简述大跨度连续梁转体施工的关键技术问题

简述大跨度连续梁转体施工的关键技术问题王世学助理工程师中铁九局集团第七工程有限公司辽宁沈阳【摘要】结合盘营客专盘锦特大桥跨沟海铁路128m连续梁成功转体的实践，简述大跨度连续梁在转体施工中的相关技术问题，为同类转体施工提供技术支持，将我国大跨度转体连续梁的设计、施工水平推向更新的高度。【关键词】连续梁平转法转动体系称重配重线形监控转体施工一、转体工程概况盘营客专盘锦特大桥（80+128+80）m现浇连续梁跨既有沟海铁路，与其交角为167°10′，该梁平面位于半径5500m的圆曲线上，纵面位于半径25000m的竖曲线上，线路纵坡由3.072‰变为-12.7‰。由于施工工期及施工条件制约，采用常规挂篮悬浇施工方法，对既有线运营存在重大安全风险，因此该桥采用平衡转体的施工方法。即先在铁路一侧浇筑梁体,然后通过转体使主梁就位、调整梁体线形、封固球铰转动体系的上、下转盘，最后进行合拢段施工,使全桥贯通。转体段T构梁长63m+63m，转体重量达12000t。二、转体理论依据转体的基本原理是箱梁重量通过墩柱传递于上球铰，上球铰通过球铰间的四氟乙烯滑片传递至下球铰和承台。待箱梁主体施工完毕以后，脱空砂箱将梁体的全部重量转移于球铰，然后进行称重和配重，利用埋设在上转盘的牵引索、转体连续作用千斤顶，克服上下球铰之间及撑脚与下滑道之间的动摩擦力矩，使梁体转动到位。三、转体施工关键技术及难点平转法的转动体系主要有转动支承、牵引系统和平衡系统。本转体工程特点具有转动球铰承重大、牵引制动力大、曲线连续梁施工存在纵横向不平衡弯矩等特点。难点在于该梁平面位于小曲线半径和竖曲线上，难以控制梁体线形。因此在施工过程中，必须严格控制要求，进行转动支承、牵引系统及平衡系统的试验研究，并加强线形监控及模型分析，确保转体施工的顺利实施。1、转动支承转动支承是平转法施工的关键设备，由上转盘和下转盘构成。上转盘支承整个转动结构，下转盘与基础相联。通过上转盘与下转盘的相对转动，达到转体目的。转动支承可分为磨心支承、撑脚支承、磨心与撑脚共同支撑三种。该连续梁转体采用的是磨心支承方式。磨心支承即由中心撑压面承受全部转动重量，在磨心插有定位销轴，为了保证安全，在支承转盘周围设有6对撑脚，正常转动时，撑脚不与滑道面接触，一旦有倾覆倾向则起支承作用，因此撑脚也称作保险腿。本工程撑脚与滑道间隙为10～15mm。一般要求此间隙为2～20mm，间隙越小对滑动面的高差要求也越严格。我们从T构梁卸架开始至完全拆除临时受力砂箱，上转盘的最大沉降仅为1.82mm，撑脚与滑道仍留有足够的间隙，从而验证该支承方式完全由磨心支承及球铰面的光洁度极小，达到理想效果。在球铰制作及安装过程中，必须严格控制技术要求，保证球铰制作质量及安装精度要求，其位置和精度将影响全桥合拢精度和转体过程的安全，对每个四氟乙烯滑片必须按厂家编号对号安装并涂黄油四氟乙烯粉，在球铰安装完成后进行上下球铰试运转，保证涂抹的黄油四氟乙烯粉均匀分布，试运转完成后必须用石蜡将上下盘周边封闭，以免润滑材料干燥或流进杂物。2、牵引系统平转法施工中，能不能转动是一个很关键的技术问题，一般情况下设计启动摩擦系数为0.06～0.08之间，有时为保证有足够的启动力，按0.1配置启动力。因此，减小摩阻力，提高转动力矩是保证平转法施工顺利实施的两个关键。转动力通常安装在上转盘的外侧，以获得最大的力臂。在安装牵引索钢绞线时，为保证在转体时牵引索之间互不干扰的工作，要安装一半正旋和一半反旋钢绞线进行施工。本工程转体系统由4台QDCLT2000型连续顶推千斤顶、4台YTB液压泵站和2台LSDKC-8主控台通过高压油管和电缆线连接分别组成2套转体牵引系统。每套连续顶推千斤顶公称牵引力2000KN，额定油压25MPa，由前后两台千斤顶串联组成，每台千斤顶（前、后顶）前端均配有夹持装置。每2套连续顶推千斤顶分别水平、平行、对称的布置于转盘两侧的反力座上，千斤顶的中心线必须与上转盘外圆（钢绞线缠绕的位置）相切，中心线高度与上转盘预埋钢绞线的中心线水平。千斤顶用高强螺栓固定于反力架上，并与反力座固定。反力座必须能承受200t压力的作用。上转盘埋设的两束牵引索经清理锈迹、油污后，逐根对钢绞线预紧，再用千斤顶对该束钢绞线整体预紧，使同一束牵引索各钢绞线持力基本一致。3、平衡系统平转过程中的平衡问题是一个关键问题，对于T构桥梁，上部恒载在墩轴线方向基本对称的结构，一般以桥墩轴心为转动中心，为使重心降低，通常将转盘设于墩底以下。此工程转盘设置于上承台和下承台之间。该连续梁由于位于圆曲线和竖曲线两种曲线上，必将有不平衡力矩和偏心距问题。我们通过称重试验，反复测试，计算出不平衡力矩和偏心距的相关数据，研究其数据是否符合转体设计要求，否则采取相应配重措施。并在T构梁卸架过程中，随时观测转盘处的百分表读数（沉降），观察梁体是否有倾斜变化，若变化较大时，应在梁体对应侧加配重方法使其基本达到平衡，保证其安全卸架。平衡转体施工必须保证转体上部结构在转动过程中的平稳性，尤其是大型悬臂结构且无斜拉索情况。在实际转体施工中，转体上部悬臂结构绝对平衡会引起梁端转动过程中发生抖动，且幅度较大，这不利于转体的平稳性要求，为此，采用梁体纵向倾斜配重方案，通过称重和配重使实际重心偏离理论重心5-10cm，配重后使转体桥前进端有一微小翘起，并使得转体桥的6对撑脚只有两对撑脚与滑道平面近似发生接触，从而增加转动体在转动过程中的平稳性和安全性。因此称重平衡试验是桥梁平衡系统施工中至关重要的一步，在试转前，必须进行称重平衡试验，测试转体部分的不平衡力矩、偏心矩、摩阻力矩及摩擦系数等参数，实现桥梁转体的配重要求。4、线形监控转体梁在悬臂阶段时是静定结构状态，合拢过程中如不施加额外的荷载，成桥后内力状态一般不会偏离很大，因此连续梁施工控制的主要目标是控制梁体线形。线形控制最主要的任务，就是根据每个施工阶段的测量结果，分析测量数据，同时与模型预测值进行对比，找出差距并分析误差产生的原因，从而确定下一阶段施工时合理的预拱度。每一阶段施工完毕，对结构模型中实际的混凝土养护龄期、节段施工周期、混凝土实际的弹性模量、容重等相关参数进行修正。修正之后，对结构模型进行重新计算，将新的计算结果与实测结果进行比较。比较的主要内容包括混凝土浇筑前后的标高变化、预应力束张拉前后的标高变化以及梁底、梁顶的标高变化。通过比较结果，可以对测量数据进行分析。从每节段混凝土浇筑前至预应力钢束张拉完毕是本连续梁施工监测的一个周期。线形控制的关键是：每节段施工周期的结束都必须对已完成所有节段进行全面的测量，分析实际施工结果与预计目标的误差，从而及时地对已出现的误差进行调整，在达到要求的精度后，才能对下一施工循环做出预测。5、转体施工（1）试转体桥梁正式转体前，应进行试转。目的是全面检查转体的指挥组织系统、牵引动力系统、防倾保险体系是否状态良好,检测整个系统的安全可靠性。同时由测量和转体监控人员对转体系统进行各项初始资料的采集，测试启动、正常转动、停转重新启动及点动状态的牵引力、转速等施工控制数据，建立转动角速度与梁端转动线速度的关系，以便在正式转体前发现、处理设备存在的问题及可能出现的不利情况，并为正式转体速度提供依据，保证转体的顺利进行。结合以往转体工程施工实践，试转工序不能因施工时间紧、任务重而取消。原因有以下几点：1）、通过试转，可发现转体准备工作是否充分及协调好各岗位、转体各环节的关系，确保转体一次性高标准高质量高效率的完成；2）、通过试转工序中的点动操作步骤，取得每点动一次梁端头最大弧长数据，可确保合拢时桥梁轴线精确定位；3）、由于转体前各工序的交叉作业，已安装调试好的转动系统，易在后期的转体准备工作期间受到损伤，通过试转可发现损伤部位，保证牵引设备处于正常工作状态。（2）正式转体1）、先让辅助千斤顶达到预定吨位，启动动力系统设备，并使其在“自动”状态下运行。2）、每个转体使用的对称千斤顶的作用力始终保持大小相等、方向相反，以保证上转盘仅承受与摩擦力矩相平衡的动力偶，无倾覆力矩产生。3）、设备运行过程中，各岗位人员的注意力必须高度集中，时刻注意观察和监控动力系统设备和转体各部位的运行情况。如果出现异常情况，必须立即停机处理，待彻底排除隐患后，方可重新启动设备继续运行。4）在转体就位处设置限位装置，并安排技术人员在两个转盘附近负责读转盘上标识的刻度，随时与总指挥联系。为防止超转现象，在转体接近设计位置时，停止自动牵引操作，采用点动控制精确就位。（3）精确就位轴线偏差主要采用连续千斤顶点动控制来调整，根据试转结果，确定每次点动千斤顶行程，换算梁体端头行程。每点动操作一次，测量人员测报轴线走行现状数据一次，反复循环，直至转体轴线精确就位。若转体到位后发现有轻微横向倾斜或高程偏差，则采用千斤顶在上下转盘之间适当顶起，反复进行调整直至高程符合设计要求。四、结束语本连续梁已于2011年5月18日12时20分成功转体，用时仅20min，未使用任何备用助推限位设备，直接依靠牵引系统实现转体并精确定位，最终合拢轴线误差仅为1.5mm。而且实际转动动力远小于设计计算值，说明了在转体施工中认真做好球铰的安装、维护及润滑材料的涂抹是减小摩阻力的有力保障。该工程的成功转体，标志着我国大跨度预应力混凝土转体连续梁的设计、施工水平推向更新的高度。参考文献【1】胡素敏;桥梁转体施工方法及发展应用[J];交通世界(建养.机械);2008年01期【2】宝成德;桥梁转体施工工艺的研究与应用[J];辽宁交通科技;2003年03期