跨既有线转体连续梁施工控制技术*

孙 巍

(中铁十九局集团第一工程有限公司 辽宁辽阳 111000)

在有线转体连续梁施工控制技术中，施工人员可以根据施工桥梁连续梁的转向方向主要分为：水平转体法与竖向转体法(简称为平转法和竖转法)；还有水平转体与竖向转体相结合的转体法；其中平转法在日常生活中的应用较多，种类也更多，主要为：无平衡转体法和平衡转体法。根据其支撑转动的方式，又可将其分为后支撑转体法施工法、撑脚支撑转体施工法、转动支撑和磨心支撑转体施工法；还有根据中心转盘的支撑形式，又可以分为：球铰转体施工法以及平面转铰转体施工法。在维也纳多瑙河运城桥的建造中，平转法得到了首次使用。中国1977年首先采用平转施工技术建成了四川遂宁建设桥。1993年，郑州铁路局为满足跨越铁路编组站且不影响通车的需要，首次采用竖转与平转相结合的转体施工工艺，建成跨径为150m的安阳钢管混凝土拱桥[2]。随着国家高速铁路网的建设，转体施工在跨既有铁路桥梁施工中得到大量应用。

1 工程概况

新建商合杭铁路阜阳特大桥DK193+693.55(242#墩)～DK193+807.25(245#墩)(32+48+32)m转体连续梁上跨京九铁路,连续梁与既有京九铁路上下行线相交于DK193+747.88、DK193+751.93(京九铁路上行线里程为K864+300、下行线里程为K864+900)，对应营业线交角82°20′46″、82°26′17″，上部结构为(2×23.25)m预应力混凝土连续梁，转体部分跨径组合为(23.25+23.25)m，桥梁全长113.2m。中支点、边支点及跨中梁高3.035m，梁底板宽5.5m，顶板宽12.6m，梁底距京九铁路轨顶净空为10.457m，距接触网线杆净空为2.59m。单个转体重量1754.727t。转体梁顺京九铁路方向悬臂预制，待转体施工前拆除球铰临时固结设施，逆时针同步转体至铁路设计线位，最后进行球铰固结、浇筑合拢段、体系转换后成桥。

2 转体施工

转体施工前先将桥面附属施工完成，清理滑道，将滑道打磨平整，清理铁锈，并将阻碍球铰的所有障碍物全部清理干净，并根据撑脚与滑道之间的空隙，在滑道面内撑脚底铺装聚四氟乙烯板，并在聚四氟乙烯板与滑道的接触面涂黄油聚四氟乙烯粉。为直观的看出梁体转动的角度，在上承台设置转动刻度，在下承台上设置指针，通过读取指针对应的读数，计算出梁体旋转的角度。通过梁体称重试验，测出梁体的不平衡重，根据实测数据进行梁体配重，消除不平衡重。在转体施工前进行试转，通过试转得出转体施工相应数据。

2.1 转体结构的牵引力计算

转体总重量W为28426kN，转体结构摩擦力的计算重视可以写为：F=W×μ。在转体结构启动时，将其静摩擦系数设为μ=0.1时，F静=W×μ=2842.6kN；转体结构在在转体运动过程中的动摩擦系数μ=0.06时，F动=W×μ=1705.56kN；

转动牵引力为T=2/3×(R·W·μ)/D

式中，球铰平面半径R=1.5m，转台直径D=9.4m，在球铰转体的运动过程中，设球铰转体静摩擦系数μ静=0.1、动摩擦系数μ动=0.06。

经计算结果可得:梁体转体运动过程中所需的最大索引力为302.4kN；所需牵引力为181.4kN。

2.2 梁体称重试验及不平衡配重[3～5]

2.2.1 称重前的准备工作 首先要安装能够进行中跨合拢段的承重吊架；撤掉梁体顶端的所有施工设备、机具；检查承台上转盘和撑脚下的滑板；安放大量程百分表和施工用千斤顶；拆除砂箱、转体支架，在滑道面内撑脚底铺装聚四氟乙烯板，并在聚四氟乙烯板与滑道的接触面涂黄油聚四氟乙烯粉；最后读出承台指针的读数，观察转体结构是否倾斜，若已倾斜则观察其倾斜方向以确定其状态。

2.2.2 具体实验操作步骤 ⑴判断梁体转向的平衡状态。在解除上下转盘的临时固结过程中，在撑脚放置处安装位移传感器，方便施工人员观察撑脚是否下沉，从而判断梁体转体的平衡。⑵梁体称重流程。选定梁体断面的位置安装千斤顶，放置位移传感器；随后进行千斤顶的调整，使千斤顶处于开始设定的预压状态，此时，工作人员需要记录位移传感器和压力传感器的读数；千斤顶逐级增重，再记录两个传感器数值，直到位移数据发生变化； P-△曲线的制作，判断梁体的承重临界力；将可移动设备移动至另外一边，重复试验流程；计算确定摩阻系数、偏心矩、不平衡力矩、按梁体倾斜系数与方向设计配重方案，重新计算配重后的偏心矩。称重试验不同工作状态详见图1、图2，摩阻系数计算模型详见图3。

图1 球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩

图2 球铰摩阻力矩小于转动体不平衡力矩

图3 摩擦系数计算简图

2.2.3 测试结果 初配后拆除上下转盘间临时固结，观察梁体平衡状态。两个T构拆除砂箱后撑脚均未着地，属于转动体球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩这种状态，配重试验结果见表1。

表1 转体T构称重成果记录表

说明：⑴球铰静摩擦系数平均值为0.036；⑵243#墩T构初始偏心距0.049m，可不配重；244#墩T构初始偏心距0.089m，配重重量30kN，放置于边跨方向距离悬臂端部3m远位置，配重后偏心距为0.068m；⑶配重前后T构纵向偏心距均满足规范5cm≤e≤15cm的要求。

2.3 试转体

2.3.1 试转过程 ⑴试转前测量一次初始值。⑵分级加载直至梁体正常转动，大约转动2°(测量人员记录连续转动2°所用的时间推算出线速度)喊停，同时牵引组停止(测量人员记录测量数据)，此时让梁体惯性到完全静止后测量。⑶牵引组连续牵引分别进行3次5s、3s点动操作，待梁体完全静止后测量，求出梁端各个点动的转动弧长及转动角度，为正式转体精调提出依据，以备在施工要点计划内完成转体工作。

2.3.2 试转检测结果及结论 根据实际试转的数据可知243#墩启动所需的最大牵引力为190kN，244#墩启动所需的最大牵引力为200kN，均小于设计启动最大牵引力302.4kN；243#墩静摩擦系数为0.0178，244#墩静摩擦系数为0.0187，均小于设计静摩擦系数；243#、244#墩惯性制动距离分别为梁端转动弧长0.3cm和0.5cm。通过对墩柱倾斜监测，试转过程中主梁稳定，墩柱无倾角，梁体姿态稳定，结构安全，满足设计转体要求。

2.4 正式转体

“天窗”到来之前，根据转体施工组织机构分工，各作业班组作业人员及既有线防护人员各就各位，“天窗”开通后进行正式转体。

两幅桥主控台同时按下牵引开始按扭，连续顶逐渐加力，至主控台位移数据由零开始变化，确定梁体已开始转动，并记录静摩阻力；同时由梁端测量人员经过测量确认梁体已开始转动。

匀速转动，平转过程中指挥员根据主控台位移数据及测量人员观测数据，对照转体时间/位移对照表格，指导设备操作员，对牵引速度进行增、减速操作。至实际时间/位移数据与表格上数据基本吻合后，就保持当前速度匀速转动；并随时对比数据，及时进行调整(此步骤数据观测，可以主控台触摸屏的数据为主)。当平转位置稳定时(距既定位置约1m的位置)进行减速，将平转速率降低，在距离既定位置的0.5m的地方，实行点动操作，并确认点动后梁端的弧长长度。在距既定位置0.05～0.1m处暂停平转，测量轴线长度，测量标高，确认桥梁姿态。如有必要，即进入桥梁姿态调节阶段。桥梁姿态调节后，再精确点动控制定位，防止在调整桥梁姿态时梁体滑移、超转(此步骤数据观测，必须以梁端测量组的测量数据为准)。

2.5 精确定位及锁定

转体就位后，可按桥梁称重时的方法，利用安装在梁体轴线两侧对称的千斤顶，在上、下承台之间施力，进行梁端标高、桥梁姿态的调节。在水准仪的定位精调中，利用其对进行纵横桥向的准去确测量；在利用全站仪检测桥梁轴线。精确定位后，立即在撑脚与滑道之间及助推反力墩墩顶与梁底之间进行抄死，防止梁体在外力作用下摆动、移位。

精确调整桥梁姿态后，复核桥梁轴线位置。欠转时，可再利用连续顶系统进行精确点动定位；超转时，利用反力梁及TUM-YD200-250顶推千斤顶，在撑脚与助推反力墩之间施力，使梁体反转。

2.6 固定上下转盘位置

调整梁体转体方位后，进行上、下转盘位置的固定，进行施工。将上转盘、下转盘与钢筋的预留竖向处进行焊接连接，向梁体支模的外侧浇筑C50微膨胀预拌混凝土，预埋压浆管在与上转盘的接口处，用灌浆法填补封固混凝土凝固后因混凝土收缩的空隙，保证上、下转盘之间混凝土浇筑无空隙。

3 梁体转体的数据测量与控制

3.1 梁体转体测量控制要求

利用全站仪，对梁体轴线位置的偏位进行观察检测，控制误差在±10mm之间。利用水准仪观测梁面标高，控制误差在+5--2mm之间。

3.2 梁体转体的测量流程

3.2.1 梁体监测点位置的布置 ⑴布置梁体顶端及梁体轴线观测点。⑵在梁体转体前，在上、下转盘处做好用红油漆做成明显的三角标思维中线标志，或用其他材料在上、下转盘上分别做上刻度标志。

3.2.2 测量梁体的数据控制

将前将球型棱镜在梁体转体之前固定在梁体定端，坐标原点为242#、245#墩中心，转体后将桥轴线作为Y轴的独立坐标系进行数据测量。对梁体的各监控点和测量控制点的初始数据进行测量控制，精确测量数据。

在转体过程中，施工人员可根据施工情况控制观测次数，对设监测点进行全站仪的测量，待梁体转体位置就位后进行定位，确定梁体位置。在转体数据的测量过程中，通过梁体转体前后对轴线位置监测点的理论坐标实测坐标的差值数据来控制转体过程。梁体转角角度的测量也是根据梁体转体前后的坐标位置进行计算，通过对梁体上转体以及下转体上标志的轴线辅助进行转体，采用两台全站仪进行现场测量监控。平面控制点布设及全站仪架设位置如图4所示。

图4 平面控制点布设及全站仪架设位置

4 结语

该连续梁已于2017年11月7日14时30分成功转体，转体过程总用时54min。保证备用助推限位设备在转体机制在启动前未被使用，转体的实现以及数据的测量是直接依靠牵引系统实现，最终合拢轴线与标准数据误差仅为6.5mm，满足设计要求。梁体转动实际所需动力远小于设计值，说明了在梁体转体的施工过程中，做好上、下转体以及球铰的安装、维护及减小摩阻力的润滑材料的涂抹都是精确施工保障。