跨越既有铁路大跨连续梁桥转体施工控制设计

巩立青

(中铁三局集团天津建设工程有限公司，天津 300350)

迁曹铁路是我国西煤东运的主干铁路线之一，是国家一级双线电气化铁路，正线全长222.7 km。跨越段由西向东分别为迁曹铁路下行线和迁曹铁路上行线，线间距约为 4.0 m。迁曹铁路上、下行线均为直线，路基填方高度约为2.3 m。交叉处轨顶高程为5.93 m。迁曹铁路轨距为1.435 m，迁曹线既有路基宽度为13.19 m。

1 概述

1.1 工程概况

该处跨越迁曹铁路采用(40+64+40)m连续梁桥跨越，连续梁采用支架现浇、墩顶转体法施工。支撑中央跨的57号、58号墩均采用圆端形实体墩；承台尺寸为13.6 m×10.6 m×3.2 m；57号墩采用10根桩径1.6 m，桩长72 m钻孔灌注桩基础、58号墩采用10根桩径1.6 m，桩长77 m钻孔灌注桩基础。既有线边坡防护侧采用直径1 m，桩长为18 m混凝土灌注桩加拉森钢板桩防护。墩柱高度分别为：57号墩高度8.5 m，58号墩8.5 m。采用圆端形实体墩，墩底尺寸8 m×4.2 m，墩顶尺寸9.6 m×7.2 m。

1.2 水文地质条件

桥址区内未见地表水，地下水主要为第四系孔隙潜水，主要由大气降水、地表水补给，该处地下水埋深0 m～2.7 m(高程-1.33 m～1.8 m)，水位季节变化幅度1 m～3 m。桥址区地下水在氯盐环境下对铁路混凝土结构具L3等级作用；在化学环境下对混凝土具有硫酸盐侵蚀性，环境作用等级为H2。

2 转体结构部分施工工艺

上越迁曹铁路在57号、58号墩采用墩顶转体施工工艺，需搭设支架浇筑62 m长梁段，形成自平衡转动结构，57号墩、58号墩转体梁段逆时针旋转40°，平转角度不大于0.02 rad/min，转体最大总重量23 200 kN；结构平转至最终桥位后，进行边跨合龙及中跨合龙。

实施转体部分的结构如图1所示，结构由转体下转盘、球铰、上转盘、转动牵引系统组成[5]。下转盘主要包括下滑道及其骨架、中心定位轴、下球铰及其骨架、千斤顶反力座；上转盘主要包括上球铰及其骨架和撑脚等；牵引力系统主要包括牵引力反力座和牵引索。

2.1 下球铰及其骨架安装

确定下球铰固定位置，准确浇筑墩身混凝土至控制高度。下球铰定位骨架拼装完成，需吊置于下转盘预留连接钢筋上并固定，若转盘内普通钢筋与球铰及其骨架产生冲突，可适当移动普通钢筋位置。

将下球铰吊装于下球铰支撑骨架上，通过钢骨架上的调平螺栓进行定位，精确对位后锁定。在混凝土灌注前将球铰中心轴的预埋套管精确定位并固定，保证套管竖直。

2.2 滑道及其定位骨架安装

在撑脚的下方设有0.8 m宽的滑道，滑道中心直径为4.3 m，滑道钢板在桥下分节段拼装后整体吊装，利用调整螺栓调整固定。整个滑道面在同一水平面上，任意3 m弧长内滑道的高差不大于1 mm、顶面局部平面度误差0.5 mm。转体时撑脚可在滑道内滑动，以保持转体结构平稳。

2.3 下转盘与牵引索反力座混凝土的浇筑

精调固定完下球铰及滑道后，根据设计要求进行混凝土浇筑。确保混凝土浇筑的密实度，尤其是下球铰及滑道下部，需要加强振捣。

2.4 上球铰及转动销轴的安装

安装钢钉销轴在下球铰中心套筒内，确保下球铰和滑板表面清理干净，将黄油均匀涂抹在滑板表面。下转盘预埋套管中放入涂满黄油的销轴。注意销轴放入前需连接提拉绳索。

在上球铰凸球面上涂黄油，确保销轴提拉绳索能穿过钢管通道，对准中心销轴将上球铰轻落至下球铰上，微调上球铰位置，使它与下球铰外圈间隙一致并且保持水平，去除多余黄油，采用宽胶带等进行边缝密封，防止杂物进入中间。

通过钢护筒连接钢板预留的孔灌注微膨胀混凝土，灌注时应需保证混凝土密实且钢板出浆口出浆。调整上下球铰位置与销轴间缝隙，水平误差不应大于1.0 mm，然后吊装上球铰的上节钢护筒，并用高强螺栓连接上下节钢护筒。

安装钢筋，并于上转盘一同浇筑混凝土。

2.5 吊装撑脚与砂箱就位

滑道一圈沿纵轴线对称布置4组(每组2个)撑脚，确保撑脚与下滑道的间隙符合设计要求，保障球体整体结构稳定。

转体前，采用标准干燥的石英砂填的8组(每组2个)砂箱作为临时支撑，确保悬臂梁转体前的结构稳定。消除砂箱的非弹性变形需提前对砂箱进行不低于200 kN的预压，并依照转盘间距精准控制填砂量。

2.6 施工上转盘

撑脚与砂箱安装完成，搭设上转盘支撑体系，上转盘是转体的重要结构，又是转体牵引时直接施加牵引力的部位。在上转盘底板，按照设计位置预埋撑脚预埋钢板、支座预埋钢板及转体用牵引索等，安装好上转盘钢筋，浇筑上转盘混凝土。

2.7 转体系统安装精度控制

严格控制转体系统的安装精度，用全站仪检查转体中心坐标，用精度0.01 mm的电子水平仪对高度进行检查。

3 转体施工过程控制

3.1 转体结构组成及布置要求

1)牵引动力系统的组成。 单联连续梁转体系统由两套自动联系牵引系统组成。单墩设备配置具体如表1所示。

2)牵引索的连接与安装。牵引索需沿着既定索道逐根缠绕。以预埋入上转盘混凝土体内的牵引索作为固定端，另一端作为移动端。即将露出的牵引索沿着上转盘后穿过千斤顶，注意牵引索穿过千斤顶有顺序要求，两侧应对称穿入千斤顶。用千斤顶的夹紧装置夹持，通过顶推千斤顶对钢绞线逐根和整体预紧，牵引索索道与千斤顶轴心线应在同一平面上，确保两束牵引索各钢绞线持力基本一致。

表1 转体设备配置表

3.2 转体梁平衡称重试验

1)称重前准备工作。清除梁顶附加荷载，安装下滑板，安放千斤顶、大量程百分表；解除上下转盘之间的临时支撑；观察转体结构是否倾斜及倾斜方向以确定其状态。

2)称重布置。桥梁转体前进行2°的试转。试转前，需进行平衡称重试验，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参数[4]，确保桥梁转体满足各项配重要求。称重试验所用设备及性能：千斤顶(4台，施加顶力)、应变式位移传感器(测试球铰微小转动产生的撑脚竖向位移，精度0.01 mm)、应变综合参数测试仪(采集应变式位移传感器的信号)、大吨位应变式压力传感器(测试千斤顶的动态压力)。

3)称重试验方法。通过球铰转动测试不平衡力矩，考虑刚体作用，不涉及挠度等影响因素较多的参数，运用测试刚体位移突变进行测试。砂箱放完砂后，梁体不发生绕球铰的刚体转动，体系的平衡由球铰摩阻力矩和转动体不平衡力矩所保持。

4)分析球铰静摩擦系数。试验过程中，摩阻力矩为摩擦面所有微面积上的摩擦力对球铰中心竖转法线的力矩之和。

5)计算偏心距。转动体的偏心距计算公式：

其中，N为转体重量。

6)梁体配重方案设计。转体过程转体梁应在梁轴线方向略倾斜，即桥墩一侧撑脚落下接触滑道，另一侧撑脚抬起离开滑道。

3.3 牵引索保护即标注刻度安装

牵引索从安装至牵引过程需加强保护，防潮防淋避免锈蚀，防止机械电焊损伤。

根据弧度和角度关系，依照转体角度，制作转盘刻度，在转动的上转盘黏贴标注刻度盘，在下转盘固定端埋设刻度指针。

3.4 测试牵引设备及其他准备工作

1)转体所用液压及电器设备需进行测试和标定。设备进场后按设备平面布置图安全就位，连接主控台、泵站、千斤顶之间信号线，接通泵站和千斤顶间的油线，连通主控台、泵站电源，检查设备运转是否正常。

2)依照千斤顶施力值反算各泵站油压值，并调整泵站最大允许油压，空载试运行，并检查设备运行正常。

3)技术和安全交底，对各观测点进行人员分工，现场安装其他监控标志，确保各点位信息畅通。

4)全面复查各点位及受力构件，确保无裂痕。

5)试转和转体选择不超过4级风的天气进行，尽量不在阴雨天气进行。

6)桥面附加荷载清理。

转体前对桥面杂物和其他附加荷载进行清理，防止转体过程出现不安全因素。

3.5 试转体

1)试转体前准备工作。在转体前1 d～2 d进行试转，在转体实施前，撑脚与下滑道之间支垫1 cm滑板，上下转盘间防水、防尘设施拆除，拆除临时支撑装置。对滑道再进行一次润滑，确保滑道上的阻力处于最小状态。试转时应对转体结构各部位进行全面检测，试转角度为5°，确保梁体不侵入铁路限界内，确定牵引设备、转体系统安全运转以及各项运行参数满足要求。

试转体5°角后，57号墩梁端左侧距离回流线水平距离为7.9 m，58号墩梁端左侧距离回流线水平距离为8 m。

2)试转体过程。用千斤顶将钢绞线逐根以5 kN～10 kN的力多次对称预紧，以保证各根钢绞线受力均匀。依照交底统一组织，接通电源，启动泵站，用主控台控制两千斤顶同时施力试转。转动困难时，可采用备用辅助顶推千斤顶共同转体。静摩擦力：即转体从静止到开始运动时候力的大小；根据类似工程经验启动时摩擦力较计算值偏小，加载可按计算启动牵引力20%，30%，40%，50%分级加载，直到启动前按10%逐级加载。动摩擦力：即牵引系统停止加载时转体最大的滑动距离。点动方式进行转体测试：为了精准控制悬臂端线转体弧度，以便对合龙段进行精准线性控制，采取测量点动一次(1 s～5 s)悬臂端转动的距离。在试转体过程中，若出现异常，如结构不平稳、关键部位出现裂隙等，应立即停止转体。并认真检查采取相应措施后，方能继续转体，试转各项参数为正式转体提供依据，若各项参数与理论计算值有差距，应进行二次配重。

3.6 转体实施过程控制

3.6.1转体时间的确定

根据设计规定，转体过程中角速度不大于0.02 rad/min，悬臂端线速度不大于0.62 m/min。本工程转体角度40°，转体悬臂31 m，转台直径D=7.2 m。牵引索允许最大线速度(按允许悬臂端线速度计)V1=0.62÷31×(7.2/2)=0.072 m/min。每台100 t连续顶最大流量需求Q1=V1×A=0.072×3.141 6×10-2×1 000=2.262 L/min；每台泵站驱动2台100 t连续顶最大流量需求Q0=2Q1= 4.53 L/min；转体最低时间要求H=0.786÷0.02=35 min。

3.6.2两点等力同步顶推保障

两点等力顶推是转体安全施工的保障。牵引两点钢绞线位移同步控制在转体施工中的重要性，应当绝对让位于牵引两点等力同步顶推控制。

在每个转盘分别独立的液压系统，采用计算机程序控制，实时比对，用电脑程序准确控制至设定的压力差范围内，实时比例控制每个转盘分别独立的液压系统电磁阀平衡工作。这一关键控制技术经过数十项同类工程施工中总结完善后，将其集成智能液压ZLD自动连续顶推系统的产品制造中，充分保证转体工程的安全施工。

3.6.3转体施工前主要准备工作

转体施工应得到跨越线单位的许可。

施工方案及过程应得到线下单位、业主、监理以及地方的批准，并根据相关要求进行登记。

转体施工当天，提前1 h向线下单位车站派驻联络员，跟线下单位进行积极对接，并向转体施工负责人报告相关情况。

转体完成后，由转体负责人向驻站联络员发送通知，恢复列车正常通行。

转体施工为本工程的重点控制性工序，项目部成立以下几个组并明确组织机构及岗位职责，在转体施工的各个工序贯彻落实，确保转体顺利成功。

3.6.4转体施工技术控制

1)根据试转过程中各项数据，编制详细的转体过程交底，指导转体施工过程。转体过程应根据转体前制定的人员分工，对整个施工过程进行安排和部署。

2)接通转体设备各项线路，辅助千斤顶优先达到预定吨位，再启动其他动力系统设备，使其在“自动”状态下运行。转体过程中，确保两组对称千斤顶作用力大小相等，保证上转盘仅承受动力偶基本平衡。各岗位人员认真观察，若动力系统或其他设备出现异常，应立即停机处理，消除隐患后方可继续转体施工。

3)在内环平衡脚与墩顶预埋钢板行走环道间，预留10 mm间 隙内铺垫3 mm四氟板作为平衡行走轨道，走板顶面与上环道间隙为5 mm左右。转体过程中，内环平衡脚与行走轨道间间距发生变化时，在偏心处垫入四氟板以纠正偏心问题。

4)转体结构在要到达设计位置时，系统“暂停”。为防止结构超转，动力系统改由点动操作。每点动操作一次，测量人员测报轴线走行现状数据一次，直至结构轴线精确就位。当由于转动惯性或测量误差，在复测发现已经过转时，可用2台100 t千斤顶反向顶撑脚，使转动体回转至设计位置。

5)利用微调千斤顶精确地调整梁体T构的线型和端部标高，标高及线性调整要在封锁点内实施。转体结构按设计要求精准定位后，即在撑脚与滑道之间打入钢楔，在砂箱顶与上转盘底之间打入钢楔对转体结构进行约束固定。

3.6.5转体的质量控制

使用两台2 000 kN连续千斤顶，保证足够的转体动力储备系数。千斤顶的安装应注意和钢绞线轴向保持一致，牵引同步。

转体牵引力索选用低松弛、高强度Φ15.24 mm钢绞线，左捻和右捻根数相同，确保转动过程中力偶平衡，转动平稳。

4 合龙段施工控制措施

中跨合龙段采用预埋封闭钢模法进行施工。

4.1 合龙施工流程

中跨合龙段吊装段钢模板安装→钢模板焊接安装就位→加合龙段配重→复核高差及中线位置→绑扎钢筋→安装预应力管道→焊接劲性骨架、合龙锁定→张拉临时索→浇筑混凝土→混凝土强度及弹模达到设计强度100%后，且混凝土龄期不小于7 d时，拆除活动中墩的临时纵向锁定，均转换成永久支座→张拉底板纵向及合龙段竖向、横向预应力筋、压浆。

4.2 外钢模安装

转体前预埋段钢模板随主梁现浇成型，转体就位后，利用既有线检修“天窗”点吊装段钢壳整体吊装就位。吊装时在57号墩处采用150 t吊车远离既有线站位，吊装段钢壳总重量4.1 t，临近既有线施工安全系数按2考虑，故吊车与作业半径为34 m，现场条件满足吊车作业条件。吊装段钢壳吊装就位后与预埋段钢模板先进行底板焊接，再完成连接板与肋板间的焊接，使合龙段钢模板形成整体，进行跨中合龙段的施工。

4.3 合龙段配重

中跨合龙段配重计算公式：P=中跨合龙段重/2(约为67.818/2=33.909 t)；浇筑中跨合龙段混凝土前，要在57号、58号墩T构跨中合龙段端配备33.909 t水箱。每浇筑1 m3混凝土时进行卸载为1 m3/2×2.5 t=1.25 t的水，卸载水通过管道直接留置57号、58号墩底水车中。

4.4 合龙与锁定

为防止合龙段混凝土出现裂缝，合龙前应保持悬臂端与边跨现浇段临时连接，临时锁定时间根据合龙段施工时间确定，临时“锁定”是合龙施工的关键，“锁定”包括焊接劲性骨架和张拉临时预应力束。

1)刚性支撑设置。边跨现浇段和T构端部顶板、底板上共4处，预埋φ22预埋筋及540 mm×320 mm×15 mm钢板，钢板与上部支撑型钢采用焊接连接。支撑型钢用14号热轧轻型工字钢，通过铁板焊接而成。

2)临时张拉预应力筋。抵消温度力对合龙段混凝土的影响，减小梁体挠度变形，临时刚性结构安装完毕后，对纵向预应力钢束进行临时张拉，待合龙段浇筑完毕后，再按设计要求对其进行终张拉。

4.5 合龙段钢筋绑扎及混凝土施工

1)钢筋绑扎及混凝土浇筑。模板、钢筋施工：吊架正位后，进行底板钢筋绑扎、封内模、顶板钢筋绑扎及预应力安装施工。混凝土浇筑：中跨合龙段混凝土共26.084 m3，采用两台地泵同时输送至浇筑位置。中跨合龙时制定专人卸载悬臂两端配重水箱，保证T构的平衡及合龙的稳定。卸载重量需根据入模混凝土重量效应对称同步地进行，采用电子水准仪对悬臂梁的标高实时进行测量，对两侧配置调整提供依据。

2)混凝土养护。及时对合龙段混凝土进行二次抹面处理，用一层棉被或土工布覆盖洒水养护，防止出现干缩裂缝，浇水以棉被湿润不滴漏为度，表面用一层10 cm×10 cm钢筋网压住，避免有杂物掉入既有线。

4.6 预应力施工

中跨合龙时张拉临时张拉索，利用合龙吊架现浇9号块，待梁段混凝土到达设计强度的100%，龄期不少于7 d时张拉其他预应力索。完成全梁梁体体系转换，形成三跨连续梁。

合龙段预应力筋张拉时，先张拉底板纵向束，再张拉横向预应力筋。底板束按照先长筋后短筋的顺序对称实施张拉。预应力钢绞线和预应力钢筋经检查合格后方可使用，施加预应力前应对混凝土试验构件做强度检验，要求其强度达到设计强度的100%以上方进行预应力张拉。预应力下料长度，根据计算确定，加工一律采用砂轮锯或切割机，不得使用电弧焊，编束应梳理顺直，绑扎牢固，防止互相缠绞。

张拉应对称同步进行，在张拉正弯距筋(底板束)过程中，需要有专人观察记录齿板后端梁断面的变化情况，检查是否出现裂纹。

4.7 合龙段施工控制要点

注意温度的控制和选择，保证混凝土早期硬结过程中，处于升温受压状态，合龙段施工的最佳温度为(15±2)℃。

合龙段混凝土应采用早强微膨胀混凝土施工，且应满足设计要求，对合龙段的预应力筋及时进行张拉，防止出现裂隙。

对称地进行合龙段的锁定。将刚性支撑一端与梁端部预埋铁件固定，将另一端与梁连接，快速张拉临时预应力束。

锁定完成后，立即释放固定约束，确保梁在合龙段锁定的连接下，可以沿支座进行自由收缩。

5 结语

本文基于上跨迁曹铁路既有线施工，采用墩顶转体施工技术工艺，通过对转体结构制作安装要求介绍和分析，对转体过程控制及注意事项介绍，和连续梁合龙段施工的工艺总结，为上跨既有线墩顶转体提供了借鉴。

受到本施工规模的限制，对于超大跨度，特殊地质条件下，也可以采用墩底转体或者连续梁顶推法进行施工。