非对称斜拉桥上跨运营高速铁路夜间水平转体施工技术

1  工程概况

    沪昆客专长沙枢纽内的西北上行联络线和南西联络线2处上跨既有营业线武广高速铁路，主跨结构设计采用32 m＋80 m＋112 m的非对称独塔双索面斜拉桥，主梁采用预应力槽形梁，与武广客专交角约21°。为了尽可能减小施工和日后养护对既有武广客运专线运营安全的影响，最大限度地缩短跨线作业时间，采用平行武广线支架现浇，然后跨武广线水平转体的方式施工，转体质量14 500 t，是国内第一座跨越高速铁路的铁路独塔斜拉桥。

2  转体施工方案

    为了确保既有武广客运专线能够安全有序地运行，首先在与其保持平行的一侧搭设槽型梁支架，槽型梁现浇完成后，待主梁混凝土达到设计强度后脱架，再用牵引系统牵引转盘，待主梁平转至对岸成跨中位置。转体施工完成后，精确调整成桥线形精度，固结承台，填充封铰C50微膨胀混凝土，保证混凝土密实性，完成球铰固结。待主跨水平转体到位后，通过合龙段将主跨与26 m边跨连接，从而实现桥面体系转换。

3  转体施工工艺

3.1  转体准备

3.1.1  理论配重和主动脱架

3.1.1.1  理论配重

该桥为不对称独塔双索面塔梁固结体系，转体小跨80 m、大跨112 m，两边跨度不对称。

配重考虑悬臂梁两端产生的不平衡力矩a、横隔板产生的不平衡力矩b和斜拉索产生的不平衡力矩c，最后确定距梁端53 m范围所需的理论配重为7.543 t/m。

3.1.1.2  主动脱架

    考虑张拉前配重，支架的安全性大大降低，因此，先张拉设计索力50%后再上配重。配重上完后，开始第二次斜拉索张拉。第二次斜拉索张拉后，卸载砂箱，可从近塔柱两侧开始向梁端逐渐推进落架。在拆架的过程中，施工人员要密切关注梁端千斤顶受力的变化和千斤顶下支架的变形情况。如果发现有异常情况，立即停止拆架，并查明原因，解决问题后方可继续进行。但是，梁端的支架必须保留至转体完毕，作为临时支撑，起到保护作用。

    张拉采用交替张拉法，即大跨侧一对，小跨侧一对，共4根索同时张拉。张拉过程中，要确保桥塔基本上不出现拉应力。

3.1.2  清理滑道

    对于撑脚石英砂和滑道，要认真清理，在撑脚下放置3层厚度为5 mm的四氟乙烯板，最底层的应该涂抹黄油四氟粉，以减小其摩阻力。将上、下转盘间的固定装置拆除，之后再将8对砂箱拆除，且要保持对称，用湿布清理砂子，防止砂子粘入黄油。

3.1.3  称重与配重

    为了确保斜拉桥力矩平衡，确定了配重方案的思路，即转体梁在静力状态允许微小的不平衡，即通过配重，将转体梁的偏心值控制在《高速铁路桥涵工程施工技术指南》要求的5～15 cm。精确配重以此为原则通过称重和试转试验使得转动结构向小跨侧倾斜，即偏心值偏向小跨侧，且满足规范要求，使得转体结构的重力主要由球铰承担，撑脚只承担很小一部分重力。

根据撑脚和梁端距中心的半径以及梁端预留的安全距离，确定大跨侧铺设3层5 mm厚的四氟板，小跨铺设3层5 mm厚的四氟板。

3.1.4  设备测试

    在施工过程中，平转千斤顶、牵引索、锚具、泵站要配套安装、调试。在此要求各束钢绞线平直、不打绞、纽结，然后设备上不放置任何东西，空载试运行。依据千斤顶施力值（启动、转动牵引力分别按照磨擦系数0.1、0.06加以考虑），将各泵站油压值计算出来，根据油压值对于调泵站的最大允许油压展开一定的调整，空载试运行，并进行检查，确保各项设备没有异常，然后进入下一道工序。

3.1.5  转体的气象条件要求

    转体施工时，风速不可以超出3级风风速，转体之前一个星期与气象部门沟通，确保其不会在恶劣天气下开展。

3.1.6  其他准备工作

    其他准备工作主要有以下4项：①转体施工前，完成转体槽形梁的栏杆建设，避免转体时和转体后桥面施工坠物影响武广高铁的行车安全；②转体前，将桥面的杂物清理干净；③将转体半径覆盖范围内的障碍物清理干净；④在转盘上安装转动角速度标尺。

3.2  转体施工

3.2.1  试转

    各项准备工作完成静置24 h后，进行试转，全面检查牵引动力系统等是否导常。试转时，应该认真观察以下内容：①每分钟转速，即每分钟转动主桥的角度和悬臂端所转动的水平弧线距离，将转速控制在合理的范围内。②控制采取点动方式操作，测量组要测量每点动一次悬臂端所转动水平弧线距离的数据，在转体初步到位后，为其精确定位提供一定的依据。③检查其结构是否平衡、稳定，是否存在故障，关键承受外力的部位是否有裂纹。如果在检查过程中发现异常，应该立即中止，找到原因，实施有针对性的措施，加以整改之后才能继续运行。

3.2.2  正式转体

    试转完毕后，认真分析搜集到的所有数据，制订具体的转体方案，选择合适时机在天窗点内正式转体。在此过程中，要注意以下几点：①准备工作要安排到位，气象条件满足要求，所有人员到位，辅助顶达到预定吨位后，转体人员在收到具体的转体指令以后，开启动力系统设备。②转体结构旋转之前，相关部门要周密部署，每位工作人员要明确自己负责的工作，严格履行自身职责，分工合作，现场总指挥统筹调度，统一安排。③转体使用的2个相对称的千斤顶应该保持大小相同、方向相反的作用力，确保转盘只承受与摩擦力矩彼此平衡的动力偶，没有倾覆力矩出现。④在设备运转过程中，所有人员要全神贯注，认真观察和监控所有设备的运转状况。如果发现异常，要及时找出隐患，并处理，然后才能再次开启设备继续运行。⑤在桥面中心轴线前1.5 m内开始倒数，向控制台报告监测数据，每隔20 cm报告1次；在20 cm内，每隔1 cm报告1次；在5 cm内，必须每隔5 mm报告1次，以便于控制系统的操作人员可以实时了解转体的实际状况，促使其更有效地控制和操作系统，让转体可以满足理想的设计要求。⑥当转体结构靠近设计位置时，为了避免出现超转的情况，要依托惯性转动，结束之后，动力系统由手动状态改为10 s、5 s、2 s的点动操作。每点操作一次，测量人员报轴线走行现状数据1次，反复循环，直至结构轴线就位。

3.3  转体测量控制

3.3.1  转体过程测量控制

3.3.1.1  光源布设置

    由于转体时间是在凌晨00：00—04：00之间，这个时候武广高铁停止运行，因此，应该保证充足的照明，布置充足的灯源，以方便仪器测量。同时要为每位观测人员配备1个手电筒。

3.3.1.2  测点布置

    在大小跨侧腹板顶中心位置设置1个CPⅢ套筒，用于安装全站仪棱镜；塔尺固定到槽型梁大跨端、小跨端；在塔顶用徕卡反射片设置2个竖向观测点。

3.3.1.3  测量方法

    在实际工作中，具体的测量方法是：①在槽形梁的两端各布置1台水平仪，用来观测梁端部就位后的梁顶高程。②在小跨侧的边跨直线段上、大跨侧的线路上各布置1台全站仪，设置仪器的视线方向，使其保持在槽形梁理论中心方向，利用其自动追踪功能观察转体就位过程。③进行塔柱偏位测量时，采用外贴徕卡反射片的方式在转体前测出塔柱的原始坐标。④计算转体21°对应的平面坐标。在转体过程中，要时刻回报转体与设计中线的位置关系。当转体距离槽型梁轴线1.5 m时，及时发出命令，采用点动的方式完成相关工作。直到其距离轴线20 cm时，点动结束。

    转体就位采取全站仪对其中线加以校正，误差不能够超过2 cm。

3.3.2  转体后精确就位

    在转体过程中，由于转体桥球铰的转动、撑脚间隙的变化等原因，导致转体就位后桥梁的状态和脱架后的状态完全不同，所以，转体就位后需要调整桥梁姿态，使之符合就位后的姿态要求，从而实现对桥梁的精确调整。

3.3.2.1  主梁线形标高初调

    在初步配重的基础上，进行3次精确配重，此时的主梁线形状态对应的理论目标状与本桥需调整到位的理论目标状态（脱架后的桥梁姿态）稍有微差，所以，需要利用布置于下承台顶的千斤顶顶上承台底，将主梁的标高初步调整到脱架后的主梁标高状态。

3.3.2.2  基于空间拟合曲线的平面位置调整

    用全站仪测量梁端拟合位置处的空间坐标，根据点的位置拟合出精确定位时的水平位置。拟合点为梁中心和底板两底角。

3.3.2.3  精确调整

    此次精调确定的一组控制参数为撑脚间隙、梁端标高和主塔偏位。在调整撑脚间隙时，通过梁端标高、主塔偏位来校核，即当撑脚间脚调整到脱架后的撑脚间隙时，梁端标高、主塔偏位也达到了目标状态。利用下承台顶的千斤顶顶上承台调整撑脚间隙，并在撑脚处安置百分表，用以监测撑脚间隙的细微变化，以便于控制千斤顶顶的方向和力度。

3.3.2.4  固定撑脚

    在调整主梁姿态时，要确保其精确程度满足要求。在实际工作中，采用钢板、钢楔子楔住支撑腿与滑道之间的缝隙，并焊接固定，同时，加快上下承台预埋钢筋的连接以及在端部采用千斤顶顶起等多种方式同时锁定转体结构。另外，安装百分表观测撑脚间隙的变化情况。实践证明，用钢板、钢楔子楔住支撑腿与滑道之间的缝隙，并焊接固定后，间隙基本无变化。这说明，这种固定措施是有效可行的。

4  质量、安全控制措施

    对于转体运动而言，上、下转盘和滑道是非常重要的部位。因此，工作人员要严格依照施工图中规定的流程开展相关工作，循序渐进，将四氟粉与黄油混合，将其涂抹在转盘球面上，从而降低摩阻力。

    在转体过程中，应该保证2个相对称的千斤顶保持大小相同、方向相反的作用力，从而确保转盘只承受与摩擦力矩彼此平衡的动力偶，没有倾覆力矩出现。

    为了保证梁体在转动时不发生左右倾斜和前后方向低头或抬头的问题，转体前，除了按照理论配重外，还要在承台上精确称重配重，确保转体部分大小跨力矩平衡。

    转体前，为了方便转体时梁体能顺利转到桥墩上就位，主塔两侧边墩身垫石都不浇筑，并将桥墩上锚栓孔加深40 cm，深入到墩身中。转体时，只将支座放置墩顶，不安装就位支座，转体到位后再浇注垫石和就位支座。

    在施工过程中，要严格按照《铁路营业线施工及安全管理办法》和广铁（集团）公司的规定完成相关工作。跨越武广高铁作业时，必须提前向广铁集团申请铁路要点，批准给点后，方可作业。

    在安装千斤顶时，要先确定其具体位置，保证其中心线与上转盘外圆相切。另外，其高度要与预先埋设的钢绞线中心线相一致，而且两对称千斤顶的中心线应该保持平行。

    在槽形梁转体前，应清除腹板顶、底板顶和转体半径范围内影响转体的一切障碍，并派专人检查。

5  结束语

    综上所述，该施工技术按照力矩平衡的原理进行理论配重，索力分级加载，精确称重、配重，成功解决了非对称转体斜拉桥平衡跨越运营高铁技术难题，为后续类似工程提供了参考和借鉴。

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］韩俊.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〕