广清线跨京广线转体连续梁施工技术

郭春雨

（中铁十一局集团第一工程有限公司 湖北襄阳 441000）

1 工程概况

新建广州至清远城际轨道银盏河特大桥位于清远市龙塘镇及银盏镇境内，桥全长8031.3m，其30#～32#号墩（DK54+606.810～DK54+746.810）跨京广铁路连续梁全长129.5m，结构类型为无砟轨道64+64m悬臂现浇预应力混凝土双线连续梁，中支点处截面最低点梁高6.8m，边跨19.75m直线段截面最低点梁高4.2m，梁底下缘按二次抛物线变化。防护墙内侧净宽8.2m，桥面板宽11.6m。截面类型为单箱单室、变高度、变截面箱梁，底板、腹板、顶板局部向内侧加厚，均按直线性变化。

跨越京广铁路连续梁，梁底距京广上行线加强线距离为1.15m，距京广下行线加强线距离为4.33m；31#墩小里程方向左侧距京广铁路上行线中心距离为6.06m，右侧距京广铁路上行线中心距离为12.24m。

为减小新建城际轨道桥梁对上跨京广铁路的影响，采用主墩墩底预埋转动系统，先平行于铁路采用挂篮悬浇梁段，再在墩底进行69°转体就位的施工工艺，然后调整梁体线形，最后浇筑合龙段，使全桥贯通。转体段梁长53m+53m；转体角度为69°；转体重量约为3400t。转体结构由上转盘、下转盘、上下球铰、撑脚、滑道、转动牵引系统组成，转体系统以球铰支承为主，撑脚起控制转体稳定作用。转体系统设计承载力为72000kN。体系转动力矩的施加依赖牵引系统。

2 转体施工关键技术

转动体系结构主要由转动支承系统、牵引系统和平衡系统等系统构成。这种设计施工方法必须严格按照设计图纸、规程等要求进行施工。同时，在施工之前对转动支承系统、牵引系统和平衡系统进行试运转，对试转过程中发现的弊端及时予以调整。

2.1 转动支承系统结构施工

转动支承系统是施工控制的关键步骤，其由上转盘、球铰和下转盘构成。上转盘支承转动体系结构，下转盘与结构基础相联。通过上转盘相对于下转盘绕中心转轴转动，达到转体目的。转动支承系统必须兼顾转体、承重及平衡等多种功能。

2.1.1 下转盘施工

31#主墩基础为两级承台，承台总高度为6.5m（上下两层分别为3.0m和3.5m）。下承台设计为下转盘，采用C40混凝土且分两次浇筑，首先浇筑球铰及滑道骨架以下部分混凝土。下球铰安装通过钢骨架上的调平螺栓进行定位，精确对位后即进行锁定。滑道安装先在预埋的滑道骨架上分节段拼装0.8m宽的滑道钢板，然后浇筑第二次混凝土至滑道及下球铰面顶面（略低1cm）。

图1 转体结构

图2 下球铰底部混凝土面凿毛

图3 吊装下球铰、滑道

2.1.2 球铰安装施工

球铰是转体施工的关键结构，精度高，要求严格。球铰由上下两块钢质球面组成，上面板为凸面与混凝土圆锥与上转盘连接；下面板为凹面嵌固在下转盘顶面。下球铰底部承台混凝土浇筑完成后，将底部混凝土面凿毛，清除浮渣，露出干净骨料。然后绑扎下球铰、滑道结构钢筋，再通过全站仪精确定位安装下球铰支撑钢架、下球铰、滑道支撑架及滑道。然后在浇筑这部分基础混凝土，待混凝土养护到位之后，再进行下球铰滑动片和上球铰的安装，并将转轴涂抹黄油聚四氟乙烯粉后插入下转盘中心孔道中。滑动片安装前，先将下球铰凹顶面清理干净，球铰下转盘凹面及滑动片预留槽孔内不得有任何杂物，并将球面吹干。检查符合要求后，在球面上各滑动片间均匀涂抹黄油聚四氟乙烯粉，厚度控制在其略高于滑动片即可。将上球铰凸球面上均匀涂抹一层黄油聚四氟乙烯粉，然后将上球铰对准中心销轴轻落至下球铰凹面上，用拉链葫芦、千斤顶等工具微调上球铰水平位置和高程，保证其处于水平，并与下球铰外圈间隙均匀一致。再清理掉被压挤出的多余，并用宽胶带纸等方法将上下球铰空隙边缘的缝隙密封，保证施工中黄油聚四氟乙烯粉不再被压挤出，确保泥沙、杂物不会进入球铰摩擦结构部分中。

图4 下球铰中心定位

图5 下球铰顶面精调

图6 下球铰、滑道安装完成

图7 安装四氟滑片

图8 涂抹黄油四氟粉

图9 上球铰安装完成并密封包裹

2.1.3 上转盘施工

在上球铰安装完成后，在进行撑脚、砂箱定位安装，然后再绑扎上球铰钢筋网片及转台钢筋，完成后浇筑上转盘（上承台）C50混凝土。上转盘在整个转体施工过程中一直处于多向、立体、复杂的受力状态，它是转体时的特别重要的结构。转台是球铰、撑脚与上转盘相连接的部分，又是转动牵引索直接锚固安装的部位。同一对牵引索的锚固端应在同心圆的直径线上且对称形成一对力偶矩。需要注意的是：每个索的预埋高度平面应和牵引方向完全水平，每根索的出口点相对转盘中心也相互对称。牵引索非锚固部分应圆顺、逐根地盘绕在转台外周，并做好防损坏和防腐蚀的保护措施。再安装牵引反力座模版，浇筑C50混凝土。

图10 安装撑脚、砂箱

图11 预埋牵引索

图12 墩身钢筋及临时支墩钢板

图13 上转盘养护

2.1.4 上、下转盘固结

上、下转盘间应采用砂箱及精轧螺纹钢筋临时支撑措施进行临时支撑、固结，以防倾覆。竖向预应力钢筋采用150根φ32mm抗拉强度标准值为930MPa的JL32精轧螺纹钢筋，轧丝锚，采用无粘结套管体系，在上转盘顶面单端张拉，锚下张拉控制应力为415MPa。固定端埋在下转盘（承台）混凝土内。

2.2 牵引系统

2.2.1 牵引动力系统

转体动力系统由2套连续转体千斤顶、4台液压泵站和1台主控台通过高压油管和电缆线连接组成。每套连续转体千斤顶公称牵引力2000kN，额定油压25MPa。

连续转体千斤顶安装在转盘两侧对称的反力墩上，须保证其处于水平、平行状态，其中心线与上转盘外圆（钢绞线束缠绕的地方）相切，且保证水平。

主控台应设置在能清楚观察到现场整体情况的位置。

2.2.2 牵引索

牵引索须清理每根钢绞线表面的锈迹、油污，逐根顺次沿着设计索道排列盘绕后，穿过YCW150-200型连续转体千斤顶，并用连续转体千斤顶的夹紧装置夹持住。先逐根对钢绞线初始预紧后，再通过转体千斤顶对该束钢绞线进行整体预紧，使两束牵引索中各根钢绞线持力基本一致。牵引索索道中心线应与对应千斤顶中心线保持水平。

牵引索的另一端锚固在上转盘混凝土体内，作为牵引索固定端。

2.3 平衡系统

在转体施工过程中，结构平衡是值得关注的重点。如果转动不平衡，则极易发生重大安全事故。因此，为了降低转动重心，通常选用围绕桥墩轴心转动的方法，并将转盘设于墩底以下：

2.3.1 平衡转体配重方案

转体方案的关键是转体梁在静力状态保持受力平衡，且通过配重，使得转体梁的重心线与球铰竖轴线重合。这样就可以保证配重量小，转体启动时所需的牵引力相对较小。由于本设计项目转动体为一点支承，在转动施工过程中容易导致转体梁在竖平面内的上下晃动。因此，应尽量减小撑脚与滑道间的间隙。

2.3.2 称重、配重

根据称重及配重结果在梁体相应位置吊装配重，并对配重进行位移限制，保证其转体过程中的稳定性。

转体施工前对已浇筑的连续梁梁段进行称重、配重，使梁体两侧重量平衡。称重采用4台600t的穿心式千斤顶加载支撑力，分布于上转盘四个角，然后对称逐级加载，观测记录千分表数值变化，多次反复加载记录，经数据分析后在梁面加载预压块，平衡配重。

图14 称重、配重

图15 纵向称重设备布置

图16 横向称重设备布置图

3 转体施工

3.1 转体施工准备

3.1.1 转体附属施工

转动施工前，应先后完成竖墙、防护墙、遮板、转体防抛网、栏杆等部分桥面附属结构工程施工。

3.1.2 挂篮拆除

转体前拆除挂篮和挂篮模板，中跨合龙段模板采用挂篮模板重新改装成吊模，截断挂篮侧模，使高度与合龙段梁高等同，利用挂篮顶横梁做为吊模横梁，底模不变，仍采用用挂篮底模，组成合龙段吊模。

3.1.3 临时支墩搭设

连续梁14#节段施工完毕且挂篮拆除后，拆除下转盘0#块支架，在上转盘搭设4根φ630×10mm螺旋管作为临时支撑，螺旋管之间采用[20槽钢作为剪刀撑和水平连接，螺旋管顶横置双拼I56a工字钢，其上立双拼I40a工字钢与梁底预埋钢板焊接牢固。在大里程14#节段原桥位节段中间处搭设一排螺旋管作为临时支墩，临时支墩采用3根φ630×10mm螺旋管，施工时螺旋管打入基岩面，螺旋管之间采用[20槽钢作为剪刀撑和水平连接，螺旋管顶横置双拼I56a工字钢，其上在线路左侧转体就位处设置双拼I40a工字钢作为定位挡块，各构件连接应保证焊接质量。

3.1.4 滑道清理

（1）拆除临时固结及砂箱：对称拆除上下转盘之间的固结精轧钢及上转盘的支撑砂筒。

（2）清理滑道：清理滑道表面的垃圾、水泥浆及其他有碍转动的因素，滑道表面涂抹黄油四氟粉并铺装MGE滑片。

3.1.5 试转体

待以上各项准备工作完成后进行试转。试转前，全面检查牵引动力系统、转体结构系统、监控系统、防倾、限位保险系统是否状态良好，评估整个系统的安全可靠性。同时监测人员采集转体系统的各项初始资料，确定桥墩转动角速度与梁端转动线速度的关系，便于对转体全过程进行跟踪监测，能有效地把转动速度控制在要求范围内。

3.2 转体结构安全性计算

转体总重量W为72000kN

其摩擦力计算公式：F=W×μ

静磨擦系数按μ=0.1，则启动时静磨擦力F=W×μ=7200kN

动磨擦系数按μ=0.06，则转动过程中的动磨擦力F=W×μ=4320kN

转体牵引力计算：T=2/3×（R×W×μ）/D

R为球铰平面半径，R=1.395m

转台直径D为8.1m，

转体牵引力计算结果：

启动时所需最大索引力T=2/3×（R×W×μ静）/D=826.67kN

转动过程中所需牵引力T=2/3×（R×W×μ动）/D=496kN

连续千斤顶型号为YCW150-200，最大张拉力为2000kN

计算结果表明千斤顶动力有足够的安全系数储备。

3.3 正式转体

在试转结束后，根据采集的各项数据，总结分析转动过程中出现问题，同时对转体实施方案进行修正，避免正式转体再次出现类似问题。进行正式转体时，整个转体过程仍然采用人工指挥控制。转体过程中数据的收集，采用一套严格周密的盯控系统。指挥人员通过盯控系统反映的数据资料进行指挥协调。转体结构转动前要做好工作流程、人员分工及职责等组织论方面的工作，根据各个关键部位、施工环节，对现场人员做好周密部署、严格交底，各司其职，分工协作，整个流程由现场总指挥统一发号施令。

3.3.1 转体控制措施

转体前在转盘上均匀布置70个刻度，每刻度弧长8.7cm，并按顺序统一进行编号，转体过程中定期观测和报告转盘上转过的刻度。

3.3.2 防超转限位装置

按设计要求布置防超转限位装置。如可在转体前在转体就位位置安装限位型钢横梁，使型钢横梁与转盘撑脚接触位置即为转体就位位置。

转体结构在上、下转盘与滑道之间设置有8对保险型钢撑脚，撑脚滑板底面距离滑道顶面预留一定的缝隙，转体结构精确就位后，采用钢垫片进行抄垫固定，并将钢垫片同撑脚滑板钢板、连同滑道钢板立即进行全面焊接联接固定。

大里程边墩临时支墩位于14#节段原桥位节段中间处，施工时焊管柱打入基岩面，施工时严格控制精度，接长确保焊接质量；临时支墩项设置定位挡块与工字钢焊接，该定位挡块用于定位转体后梁体就位，避免超转用，其应转盘上的限位装置配合使用，如图16所示。

3.3.3 转体实施

启动动力系统设备，并使其在“自动”状态下运行。

在转体转动过程中，安排技术人员在转盘附近负责读取转盘上标识的刻度并汇报，即时与总指挥联系。悬臂梁端每转过5m，向总指挥汇报一次；在距终点5m以内，每转过1m向总指挥汇报一次；在距就位处20cm以内，每转过2cm向总指挥汇报一次。转体结构接近设计位置时，系统“暂停”操作。为防止结构超转，待惯性运行结束后，动力系统改由“自动”操作下改为“点动”操作。

3.3.4 过转应急措施

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200T千斤顶组成的力偶助推系统，反向顶撑脚，将转动体回转。

4 注意事项

（1）下球铰安装要求精确对位，坐标偏差不大于2mm，水平偏差不大于1mm；滑道钢板安装控制高程误差为任意3m弧长内滑道的高差不大于1mm，平整度偏差不大于每米0.5mm；滑动片安装完成后顶面应位于同一球面上，误差不大于1mm。

图16 临时支墩挡

（2）钢绞线穿束时严禁交叉、打搅和扭转，所用的钢绞线应尽可能盘旋均布；同时需要做好钢绞线防锈措施，出现锈蚀应在转体实施前清理干净，避免在正试转体时钢绞线锈渣使连续千斤顶无法正常退锚。

（3）转体千斤顶的安装应注意其中心线、外露钢绞线束轴线和牵引索道轴线保证水平且方向一致。

（4）控制系统在运行前一定要经过空载联试，确认无问题后方可投入使用。

（5）结合现场实施情况，球铰清理工作顺序：拆除撑脚钢楔→清理滑道→清理撑脚下水泥浆→砂箱拆除→拆除上转盘模板。

（6）安装撑脚时，在无水地区，用细砂把撑脚到滑道之间空隙填满；若在有水地区，在撑脚下塞填黄油或泡沫板，四周用砂浆封闭。总之，使其不让其杂物进入，造成后期清理困难。

5 结语

综上所述，城际铁路广清线是珠三角城际铁路的重要干线，此次跨京广铁路转体整个施工过程安全，梁体质量和线型均符合设计要求，直接避免了安全风险高，转体结构难以保护等对施工进度及安全、质量的影响，加快了施工进度，节约了建设成本，确保了结构质量，还大大减少了对铁路行车的干扰，相对于传统的悬臂浇筑法和支架现浇法更为安全、可靠。