的15 mm始终存在，即转体时主要受力均有球绞承担，但为了避免施工误差等因素影响导致失稳，故设置撑脚和滑道，在侧倾失稳发生后，依靠牵引系统仍可推动转体，克服撑脚与滑道的摩阻力。

2.3 牵引系统

采用ZLD型自动连续转体系统，在下承台顶布置牵引反力座，通过两台ZLD100型千斤顶(牵引力1 000 kN)张拉预应力钢绞线使上下承台间实现转动 。牵引力需克服两部分摩阻力矩（kN·m）：（1）球铰摩阻力矩；（2）不平衡荷载引起的撑脚滑道间摩阻力距。

3 工期对比分析

原设计图纸施工方案为悬臂现浇法，主跨、边跨各采用6个块段，边跨现浇段2块段，边跨合拢段2块段，中跨合拢段1块段，后改转体法施工对图纸进行设计变更，两个转体段共2块段，边跨现浇段2块段，边跨合拢段2块段，中跨合拢段1块段。块段划分分别如图1、图2所示。

3.1 方案工期对比

为了更好地研究两种方案在实施过程中的工期长短，故在方案对比中不考虑外部条件、天气条件、人力物力的投入等因素，单只考虑施工工序的安排和混凝土养护期等硬性生产周期指标。其中两种方案中的钢筋安装、混凝土浇筑、预应力施工、模板拆除等工序的施工周期取决各类外部因素，对两种方案的工期对比没有实际意义，故按相同工序的工期相同来考虑，相同工序的工期以字母代替。

以字母A代表钢筋施工，字母B代表预应力施工，字母C代表混凝土浇筑，字母D代表混凝土养护期。

3.1.1悬臂现浇法施工周期

按分四个班组两边同时进行施工考虑：

（1）Φ800钻孔桩：因两种方案中桩基数量分别为16根和18根，差别较小，因此按照施工周期相同考虑；

（2）承台：A+C+D；

（3）立柱：因两种方案中立柱均系一次性浇筑，因此按照施工周期相同考虑；

（4）0#块：A+B+C+D；

（5）1#～6#块：（A+B+C+D）×6，其中挂篮移机按每块段1 d，则为6 d；

（6）边跨现浇及合拢段：两种方案中施工周期相同；

（7）中跨合拢段：两种方案中施工周期相同。

小计：工期=8A+7B+8C+8D+6（日历天）

3.1.2 转体法施工周期

按分两个班组两边同时进行施工考虑：

（1）Φ800钻孔桩：因两种方案中桩基数量分别为16根和18根，差别较小，因此按照施工周期相同考虑；

（2）下承台：A+C+D；

（3）转体系统安装；焊接支架、球绞面处理、滑道焊接等，按5 d考虑；

（4）上承台：A+C+D(上承台中穿转体牵引预应力索，但不先张，故不考虑工期)；

（5）立柱：因两种方案中立柱均系一次性浇筑，因此按照施工周期相同考虑；

（6）现浇转体段：现浇箱梁分两次浇筑（A+B+C+D）×2；

（7）边跨现浇及合拢段：两种方案中施工周期相同；

（8）转体施工：每段转体牵引仅需约3 h，故按1 d计算；

（9）中跨合拢段：两种方案中施工周期相同。

小计：工期=4A+2B+4C+4D+2（日历天）。

两者对比，转体法比挂篮法节约：4A+5B+4C+4D（日历天）

3.2 实际工期对比

根据轨道交通16号线跨S2高速公路转体法实际施工经验所得，原方案挂篮法施工计划工期需至少6个月，采用转体法实际用了4个月，节约了2个月的工期。其中在转体法施工阶段，因采用新方案新工艺的摸索和实施所花费时间占据了很大的比重，因此，若转体法施工工艺此前已被广泛推广运用，施工单位此前已成熟掌握，则完全有条件将转体法施工周期大大缩短10～15 d。

4 经济投入对比

图1 悬臂现浇法分块示意图（1/2）（单位：mm）

图2 转体法分块示意图（1/2）（单位：mm）

因转体法施工中，转体现浇段的施工首先须垂直于线路走向，因此不可避免地导致施工范围超红线的情况。以轨道交通16号线施工为例，征地红线宽度20 m，而转体现浇段长度48 m，加上施工作业面，共需60 m，则两侧施工场地超出红线20 m，须借地施工，产生借地费用。

4.1 设备费用

挂篮法施工采用挂蓝设备四套，转体法施工采用两套转体设备、钢球绞、滑道、支撑系统等，若按照新购置并摊销计算，转体法设备费用略高于挂篮法设备费用。

4.2 结构增加费用

挂篮法设计方案中，主墩桩基础16根，桩长46 m，承台尺寸为7.9 m×7.9 m×2 m，立柱15 m，变更为转体法后，主墩桩基础18根，桩长46 m，下承台尺寸为10.1 m×13.3 m×3 m，上承台尺寸为Φ8.7 m×2 m，立柱高8.5 m，其余部位结构尺寸未变更。

4.3 措施费用

因挂篮法施工周期长，且长时间位于高速公路通行上空施工，安全隐患极大，因此产生的道路翻交及交通设施配合费用较大，而转体法施工对高速公路通行安全的影响微乎其微，所产生的交通安全配合费低廉。

通过投入分析，可以得出采用转体法施工费用高于挂篮法施工。

5 结论

悬臂现浇法跨越既有道路的施工中常常会发生高空坠物的问题，而转体法施工可以有效地将两者结合到一起，既提高了施工进度，又降低了安全风险，在高架结构跨越既有高速公路的方案抉选中具有无可比拟的优势。转体法施工虽然经济投入较高，但是合理地增加投入可以兼顾安全和进度，那么不仅降低了投资方的风险，又可以有效地提高社会效益。