杜嘉俊(中铁十七局)-桥梁转体法施工技术创新与展望-XXXX-12-19.ppt

桥梁转体法施工技术创新与展望杜嘉俊 中铁十七局集团有限公司 目录 1前言2水平转体系统创新3转体平衡检测方法创新4典型桥梁转体实例5结束语 1前言 桥梁转体法施工 指在偏离设计位置将桥梁浇筑或拼装成形 然后借助动力将桥梁转动就位的一种施工方法 根据转动平面的不同 分为水平转体法和竖直转体法 根据转动体支承的形式 分为单点支承和双点支承 1前言 外国桥梁转体法施工始于上世纪四十年代 大陆于1977年3月在四川遂宁首次采用水平转体法建成了70m跨径箱肋拱桥 上个世纪 山区公路桥梁采用转体法施工的较多 本世纪 铁路 市政桥梁也陆续采用转体法施工 从而使桥梁转体法特别是水平转体法经历了一个快速发展的时期 据不完全统计 目前大陆采用转体法施工的桥梁已有数百座 2水平转体系统创新 承重系统桥梁水平转体体系 转动系统平衡保险系统 2水平转体系统创新 上个世纪 大陆桥梁采用转体法施工工艺至今 承重系统的结构形式大体上经历了钢轴一环道 钢管混凝土轴一钢滚轮 钢筋混凝土球铰一支撑脚及钢管混凝土轴 钢筋混凝土球铰四个阶段 本世纪 承重系统以钢结构为主 出现了钢球铰 钢平板铰和组合铰 结构以工厂加工为主 施工工艺日趋简单 转动体重量剧增 转体更加灵活 b钢管混凝土轴 钢滚轮组合 a钢轴 环道组合 c混凝土球铰 支撑脚组合 d钢管混凝土轴 混凝土球铰 图1二十世纪承重系统结构示意图 2水平转体系统创新 2水平转体系统创新 上个世纪 桥梁转动体的重量一般为几百至几千吨 转体阻力相对较小 转动系统多采用倒链和普遍千斤顶 随着转动体重量的剧增 倒链和普通千斤顶的动力不能满足要求 最初主要用于竖向提升的大吨位连续张拉千斤顶被创造性地用于大吨位桥梁的平转 同时还实现了近距离桥梁的双幅同步平转 2水平转体系统创新 平衡保险系统一般由撑脚 环道和保险柱组成 在早期以拱桥为主的转体法施工过程中 由于转动体自身平衡难以准确控制 有时出现撑脚顶住环道或者保险柱顶住上转盘的现象 平衡保险系统在发挥作用地同时 转体开始遭遇麻烦 如何预先准确检查出转动体的平衡性能 确保顺利转体的问题 在本世纪初通过采用称重试验方法 得到有效解决 2 1 1钢球铰 钢球铰和混凝土球铰一样 同属单点支承结构 承受全部转体重量 具有承载力大 加工精度高 安装简便 转动灵活等优点 钢球铰一般由下球铰 上球铰和转轴组成 上 下球铰在工厂用钢板精加工而成 运到现场后 在钢支架上安装定位 钢球铰凹面向下 接触面镶嵌聚四氟乙烯滑块 并填充润滑剂 以减少转动摩擦阻力 图2钢球铰结构示意图 2 1承重系统 钢球铰工厂加工 钢球铰现场安装 2 1 1钢球铰 2 1 2钢平板铰 钢平板铰与混凝土球铰 钢球铰同属单点支承 承受全部转体重量 具有受力明确 承载力大 易于加工 安装简便 转动灵活等优点 钢平板铰由上钢板 下钢板和转轴组成 上下钢板之间铺设不锈钢板或镶嵌聚四氟乙烯滑块 并填充润滑剂 以减少转动摩擦阻力 图3钢平板铰结构示意图 2 1 2钢平板铰 2003年8月 赣龙铁路吊钟岩大桥140m上承式劲性钢管骨架钢筋混凝土提篮拱在4台10t倒链拽拉下分别平转180 81 合拢 承重系统采用 4m钢平板铰 岸两侧半跨转动体各重3012t 2 1 2钢平板铰 2004年8月 重8498t的贵州崇遵高速公路鞍山大桥跨黔渝铁路2 51 5mT型刚构采用 3 02m钢平板铰 平转45 后合拢 2 1 2钢平板铰 2005年9月转体的黑龙江绥芬河市新华街西延伸线2 100m独塔单索面斜拉桥采用 4m钢平板铰 转动体长196m 重14000t 是大陆迄今为止转动体最长的斜拉桥 2 1 3组合铰 由转轴 上钢板 下钢板 环道及撑脚组成 上下钢板之间以及撑脚与滑道之间均镶嵌聚四氟乙烯滑块 填充润滑剂 以减少转动摩擦阻力 介于单点支承和双点支承之间 转体重量以撑脚承受为主 转轴四周上下钢板承受为辅 受力较为复杂 但承载力大 稳定性高 图4组合铰结构示意图 2 1 3组合铰 2000年6月建成通车的广州丫髻沙大桥采用 76 360 76 m连续自锚中承式钢管混凝土系杆拱跨越珠江 江两岸半跨主拱肋卧拼竖转之后连同边跨拱肋一并分别平转92 117 合拢 承重系统即采用组合铰 由 300mm转轴 2m上下钢板 33m 1 1m环道以及14对撑脚组成 转动体长258 7m 宽39 4m 高86 3m 重量13685t 转体重量 撑脚承受约2 3 转轴四周上下钢板承受约1 3 图5丫髻沙大桥组合铰结构图 2 1 3组合铰 丫髻沙大桥平转过程中 2 1 3组合铰 2006年1月 广东佛山东平大桥 43 5 95 5 300 95 5 43 5 m连续梁 自锚式钢箱拱采用与丫髻沙大桥类似的组合铰 两岸分别转动体平转104 6 180 后合拢 转动体重14800t 一 竖转过程中 二 平转过程中 2 2转动系统 转动系统一般由钢绞线 反力座 穿心式张拉千斤顶 液压泵站和控制台组成 转体时 千斤顶对称布置在下转盘两侧的反力座后方 通过拽拉一端锚固在上转盘中的钢绞线 使桥梁匀速 平稳转动 图6转动系统平面布置示意图 2 2转动系统 穿心式千斤顶 液压泵站 主控台 3转体平衡检测方法创新 中国铁道科学研究院于2003年结合北京五环石景山 45 65 95 40 m连续独塔单索面预应力混凝土部分斜拉桥14000t转体施工 率先进行了不平衡重称重试验研究 通过称重试验 可以计算得到转动体的不平衡力矩 偏心距 摩擦阻力及静摩擦系数 从而确定转体作业所需动力大小以及是否需要配重 3转体平衡检测方法创新 3转体平衡检测方法创新 图7桥梁转动称重试验受力示意图 4典型桥梁转体实例 上个世纪 桥梁转体法施工多用于山区跨河越谷公路桥梁施工 桥型以拱桥居多 另有少量的刚构桥和极少量的斜拉桥 钢桁梁桥 本世纪近十余年以来 桥梁转体法施工呈现桥型多 转体重量大 跨铁路和高速公路桥梁应用多 由中西部山区向东部平原推广等特点 涌现出一批典型工程 4 1刚构桥 在刚构桥中 T型刚构桥因自平衡性能强 便于支架现浇或悬灌等特点 目前在大陆桥梁转体法施工中占有很高比例 并且转体重量超过万吨 4 1刚构桥 2004年6月 贵州崇遵高速公路楚米大桥采用连续张拉千斤顶 首次实现了2座2 51 5mT型刚构双幅同步平转跨越黔渝铁路 一 转体前 二 转体后 4 1刚构桥 2008年7月 郑西铁路客运专线洛河特大桥跨二广高速公路 48 80 48 mV型墩连续刚构成功转体 两侧的2 39mV型刚构转体重量约3800t 转角57 成为首座平转施工的铁路V型刚构桥 一 支架现浇 二 转体系统布置 三 先后转体 二 转体就位 4 1刚构桥 2010年1月 河北保阜高速公路跨京广铁路及107国道立交桥2 80mT型刚构转体到位 转动体重14400t 长128m 成为转动体最长的T型刚构 4 1刚构桥 2010年6月 河北磁县跨京广铁路 107国道立交桥转体成功 2 55mT型刚构重量为15300t 创转体T型刚构重量之最 4 1刚构桥 2010年10月 高度48m的山西阳泉至盂县高速公路桃河大桥跨石太铁路2 50mT型刚构转体就位 创转体T型刚构高度之最 4 2斜拉桥 1980年10月 四川金川县 71 40 m独塔斜拉桥 曾达桥 首次采用转体法施工 之后很长一段时期没有应用 1997年 大秦铁路秦皇岛疏解区大里营斜拉桥成为大陆首座采用水平转体法施工的铁路斜拉桥 进入二十一世纪 采用转体法施工的斜拉桥日益增多 转体重量多超过万吨 4 2斜拉桥 2000年7月 黑龙江省哈尔滨市跨金水河 140 60 m无背索钢斜塔斜拉桥 太阳桥 倒Y形索塔的双塔柱长35 8m 重314 4t 卧拼成形后 采用履带吊车竖转60 就位 成为大陆首座采用部分竖直转体法的斜拉桥 4 2斜拉桥 2008年3月 西安市浐灞河 145 48 42 m拱门式斜塔斜拉桥重1621t的斜塔竖转75 就位 已成为西安浐灞生态区中的一座景观桥 为2011年第41届世界博览会的圆满召开增添了风采 4 2斜拉桥 2008年7月 北京西六环跨丰沙铁路 56 100 70 37 m子母塔单索面预应力混凝土斜拉桥的母塔及前后跨 92m 90m 长的箱梁在支架上分段现浇后 在墩顶平转40 就位 转体重15000t 成为世界上首座在墩顶转体就位的斜拉桥 4 2斜拉桥 2010年1月 郑州市中心区横跨京广 陇海铁路11股道的 106 248 106 m双塔单索面斜拉桥平转60 4 就位 转动体长120m 重17100t 是目前大陆转体重量最大的斜拉桥 4 3预应力混凝土连续梁 大陆较早采用转体法施工的公路预应力混凝土连续梁桥有2003月5月转体就位的G312改道线跨沪宁高速公路 40 70 40 m连续梁 该桥在高速公路两侧支架分段现浇成2座2 33 5m T构 后转体 重量5400t 转角90 十一五 期间 哈达铁路客运专线 京沪高速铁路 京石铁路客运专线 集包铁路第二双线 南广铁路客运专线 盘营铁路客运专线等部分铁路预应力混凝土连续梁陆续采用了转体法施工 4 3预应力混凝土连续桥 2010年9月 集包铁路第二双线霸王河1号大桥跨京包铁路 60 100 60 m连续梁转体就位 合拢段首次采用与梁体外形一致的高强度钢壳作为外模 大大降低了跨电气化铁路桥梁转体就位后的施工风险 一 转体前 二 转体后 4 3预应力混凝土连续桥 2011年4月 南广铁路客运专线独屋大桥跨黎湛铁路 60 100 60 m连续梁转体就位 首次采用普通千斤顶实现连续转体 一 转体前 三 转体后 二 普通千斤顶 4 3预应力混凝土连续桥 2010年8月 京石铁路客运专线滹沱河大桥跨京广铁路柳辛庄车站 80 128 80 m连续梁转体就位 转动体长126m 重12000t 成为转体跨径和重量最大的铁路预应力混凝土连续梁 4 3预应力混凝土连续桥 2010年10月 山西长平高速公路微子大桥跨邯长铁路 72 120 72 m连续梁转体就位 转动体长118m 重12300t 成为转体跨径和重量最大的公路预应力混凝土连续梁 4 3预应力混凝土连续桥 在建即将转体的跨度最大 重量最重的公路预应力混凝土连续梁 江西共安大桥 主桥跨径 70 125 70 m 转动体长123m 重量14510t 4 4连续钢箱梁 2009年4月 石家庄市和平路跨京广 石德及石太铁路立交桥 47 54 m跨连续钢箱梁成功实现了墩顶平转 转体重量1780t 转角86 一 转体前 二 转体后 4 5简支钢桁梁 集包铁路第二双线古城湾特大桥跨京包铁路132m双线简支钢桁梁采用双点支撑 无平衡重转体就位 转角15 重量2461t 是目前大陆转体法施工跨度最大的铁路双线简支钢桁梁 4 5简支钢桁梁 一 支架拼装 二 后支承点 三 转体过程中 四 转体后 4 6拱桥 2002年9月通车的水柏铁路北盘江大桥主桥为236m上承式钢管混凝土拱桥 江两岸半跨拱肋借助 3 5m钢球铰平转就位 重10230t 是大陆首座转体法施工的铁路拱桥 也是当时世界上转体法施工的最大跨 有推力铁路拱桥 4 6拱桥 2007年9月 贵州务彭公路珍珠大桥以120m钢筋混凝土箱形拱跨越垂直落差达110m的陡峭洋岗河谷时 两岸的半跨61 4m长箱形拱肋竖向逐节现浇成形后 竖转72 合拢 一改大陆转体拱桥大多卧拼竖转的常规方法 拓宽了拱桥转体思路 4 6拱桥 2010年5月 沪杭铁路客运专线跨沪杭高速公路 88 160 88 m连续自锚上承式箱形拱组合桥平转合拢 单侧转动体长160m 重16800t 成为大陆转体法施工跨度和重量最大的铁路拱桥 4 6拱桥 2010年6月 京沪高速铁路跨京开高速公路 32 108 32 m连续中承式钢箱混凝土拱在公路两侧支架上拼装后 同步平转81 99 合拢 成为京沪高速铁路进出北京的标志性桥梁 4 6拱桥 4 6拱桥 目前 在建待转的云南大瑞铁路澜沧江大桥以342m上承式劲性钢管骨架钢筋混凝土箱形提篮拱跨越小湾水电站水库 受地形限制 两岸半跨劲性钢管骨架拱肋均分成2段依附山势分别在支架上拼装成形 然后分别二次竖转合拢 该桥的规模远远超过同样采用二次竖转施工方法的2006年建成 主跨220m的西班牙艾尔卡塔大桥 将极大地提高大陆桥梁竖转法施工技术水平 4 6拱桥 澜沧江大桥钢管拱肋二次竖转示意图 一 支架拼装钢管拱肋 二 钢管拱肋一次竖转 三 钢管拱肋二次竖转 4 6拱桥 艾尔卡塔大桥拱肋二次竖转示意图 5展望 纵观本世纪桥梁建设历程 大陆采用转体法施工的桥梁数量已居世界之首 尽管如此 仍有一些问题有待解决 近年来平转法施工的桥梁大都采用钢球铰 球铰连同定位支架 环道 撑脚等用钢量很大 再加上钢球铰加工需特殊设备 只有极少数专业厂家可以承担 费用昂贵 不利于在经济相对落后的地区推广 今后应该注重投资效益 针对不同转体重量 适当采用造价较低的钢平板铰或混凝土球铰以降低工程成本 5展望 大部分桥梁平面转体法施工时的平衡保险系统采用上转盘撑脚加下转盘环道与保险柱的密集复杂结构 既不能真正起到平衡保险作用 而且施工难度大 工程成本高 还需要深入研究改进 5展望 小半径平曲线桥梁因结构偏心产生的不平衡弯矩分析以及大跨拱桥 斜拉桥索塔等在竖转过程中的稳定控制事关安全转体 有待深入研究 5展望 桥梁转动体的重量越来越大 对转体体系的要求越来越高 相应临时施工措施费用随之大幅增加 因此 需研究新结构和新材料 有效减轻桥梁转体重量 5展望 在沿海等软弱土地区 有的桥梁转体法施工时因结构选择不当或工期紧迫 不便采用悬浇法 悬拼法施工 而是在支架上现浇 造成支架地基处理费用剧增 今后需加以研究论证 设法规避 5展望 桥