非对称斜拉桥跨越武广高铁水平转体施工技术

刘志如

摘 要：依托沪昆客专，分析、研究了跨越高铁的非对称独塔斜拉桥的转体施工技术，详细介绍了球铰设计安装、称重、配置、平衡转体和合龙等方面的内容。因为该桥转体质量大、难度高，所以，希望能为类似桥梁施工提供了一定的借鉴和参考。

关键词：非对称斜拉桥；水平转体；1 工程概况

沪昆铁路长沙枢纽内的南西联络线和西北上行联络线特大桥两处以（112+80+32） m非对称斜拉桥形式上跨武广运营高铁。其中，南西联络线和西北上行联络线主墩承台边缘与武广高速铁路线路中心距分别为9.7 m和13.1 m。为了避免在工程施工期间对运营的武广高铁造成影响，综合考虑了净空高度、上跨施工安全性等因素后，经多次方案优化、专家评审，最终采用塔梁固结体系转体跨越武广高铁，转体角度21°，转体吨位14 500 t。主跨里面结构如图1所示。

图1 主跨立面结构

2 转体施工方案

为了保证既有武广高铁运营线的安全，要先在沿武广一侧搭支架，施工槽形梁（80+4）m的边跨和112 m主跨，调整索力和精确配重。然后，采用塔梁固结体系水平转体跨越武广高铁。待转体完成后，与（32-6） m边跨现浇段合龙，最终调整成桥索力。

3 转动体系施工

3.1 转体系统组成

该桥的转动体系采用环形滑道与球铰中心支撑相结合的平转结构。转动体系由球铰，上、下转盘承台，环形滑道，支撑支腿，牵引反力座和助推反力座等构成。

3.2 球铰设计和安装

3.2.1 球铰结构设计

球铰是平转法施工转动系统的核心，它是由上、下球铰，球铰间四氟乙烯板，固定上下球铰的钢销和下球铰钢骨架组成。其平面直径为4.0 m，球面半径为8.0 m，竖向承载设计值为14 500 t。

3.2.2 球铰精度要求

球铰定位精度取决于制造精度和安装精度。制作精度主要控制比如球铰和接触面粗度、球面各处曲率误差、边缘各点高程差、水平截面椭圆度、球铰上下球面形心与球铰转动中心应重合等指标；现场安装精度主要控制中心误差和球铰正面相对高差。

3.2.3 球铰定位安装

先定位下球铰，采用竖向细牙螺杆套件（细牙螺杆推荐采用M20×0.5型）和水平方向微调托盘滑移装置进行精确调整。

精调到位后，浇筑下球铰混凝土，下转盘球铰上要设置8个排气孔，通过中心向四周的浇筑顺序减少对球铰的扰动，并控制其密实度。

3.3 滑道和撑脚安装

在钢撑脚的下方设有环形滑道，上转盘共设有8组撑脚，在上转盘混凝土浇筑完成、上球铰安装就位时，安装撑脚。在安装撑脚时，必须确保走形板平整。考虑到该工程为非对称结构，要满足112 m和84 m两侧同时上墩的要求，所以，撑脚与下滑道的间隙为25 mm。为了保证上部结构施工时转盘、球铰结构不发生移动，在转体前，要用石英砂砂箱将撑脚与环道之间塞死。

3.4 转动动力选型

考虑到动摩擦力矩与静摩擦力矩间的差值全部是由转盘撑脚处的2台助推千斤顶承受，确定动摩擦系数和静摩擦系数分别为0.06和0.1.通过计算，确定选用?ytp=1 860 MPa钢绞线作为牵引索，共计19根；牵引和助推均采用2台2 000 kN型号的千斤顶。其中，转体的角度约为21°，转动角速度为0.015 rad/min，钢绞线的牵引速度为0.09 m/min，转体时间为24 min。另外，转体动力系统是利用高压油管和电缆线将2台QDCL2000型连续转体千斤顶、2台YTB液压泵站和1台LSDKC（A）-8主控台连接起来的。

4 转体工艺

4.1 转体原则

桥梁水平转体施工原则有2点，即转体前达到力矩平衡，成桥最终要满足设计要求。非对称转体施工为了满足上述原则，同时，考虑到结构的非对称性和跨越高铁线安全性，在施工中，重点从以下3方面进行控制：①选择脱模方式。由于梁部整体在支架原位现浇，为了保证斜拉桥索力可控，避免索力突变，保证支架的安全，采用主动脱模的方式。②转体平衡预偏量设置方向。考虑到既有线的安全，在远离运营线的方向上设置预偏量。③两侧同时上墩问题。由于两侧不对称，所以，112 m与84 m在梁体端部两侧都要满足同时上墩的要求，它对精度控制的要求是非常高的。

4.2 准备工作

4.2.1 理论配重

该桥为不对称独塔双索面塔梁固结体系，转体部分小跨侧84 m、大跨侧112 m，两边跨度不对称。在综合考虑梁体、横隔板和索等具体的情况下，计算悬臂梁两端产生的不平衡力矩，确定距梁端53 m范围所需的理论配重为7.8 t/m。在张拉到第一次索力设计值50%时施加配重，配重块是由混凝土预制块加工而成。

4.2.2 主动脱模

为了能够主动脱模，如果在张拉前上配重，会对支架的安全性产生一定的影响。因为其不对称跨度比例为1.3∶1，所以，水平分力会使塔根部开裂，竖向分力会使梁索锚固区域开裂。对多种方案进行理论分析和比选后，最终方案确定为先调整索力至第一次索力设计值的50%，然后再进行100%配重，然后再调整索力至第一次索力设计值的100%.

转体前的索力张拉采用交替张拉法，在张拉过程中，桥塔基本上不出现拉应力。大跨侧一对，小跨侧一对，共计4根索同时张拉，斜拉索张拉步骤和编号如表1所示。斜拉索张拉端在塔部，张拉的不同步索力差值不超过设计值的±2%，且不超过±60 kN。

表1 张拉步骤和索号

张拉

步骤 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧

张拉

索号 S8/S9 S3/S14 S2/S15 S7/S10 S6/S11 S1/S16 S5/S12 S4/S13

4.2.3 称重与精确配重

由于承台的刚度很大、变性很小，容易使球铰发生微小的转动，并且操作相对简单，安全性较高，所以，称重施加顶力点要设置在承台上。在距转体中心线6.2 m处设置千斤顶，分别顶放转体梁，在每台千斤顶上设置压力传感器，同时，在上转盘底布置位移传感器，用来测试球铰的微小转动。

由于该桥自身悬臂最长为112 m，并且结构不对称，所以，经过理论配重后，2座转体桥仍然存在15.6 cm和17.1 cm的偏心距。因此，需在桥梁纵向调整精确配重。结合安全因素和运营线设备管理单位的要求，为了保证转体姿态处于可控状态，在梁端约80 m处进行配重，经过多次称重、配重后，转体偏心设置在小跨方向（即远离既有线方向），南西和西北上行2座桥的偏心距分别设置为5.2 cm和5.6 cm。

4.2.4 清理滑道

拆除上、下转盘间的固结体系，随后对称拆除8对砂箱，清理撑脚石英砂和滑道，在撑脚下布置3层5 mm厚的四氟乙烯板。涂抹黄油和四氟粉可以减小转体过程中的摩擦阻力。

4.2.5 其他准备工作

在此过程中，还要注意以下几方面的工作：①在转体施工时，风速不能超过3级，要在转体前一周与气象部门沟能，从而保证转体工程不在大风和雨雪天气下进行；②完成转体槽形梁的桥面附属设施，避免转体后桥面施工产生坠物，影响武广高铁的行车安全；③清理干净转体半径覆盖范围内的障碍物，避免其干涉转体过程；④在设备空载试运行前，要检查主控台、泵站、千斤顶间等设备的油路、信号线和电源线的连接情况，确保设备可以正常运行；⑤在下承台预埋钢件上提前安装相应的限位、微调系统，避免其超转，同时，便于在后期进行合龙调整工作。

4.3 斜拉桥转体

4.3.1 试转

待准备工作完成后，要进行试转，试转预偏角度控制在1°内，大跨112 m梁端移动控制在1.50 m以内，同时，要检查牵引动力系统等是否存在异常。另外，要做好相关角速度、线速度和牵引力等数据的采集、分析工作。

4.3.2 正式转体

正式转体时，要注意以下几点：①准备工作全部就绪，包括解除上下转盘固结，确保气象条件符合要求。②在施工封锁命令下达前，工作人员各就各位。当施工负责人接到封锁命令并确认封锁命令号后，才能发布施工指令，开始正式转体。在转体过程中，要与铁路有关部门保持密切的联系。③当助推顶达到预顶吨位后，再启动动力系统设备。④在设备的运行过程中，为了使转体更加平稳，要将钢绞线牵引速度控制在0.08 m/min。⑤各岗位人员的注意力必须高度集中，时刻注意观察、记录动力系统设备和转体各部位的运行情况。⑥当桥面中心轴线距离距设计位置约1.5 m时，监测人员要开始向控制台人员报告监测数据，从而及时降低顶推千斤顶的供油量。在距设计位置约0.5 m时，系统暂停。为了防止超转，要先借助惯性转动，待转体结束后，将动力系统由“手动”状态改为10 s、5 s、2 s点动操作。每点操作一次，测量人员都要报告轴线走行现状数据，反复循环，直至结构轴线就位。⑦转体时间在武广高铁的天窗点凌晨00：00—04：00之间，在槽形梁两侧、塔顶设置反光片，并在该位置布置足够的灯源，全程监测梁体轴线、高程和塔的偏位情况。

5 转体调整和主梁合龙

转体就位后，全面测量转体结构，包括横向倾斜、轴线横向、纵向偏差和高程偏差值。结合监控数据进行调整，在精调定位时，以转盘承台位置调整为主。

待主梁姿态精确调整完毕后，用型钢将撑腿和滑道之间固结，用封闭球铰混凝土立模浇筑封铰C50微膨胀混凝土，待一天气温最低时浇筑合龙段混凝土。当混凝土强度满足设计要求后，张拉全部剩余预应力钢索，然后卸去压重，铺设二期恒载，第二次调整成桥索力。

6 结束语

新建铁路沪昆客专杭长湖南段杭长II标长沙枢纽内的西北上行联络线和南西联络线特大桥，上跨既有营业线武广高速铁路，采用索力分级张拉、精确称重和同步液压水平转体的施工技术，实现了大吨位非对称196 m质量为14 500 t槽型梁的成功、安全转体，为今后类似的工程提供了参考和借鉴。

2014-07-20夜间，在西北上行转体施工时，中央电视台进行了实况转播，使该项目获得了良好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]杨振江，巩天才.石景山南站跨越铁路高架斜拉桥转体施工技术[J].铁道建筑技术，2004（11）.

[2]韩骏.跨沪宁高速公路跨线桥转体施工技术[J].北方交通，2013（3）.

〔编辑：白洁〕