银洲湖高速公路跨深湛铁路特大桥转体试转探析

2024-01-23杜晓华

四川水泥 2024年1期

杜晓华

（中铁十六局集团第二工程有限公司，天津 300162）

0 引言

转体施工是当前跨线桥施工较为成熟的方法之一，很大程度上避免了对既有线路运营的影响[1]。跨线桥正式转体前要进行试转，试转获取的数据，取得的经验不仅有利于工程正式转体过程中遇到问题的顺利解决，还方便转体修正时参考，提前规避可能发生的风险。本文以银洲湖高速公路TJ03标新建深湛铁路跨线桥转体梁施工为例，根据设计及现场实际情况展开试转并对试转数据进行分析研究。

1 工程概况

银洲湖高速公路新建深湛铁路跨线桥中心里程K23+576.834，桥梁全长2297.6m，其中左幅53#～55#、右幅50#～52#墩桥墩上部结构为（2×90）m转体T构，跨越既有深湛铁路施工里程为左幅K23+555.834～K23+735.834、右幅K23+472.834～K23+652.734（营业线里程：K143+269.7～K143+302.4）。转体T 构挂篮悬浇段分为22个节段，梁底宽12.65m，顶宽19.65m；0号块总长度为14m，中心高度10m；1～22号块长度为8×3m+10×3.5m+4×4m；合龙段长度为2m，高度3.5m；边跨现浇段长度5.94m，高度3.5m。

2 转体设备的组成与布置

2.1 转体主要设备

深湛铁路跨线桥转体梁项目选用2套LSDKC－8型液压、同步智能连续牵引设备系统，同时具有双转同步控制功能，两台ZLD200连续千斤顶分别水平、平行、对称地布置于转盘两侧，通过拽拉锚固且缠绕于转台上的28-φs15.2mm钢绞线，使得转体桥转动。牵引系统通过拉绳传感器采集千斤顶的出顶与回顶距离，传感器工作精度为0.02mm。转体主要设备机具见表1。

表1 转体主要设备机具

2.2 牵引动力系统

对于各个桥墩转体均设置独立完整的自动连续张拉转体系统，其构成包括转动主控台、千斤顶以及液压泵站[2]，能够为转体结构启动提供充足的扭矩。助推转体系统主要由两个千斤顶构成，在异常情况下如果自动连续张拉转体系统难以正常启动，可以通过助推转体系统进行启动。两个千斤顶对称配置在转盘两侧，要求千斤顶的中心线与上转盘外圆之间呈现相切的几何关系，并且中心线高度等同于上转盘预埋钢绞线的中心线高度。为了能够更为准确全面地对现场情况进行观察，需要将转动主控台置于视线较为开阔的位置。转体牵引系统示意图如图1所示。

图1 转体牵引系统示意图

2.3 牵引索

转体转盘共设有两束牵引索，每束牵引索由28根Φ 15.2钢绞线（强度等级为1860MPa）组成，为了保证牵引索强度符合设计要求，预埋牵引索之前对每根钢绞线都要进行清洁，确保上面无明显的锈迹或油污等，然后沿着既定索道依次将钢绞线排列缠绕，并穿过连续张拉千斤顶。在上转盘浇筑时将牵引索另一端埋入上转盘混凝土体，作为牵引索固定端[3]。预紧钢绞线时使用YDC240Q千斤顶对牵引索钢绞线依次预紧，通常控制千斤顶油压在5～10MPa范围内，然后再对整束钢绞线进行预紧，要求两套牵引索持力保持平衡，并且牵引索索道标高与千斤顶轴心线标高保持一致。

2.4 转体基本原理

箱梁重量可以通过墩柱传递到上球铰上（如图2所示），然后再通过球铰上的四氟乙烯板从上球铰传至下球铰以及承台，实现箱梁重力的转移。在箱梁主体施工结束之后，其重量将会全部传递至球铰，在称重以及配重之后，通过埋设在上转盘的牵引索以及转体对千斤顶产生作用，当作用力超过上下球铰之间及撑脚与下滑道之间的摩擦力时，便会促进桥体转动到位[4]。

图2 转体球铰布置示意

在深湛铁路跨线桥转体梁项目中，转体为两组液压驱动、同步自动连续牵引系统，其构成均包括千斤顶、液压泵站及主控台。需要注意的是牵引设备应基于实际牵引力的2倍及以上进行配置，在牵引力作用下形成水平旋转力偶，通过拽拉锚固在转台上的钢绞线带动转体系统转动。

3 平衡称重试验及配重

在对深湛铁路跨线桥转体梁进行试转之前，首先需进行称重平衡试验，对不平衡力矩、偏心距以及摩擦系数等各种参数进行检测评估，完成桥梁转体的配重需要[5-6]。测试桥梁转体在转动过程中需要具有良好的平稳性，尤其是对于无斜拉索的大型悬臂结构来说，其在转动时必须保障转体两端均达到平衡状态。如果转体上部悬臂结构配重不合理，将可能导致梁端转动出现幅度较大的抖动，降低转体的平衡性。

通常情况下通过称重与配重将重心偏离控制在2cm以内，这样在配重之后转体桥铁路中跨侧会产生一微小翘起，形成由球铰及其后两钢撑脚三点支撑转体的受力情况。如果转体重心偏离较大，需要基于梁上堆载进行调整。为了保障平衡称重试验的客观性和准确性，通常由第三方单位完成平衡称重试验。

3.1 平衡称重试验及平衡状态判定

（1）转体梁施工结束之后，安装相应的传感器（如图3所示），读取测试数据，粗略估算箱梁不平衡情况，必要时先初步配重，保证T构稳定。

图3 称重用位移传感器安装示意图

（2）对撑脚及滑道进行清理，解除临时支撑，然后观察撑脚在砂箱等临时支撑拆除过程中是否会发生下沉现象，从而对转体平衡状态进行有效判断。

3.2 称重步骤

（1）在选定断面位置处安装位移传感器以及千斤顶；

（2）对千斤顶进行调整，确保千斤顶处于顶压状态，并对其力值进行准确记录；

（3）对千斤顶逐渐加力，在该过程中对位移传感器的位移进行准确记录，直至位移从渐变状态到突变；

（4）基于观测数据绘制P-Δ曲线；

（5）对上述流程进行重复，共开展2次及以上次数顶升试验；

（6）详细准确记录不平衡力矩、摩阻系数以及偏心距等参数；

（7）基于称重试验结果数据以及现场混凝土实际方量综合确定配重重量、位置及新偏心距；

（8）出具转体梁称重试验报告。

4 转体结构牵引力计算分析

4.1 启动时转体结构的牵引力计算

式中：R——球铰平面半径，R=2.2m；

W——转体总重量，W=190000kN；

D——转台直径，D=11.5m；

μ——球铰摩擦系数，μ静=0.1，μ动=0.06；

计算结果：启动时所需要的最大牵引力T=2/3×（R·W·μ）/D=2423.2kN。

4.2 转动时转体结构的牵引力计算

式中：R——球铰平面半径，R=2.2m；

R＇——撑脚平面半径，R′=5.2m；

W1——转体球铰承担总重量，W=175000kN；

W2——撑脚承担总重量，W2=15000kN；

D——转台直径，D=11.5m；

μ——球铰摩擦系数，μ动=0.06；

μ＇——撑脚与滑道摩擦系数，μ′=0.05；

计算结果：转动时最大牵引力T=2/3×(R·W1·μ)/D+2μ′·W2·R′/D=2017.4kN。满足施工要求。

5 转体梁试转测试

5.1 试转目的

在称、配重与设备调试等准备工作全部完成后，正式启动转体前，需要通过试运转对牵引力系统、水平转体体系以及防倾保险体系等进行系统检查，确保该牵引系统能够正常顺利运转。试运转开始之前需要拆除全部支撑物，才能启动牵引动力系统，让其试运转，在该过程中对牵引力系统、水平转体体系等状态进行考核。试运转阶段还要详细准确记录转体点动速度、角速度以及力矩等参数，为转体体系性能评估提供定量依据[7]。

5.2 试转步骤

（1）钢绞线预紧。在钢绞线预紧环节需要注意两点：一是采用对称方式进行预紧，通过多次反复预紧来保障每根钢绞线都能受力均匀；二是在钢绞线预紧过程中需要确保每根钢绞线都在转盘上处于平行缠绕状态。

（2）启动泵站。首先是要合上转动主控台及泵站电源，然后再启动泵站，并让两千斤顶同时进行试运转。如果在泵站启动之后发现不能转动，可以使用辅助顶推千斤顶增大推力，以便更好克服静摩擦力的影响；如果使用辅助顶推千斤顶桥梁依然不能转动，就要立即停止试转，并对整个流程进行全面分析，寻找问题发生的原因并及时解决。

5.3 数据收集及检查项目

（1）试转时，需要特别做好2项数据测试工作。一是对转体速度进行测试，通过测量转体每分钟转动角度以及水平弦线距离来判断转体速度，需将其控制在合理范围内；二是在点动方式操作模式下，对每点动一次悬臂端所转动水平弦线距离进行测量，为精确定位提供可靠依据。要求转动速度控制在0.02rad/min以内，为了更好地完成数据收集工作，确定试转角度为左幅逆时针试转角度3.10°，右幅逆时针试转角度1.34°，梁体试转后，不侵入安全限界；施工等级拟定为邻近营业线C类施工。

（2）试转阶段，施工技术人员需要对转体结构是否平稳、关键受力部位是否产生裂纹等情况进行仔细观察。如果发现异常情况需要立即停止试转，分析问题产生的原因并采取有效的解决措施。

（3）试转后使用工字钢限位装置+抄垫对转动体系进行临时约束，避免箱梁发生活动。经过施工现场测量，转体结构左幅逆时针试转角度3.10°，右幅逆时针试转角度1.34°，箱梁端部转动完成后不进入安全限界，试转效果非常理想。