跨既有高速铁路多股道T形刚构桥施工关键技术*

殷爱国

(中铁七局集团有限公司，河南 郑州 450000)

1 梁体施工及转体方案

1.1 3万t T构转体桥梁简介

大河路上跨郑焦城际、京广铁路(85+147+85)m预应力混凝土连续刚构桥采用东、西两侧T构(71.75+71.75)m转体桥双向8车道整幅跨越郑焦城际、京广铁路、军专线5股道，为郑州市四环线及大河路快速化工程的重大控制性工程。转体系统位于上下八边形承台之间，上转盘厚3.7m，下转盘厚6m，转体重单侧3万t、双侧6万t，球铰半径2.75m，滑道半径6.5m，上转盘半径8.5m，设置8组双φ1 000钢管混凝土撑脚。基础采用35根φ2.2m钻孔灌注桩，主墩PM2，PM3采用双薄壁结构，主梁为整幅斜腹板单箱五室结构，梁宽38.7m，梁高由中支点处8.5m渐变至3.5m。桥型布置如图1所示。

图1 桥型布置(单位：cm)

分别平行于郑焦城际、军专线的双T构桥采用装配式支架法制梁。通过转体系统，PM2墩T构逆时针转动62.1°跨越郑焦城际和PM3墩T构逆时针转动62.9°跨越京广铁路、军专线，在郑焦城际、京广铁路两防护栅栏外侧间的空地上方，实现中跨合龙完成桥梁建设。合龙段长3.5m，距离地面高度约26.7m。

1.2 工艺流程

跨既有高速铁路多股道3万t T构转体工艺流程如图2所示。

图2 转体工艺流程

2 梁体施工

2.1 支架法现浇

2.1.1装配式支架设计

转体T构现浇支架平均高度达25m，支架宽约40m、长145m、方量约29万m3。采用装配式支架体系，单个T构用钢量达4 440t，分41.75，24，12，24，41.75m 5个节段对称现浇。支架外侧紧邻既有铁路路基坡脚。

由混凝土桩基系梁基础、等高φ609×16钢管柱、[3703]横梁、贝雷梁、盘扣式支架、H150×150×7×10型钢底支撑、盘扣式支架组成的邻近铁路现浇混凝土转体桥箱梁装配式支架体系，适应梁底连续曲线变化，承载任意高度、宽度、不同体积和质量的转体混凝土箱梁。在满足同等条件下搭拆转体桥梁支架体系中，装配式支架体系搭拆速度远快于满堂支架搭拆速度，且用钢量少、成本低。T构装配式支架设计如图3所示。

图3 T构装配式支架设计

2.1.2装配式支架拆除

1)梁的落架程序应从梁挠度最大处的支架节点开始，逐步卸落相邻两侧的节点，并要求对称、均匀、有序进行；同时，要求各节应分多次卸落，以使梁的沉降曲线逐步加大。可从跨中向两端进行；自上而下逐层拆除，不容许上、下2层同时拆除。拆除的构件应用吊具吊下或人工递下。

2)邻近铁路侧支架拆除装置设计。邻近铁路侧支架拆除装置由水平移动系统和竖直移动系统组成。邻近铁路侧的预埋钢板上焊接1块带孔槽钢，远离铁路侧预埋钢板焊接1个带孔槽钢和2个定滑轮，在两块槽钢间穿入钢绞线并张拉固定，在钢绞线上设置1个单轮吊钩滑车，用钢丝绳连接滑车绕过定滑轮接入卷扬机组成水平移动系统，控制支架零件水平移动；在滑车下方安装2个多轮吊钩滑车，用钢丝绳连接2个多轮吊钩滑车绕过定滑轮接入卷扬机组成竖直移动系统，控制支架零件上下移动。支架拆除时通过竖直移动系统吊起重物，然后通过水平移动系统将邻近铁路侧重物移至远离铁路侧，再通过其他起重机械将重物吊起后安全下落至地面，最后装车运走。邻近铁路侧支架拆除装置设计，解决了近铁路一侧的支架不易被拆除运出难题，如图4所示。

图4 邻近铁路侧装配式支架拆除装置

2.2 中跨合龙

2.2.1合龙前墩顶预偏施工

1)混凝土连续梁桥随岁月的磨耗和温度变化，梁体混凝土会收缩徐变，主墩墩顶向跨中方向移位，墩底产生负面弯矩和剪力，梁体也会有变形。为改善梁体和墩身的受力状态，保证桥梁正常服役寿命，采用先合龙边跨后合龙中跨；中跨合龙前气温13℃，用千斤顶对合龙段两端梁体施加反向水平推力8 000kN，西侧PM2号墩移位8mm，东侧PM3号墩移位6mm。抵消混凝土收缩徐变引起的墩底负面弯矩和剪力，改善墩身受力状态和确保梁体的设计线形。

2)水平顶推装置是由40cm×40cm×2cm顶铁、φ609钢管传力柱、200t千斤顶和I20组成。I20横担在中跨合龙段两端梁体上，千斤顶和钢管传力柱均用倒链悬挂其上方I20上。千斤顶按梁宽均匀布置，用6台200t千斤顶均匀施加在6块腹板上。

3)合龙段选在既有铁路线间或外侧实施，提前观测合龙口大小随温度变化情况，确定合龙段最大伸长量时的时间段。将合龙段定型骨架双拼[40c刚性锁定设施提前进行单边焊接，利用确定的时间段(一般是夜晚)最低气温顶推，以设计顶推力和顶推位移双重条件控制后进行焊接锁定。

2.2.2模板支撑体系吊架法设计

1)合龙段箱梁模板由底模、翼缘板及斜腹板和箱室内模三大支架模板体系组成。其中，底模支架模板体系由方木和竹胶板组成，翼缘板及斜腹板支架模板体系由底部防护钢板、盘扣式支架、方木、竹胶板、侧模拉杆组成，内模支架模板体系由盘扣式支架、方木、竹胶板组成。这三大支架模板体系受力通过纵梁、横梁和调整型紧固机构吊杆传递给合龙段两侧箱梁。横梁、纵梁和吊杆设计构成结构简单、承载力较强的支撑平台，高效搭建合龙段吊架法模板支撑体(见图5)。在满足同等条件下合龙段施工时，模板支撑体系吊架法成本远低于普通挂篮模板支撑体系，且消除了安全隐患。

图5 模板支撑体系吊架法设计

2)合龙段箱梁模板安装。利用桥梁转体前施工空地拼装吊运临时横梁，采用小型吊装机配合人工在桥梁转体后较窄的空间内吊运安装临时纵梁；4台卷扬机协助安装宽幅横梁和拆除竹胶板、方木、纵梁、吊杆、横梁；调整型紧固机构通过吊杆的底(顶)垫梁、底(顶)螺母和最大行程0.2m千斤顶紧固或松动三大支架模板体系；合龙段箱梁外侧安装防护栏杆和防抛网。

3 转体施工

3.1 既有线封锁点

桥梁转体和合龙施工前，需与铁路管理部门签订安全协议和上报列车封锁点计划。西侧PM2号墩跨郑焦城际T构提前1d试转5°、120min封锁点内完成57.1°转体，东侧PM3号墩跨京广线、军专线(临时封闭)T构提前1d试转10°、70min封锁点内完成52.9°转体。桥梁转体前(后)与既有铁路线平面位置关系如图6所示。

图6 桥梁转体前(后)与既有铁路线平面位置关系

3.2 球铰

1)球铰是转体系统的核心，也是转体施工的关键结构，是加工及安装精度重中之重。采用洛阳双瑞LQJ300000kN型球铰，整体高度为752mm，球面直径5.5m，由上下球铰、连接销φ270轴及2 636片聚四氟乙烯滑板等组成。滑片环向、径向间距均为90mm，对称布置；每个滑片直径60mm、厚18mm，内嵌下球铰10mm、外露8mm；滑板间涂抹黄油以减小摩阻力，理论最大静摩擦系数0.1。试验结果：此种材料容许应力≥100MPa，实际应力约40MPa，最大动摩擦系数仅为0.06，转动过程中可有效降低牵引力。

2)下球铰安装在型钢骨架上的下垫板上，其骨架的定位以球铰的安装中心为基准点，通过下承台预埋件、下承台二次浇筑钢筋与骨架进行可靠连接，防止在混凝土浇筑过程中出现偏移；通过下球铰下垫板预留混凝土振捣孔，确保球铰下部混凝土密实和密贴。骨架上设置上下可调节螺栓，精调球铰平面和高度，平面控制±1mm，高度控制±0.5mm，所有球铰下垫板必须仔细打磨，保证其平整。

3.3 滑道与撑脚

1)滑道是整个转体过程中撑脚的走行轨道，其由24mm厚钢板、3mm厚不锈钢板、5mm厚聚四氟乙烯滑板组成。

2)滑道安装在马凳型钢骨架上，其骨架的定位以球铰的安装中心为基准点，通过下承台预埋件、下承台二次浇筑钢筋与骨架进行可靠连接，防止在混凝土浇筑过程中出现偏移；并通过24mm厚滑道钢板位置预留混凝土排气孔，确保球铰下部混凝土密实和密贴。骨架上设置上下可调节连接螺栓，精调滑道钢板平面，控制顶面相对高差2mm以内，所有滑道钢板必须仔细打磨，保证其平整。

3)8组双φ1 000钢管混凝土撑脚是转动过程中防倾覆的安全保障，抵抗梁体的不平衡力。撑脚高170cm，锚入上转盘80cm、外露90cm，撑脚与滑道间留3cm空隙。撑脚内填充微膨胀混凝土，并与上转盘连接成一个整体。

4)整个制梁过程中撑脚不参与受力。为了保证上转盘撑脚不与环形滑道顶紧，撑脚与滑道间隙用石英砂填充饱满、四周用楔形铁块支垫，并封闭保护，防止在施工过程中混凝土浆液及杂物进入间隙对后期清理造成麻烦。

3.4 砂筒

墩身及梁部施工阶段，承受其压力的是8个砂筒和球铰，砂筒位于两撑脚之间，砂筒无缝钢管直径680mm、壁厚14mm，内填密实石英砂，与撑脚同步安装，安装前用千斤顶根据梁体自重进行预压持荷。

3.5 牵引装置

1)牵引装置由4个与下承台浇筑为一体的牵引反力座(备2)、4束埋入上转盘内的钢绞线牵引索(备2)及2套LEHY2-600T型连续顶推千斤顶组成。

2)与主系统4个反力座对应的4束牵引索按中心间距16cm控制埋设于上转盘不同高度处，由强度等级为1 860MPa的19-7φ5钢绞线26束组成，预埋端采用15-19P型锚具，牵引索锚固端理论埋入上转盘3.0m以上、实际埋入长度为绕上转盘1周。牵引索与上转盘夹角不能过大，避免牵引索受上转盘的弯折影响产生安全隐患。牵引反力座在浇筑前应在千斤顶受力位置预埋钢板，在牵引过程中千斤顶应与预埋钢板进行密贴受力。启动和转动牵引力值如表1所示。

表1 启动和转动牵引力值 kN

3.6 助推装置

助推装置由8组助推墩、分配梁、传力柱、2台200t千斤顶和顶铁组成(见图7)。若上转盘撑脚与环形滑道顶紧，可采用转体助推装置克服撑脚与滑道间的静摩擦力，使桥梁顺利转体到位。

图7 转体助推装置

4 结语

通过郑州大河路上跨既有高速铁路多股道东、西两侧3万t T构转体梁现浇支架法应用，研发了邻近铁路现浇混凝土转体桥箱梁的装配式支架体系及其拆除装置，与全部采用碗扣式、盘扣式满堂支架相比，其零件总体用量少，施工速度快，且有效解决了邻近铁路一侧支架拆除运出问题；通过既有铁路线间上空梁宽38.7m、8车道特大宽幅T构梁合龙段施工应用，提出跨障碍宽幅转体桥梁合龙段吊架法模板支撑体系施工方法，解决采用现有挂篮模板支撑体系施工时成本较高、安全隐患较大问题，墩顶预偏改善梁体和墩身的受力状态；通过既有线封锁点内转体施工，验证了球铰、滑道和撑脚、砂筒、牵引装置、助推装置关键技术实用性和安全性。工程实践证明，该技术安全性极高，效益显著。