上跨既有铁路线桥梁转体施工质量和安全控制技术分析

张娅玲

(陕西高速公路咨询有限公司 西安 710061)

在交通强国建设的背景下，国家综合交通网络日益发达，公路、铁路、水运立体交通工程也越来越常见。公路上跨既有铁路的桥梁在施工时，难免会对铁路的正常运营造成一定的影响，为有效减少影响，近些年来采用转体施工技术的桥梁越来越多[1-6]，转体施工过程中如何保障其质量和安全，成为工程建设人员和研究人员关注的问题[7-10]。为了提高上跨既有线桥梁施工的质量，保障施工安全，以陇漳高速渭河特大桥为例，对桥梁转体施工过程中质量、安全控制技术进行分析，研究成果可对类似桥梁施工提供借鉴意义。

陇漳高速渭河特大桥全长2782.92m，共计79跨，其中上跨陇海铁路转体悬浇梁位于第9跨至11跨，桥梁孔跨形式为41.4m+70.0m+41.4m 连续刚构，第10跨(70.0m)上跨陇海铁路上、下行线，转体桥部分全长152.8m，桥梁面积为3896.4m2，线路夹角为76°。9#承台到陇海线上行线回流线的最小距离是7.4m，梁体边缘到上行线回流线的最小距离是3.7m；
10#承台到陇海线下行线回流线的最小距离是7.7m，梁体边缘到下行线的最小距离是4.7m，箱梁底面到上行线轨面的最小距离是10.05m、到下行线轨面的最小距离是11.55m。转体结构与陇海铁路位置关系见图1。

图1 转体结构与既有铁路线平面关系图

转体施工等级为Ⅱ级，理论转体时间为98min，垂直天窗点内准备时间为10min，确认并传达施工封锁令，检查销记为7min，共计垂直天窗点需115min。垂直天窗点内需陇海线陇西—云田乡上、下行供电臂停电，施工期间不组织行车。施工内容包括转体前准备工作(防抛网安装、桥面清理、称重及配重、试转)、桥梁转体、劲性骨架连接、转盘封固、合龙段施工等。其中转体与合龙段的施工质量是整个转体施工的质量保障。

2.1 转体准备

转体的准备阶段主要包含称重及配重和试转体工作。

2.1.1 称重及配重

施工时，先切除上下转盘Φ32 精轧螺纹钢临时固结，再对称拆除撑脚钢楔及砂箱，将上盘、墩柱及连续箱梁组成以球铰中心为支撑点的一个自由转动体系。将其静置24h后，对梁体根部应力和应变进行监测，观测转体平衡、上下盘应力、桥梁线形及球铰压应力等变化情况，若均无异常即可进行下一步工作。

球铰体系存在制作安装误差，以及梁体混凝土浇筑均匀性的差异，引起桥墩两侧悬臂梁端会产生质量分布不均匀和不平衡力矩的现象，故转体前的称重与配重尤为重要。配重工作要将转体上部结构的重心垂线落于球铰轴心线偏后的一侧 (重心垂线仍落于球铰支撑面上)，或将转盘后侧撑脚落于滑道上作为控制要点。配重完成后，转体过程可以形成3个有效支撑点，即球铰及靠后侧的2个撑脚的可控稳定体系，杜绝瞬时任意方向倾斜现象的发生。拆除临时固结后，及时测出桥梁结构的配重参数，并进行配重。

在浇筑10#节段时，在梁体端部提前预埋10#槽钢，起到对配重进行临时固定的作用，能够有效防止转体过程中配重水箱发生位移。

2.1.2 试转体

称重及配重工作完成后，需进行梁体试转，对牵引动力系统、转体系统、位控系统、防倾保险体系进行一次试运转，即全面检查工作状态是否良好。并确定点动惯性位移量，确保转体施工过程中的精确定位。

试转体必须做好5方面的工作：①清理梁体表面除配重外的杂物；
②清除上、下转盘间的填充物并解除多余约束，检查关键受力部位是否存在裂缝等异常现象；
③将牵引系统准确布置在下承台顶，同时进行设备空载运行；
④理顺预应力钢绞线，通过钢绞线牵引索穿入4000kN连续千斤顶，逐根对称、均匀地预顶紧钢绞线；
⑤及时清除支垫的砂箱、滑道杂物，通过涂抹润滑油达到降低摩阻力的目的，检查并清除阻碍转动的因素。

试转体施工时应做好时间、余转值记录：对比分析实测值与计算值，及时调整设计转速。对点动控制方式进行测试，记录点动悬臂端后其所转动的水平弧线距离，确定转体初步到位后的精确定位数据。正式转动施工前，进行2次点动试转和1次小的转动来进行初始数据的采集。同时试转时要保证试转角度不得侵入既有线的限界内，保证既有线的安全。根据梁体与回流线实际距离测量，9#墩最大可试转2°，10#墩最大可试转4°。

2.2 转体

通过试运转数据对转体方案进行修正和完善，结合垂直天窗时间和天气情况，6月1日进行正式转体施工。

通过上下双重控制措施以保证梁体可精确就位：在下承台顶精确定位上承台转体后的边线，从而控制转体施工时箱梁结构的转动角度；
上控制措施为全站仪精确定位转体梁端中线点。为防止梁体过转，在下承台助推反力座及撑脚之间利用I20工字钢设置限位装置，当转至最后一个撑脚与助推反力座空位时，通过采用限位工字钢来防止梁体过转。

橡胶支座静摩擦系数和动摩擦系数之间的差异会导致转体开始的瞬间产生很大的冲击力，为避免此现象的发生，使用助推启动千斤顶进行转体辅助启动，并通过钢索进行牵引转动。即转速均匀、牵引力对称与同步，从而确保转盘只承担和摩擦力矩相平衡的动力偶，且不产生倾覆力矩。并对转体结构的标高、轴线位置和平衡灯情况进行监测。

转体施工时，转体角速度控制为匀速0.01rad/min，在距离设计位置约2°时，通过系统“暂停”来防止发生结构超转。惯性运行停止后，通过“手动”点操作来操纵动力系统，操作过程中测量人员循环测报轴线走形的现状数据，同时在限位型钢上加设橡胶缓冲垫，从而确保转体能精确就位。检查转体高程、轴线位置是否满足设计要求，检查无误后，及时通过钢楔块锁定8个撑脚，使转体单位固定不动。采用立模浇筑封固混凝土(C50 微膨胀混凝土)的方法，将上转盘和下转盘密实连成一体。

2.3 球铰后封混凝土浇筑

转体精准定位后，采用劲性骨架临时连接固定中跨合龙段，然后逐根连接后封部分型钢及预留钢筋，检查验收后进行立模及浇筑C50 微膨胀混凝土，后封混凝土浇筑结构见图2。

图2 后封混凝土浇筑结构图

球铰封固混凝土采用流动性较好的微膨胀混凝土，为确保上下盘封固质量，应加强过程质量控制，具体要求如下：后封砼与原结构混凝土接触面充分凿毛，浇筑混凝土前，基坑内清理干净，在基坑最低侧设置集水坑，及时抽排渗水；
控制后封混凝土施工时的入模温度，浇筑前预热模板，浇筑后立即采用暖棚覆盖养生。

2.4 合龙段施工

桥梁中跨合龙位置位于陇海铁路上、下行之间，上、下行之间桥梁净距为18.9m，合龙块边缘距下行线中心处是7.2m，边缘处最小距离是4.8m；
合龙块边缘距离上行线中线处距离为8m，边缘处最小距离为5.2m，属于邻近既有线施工，施工采用吊架法，吊架安装与拆除均采用卷扬机作业，现场合龙施工见图3所示。

图3 合龙段现场施工

合龙段施工工艺为：合龙均对称进行，先中跨合龙，后边跨合龙。边跨合龙段采用支架合龙，中跨合龙采用吊架合龙。在一天中温度最低时迅速对称进行中跨合龙段劲性骨架锁定、混凝土浇筑作业，待张拉、压浆后拆除吊架、中跨合龙劲性骨架。同时应注意以下事项：

(1)合龙温度的选择。通过气温与梁体温度的相互关系分析，确定在一天气温10～15℃时进行合龙段混凝土浇筑，现场浇筑时间为02：00—04：00，时间控制在2～3h内，采用麻袋或苫布覆盖及加强接头混凝土的保温和养护，确保混凝土硬化过程中一直在升温受压的状态下。

(2)合龙段混凝土选择。采用经过特殊配比设计的早强 C50微膨胀混凝土，并及时进行预应力张拉，避免合龙段混凝土出现裂缝现象。

本次转体梁施工是要确保营业线行车安全以及人员、设备安全，施工过程中采取以下6方面的安全控制措施。

3.1 规范设置施工防护

按照《铁路工务安全规则》的规定要求，制定与执行安全防护措施，未满足防护要求时严禁转体施工。同时在车站和施工地点设置专职联络人员，加强信息通报沟通。

3.2 严格控制桥梁转体速率

转体施工时，悬臂转体速度按0.01rad/min匀速进行，严禁人员在受力钢绞线周围及千斤顶的正后方范围内站立、停驻。

3.3 严防异物坠落

桥梁转体施工时，线路上方设置齐全、牢固的防抛网，并在梁体端头临边封闭的前提下，清理桥面所有零件、工具、废弃物，保证铁路线行车安全。

3.4 做好合龙段施工安全设施及安全措施

合龙段施工时，在铁路线两侧设置硬隔离防护，桥面两端距铁路线50m 位置设置门禁，专人防护，防止无关人员进入施工现场，转体前上跨铁路9#墩至10#墩两侧对称安装防抛网。

3.5 做好称重及配重时安全保证措施

对梁体进行称重，完成后立刻对上下转盘进行临时锁定，确保梁体稳定，根据称重结果对梁体进行配重。采用水箱及预制块的形式对梁体进行配重，中跨采用水箱配重，边跨采用预制块配重，配重完成后进行转体施工，待上下转盘后封部分浇筑完成后对配重进行卸载。水箱采用水带将水引至桥下，避免加载及卸载过程中水滴入铁路线路范围内。中跨合龙段浇筑前对梁体再次配重，中跨采用水箱，边跨采用预制块。配重时采用两段同步对称配重，所有配重采用钢筋与梁面临时固定，防止滑移。

3.6 做好汛期防护及人员安全防护

日常对河道进行检查，疏通河道垃圾，在施工范围内修筑防洪堤坝并进行日常维护，配备防洪器材。及时关注天气及上游水库情况，遇到极端天气及时转移人员及材料设备，关闭沿线临时用电。要加强对施工人员的安全教育，配足劳动防护用品，并严格督促落实。

桥梁转体施工有效减少了对铁路运营的影响，通过对陇漳高速公路渭河特大桥转体施工的分析，重点阐述了施工过程中质量控制和安全控制的要点，对后续同类型施工具有一定的指导意义。由于目前桥梁转体施工，转体的精确度在很大程度上和转体用到的球铰以及转盘有很大的关系，如何减少转动过程中的摩擦力，以及研发新的球铰生产材料，可以作为下一步研究的重点。