大吨位型刚构桥转体法成桥关键技术综述

6附件4附件4鉴鉴定文件工作报告岩溶区大跨大吨吨吨位T型刚构桥桥转体法成桥关键键键技术综综述中铁十一局集团团团有限公公司中铁十一局集团团团第三工工程有有限公司司二〇一四年八月月月 1901工作报告新建余家湾上行行行特大桥桥是武武汉至黄黄石城城际客运运专线线的重要要组成成部分（该该专专线起自自武昌昌（汉）站站，终终于黄石石大冶冶北站，全全长长97公里，设设计时速速2000公里，建建成后，武武汉汉至黄石石直达达时间266分钟），其其其跨越京京广线线的2×11115.88m预预应力混混凝土土T型刚构梁梁与与营业线线夹角角28°，跨跨越越京广线线上、下下行线各各3股道，采采用用平转法法施工工。桥梁梁转体体全长23311.6mm，总总重量1445500tt，转转体角度度266°，为目目前前国内跨跨度和和吨位均均最大大的T型刚构转转体体梁，其其单墩墩一次转转体跨跨越多股股道既既有线的的转体体施工在在我国国桥梁建建设中中也尚属属首次次。同时时，工工程位于于临近近既有线线的岩岩溶严重重发育育不良地地区，安安全风险险大、技技术难度度高，被被列为武武黄城城际铁路路的头头号控制制性工工程。该该桥建建设面临临着一一系列难难点，如如在既有有线中中间复杂杂岩溶溶等地质质条件件下进行行桩基基施工作作业，邻邻近既有有线深深基坑承承台施施工及既既有线线安全防防护，复复杂地质质条件件下大跨跨度大大吨位预预应力力混凝土土T型箱梁支支架架法分段段现浇浇施工，TT构转体施施工工与多次次体系系转换、线线形形控制等等。鉴于此，中铁十十十一局集集团有有限公司司和中中铁十一一局集集团第三三工程程有限公公司在在总结国国内外外同类桥桥梁施施工技术术的基基础上，针针对对武黄城城际铁铁路余家家湾上上行特大大桥跨跨京广线线铁路路转体桥桥的实实际情况况提出出“跨客专大大悬悬臂T构空间非非对对称转体体与防防护施工工技术术研究（编编号号11-1100C）”课题。上上述述研究成成果和和工程实实践丰丰富了桥桥梁转转体技术术，为为跨越既既有线线的转体体桥施施工及质质量控控制提供供了参参考依据据和技技术支持持，对对推广转转体施施工技术术在类类似地区区的应应用，具具有重重要的现现实意意义与理理论价价值。1..11工程概概况况余家湾上行特大大大桥位于于湖北北省武汉汉市洪洪山区余余家湾湾车站附附近，为为整个武武黄城城际铁路路工程程的关键键性节节点，中中心里里程WSDDKK1+22044.3000，全全长168800.0665mm。余家湾湾上上行特大大桥220号墩～～22号墩上上跨跨京广既既有线线，与既既有线线夹角为为288°，采用用2×1115..8mmT型刚刚构构梁一次次跨越越京广上上、下下行线，其其中中20号墩（里里程WSDDKK1+00266.255）-21号墩墩（里里程WSDDKK1+11422.1555）墩墩跨越京京广上上行线（里里程程K121144+8113--K122144+9117）；；21号墩（里里程WSDDKK1+11422.1555）-22号墩墩（里里程WSDDKK1+22588.066）墩墩跨越京京广下下行线，（里里程K12114+9177-K12215+0004）。2×1115.8mT型刚构梁梁设计为转体体结构，全长长231.66m，在京广广线上、下行行之间的夹心心地带采用现现浇支架法完完成T型刚构梁，然然后转体，完完成全桥的连连接，转体角角度26°、转体体总重量达114500tt。桥梁的结构形式式式：1、桩基：采用用用8φ2.5mm++2φ2.0mm钻孔孔桩基础础，长长度50..00～65.00mm。2、承台：承台台台纵向尺寸寸为为15.22--17..655m，横向向尺尺寸为155..2-117..65mm，高高7.9mm，呈呈不规则则七边边形，承承台分分为上转转盘、下下转盘两两部分分、中间间设置置球铰。3、墩身采用矩矩矩形空心墩墩，墩墩高5m，墩身身纵纵向长8mm，横向宽宽7.4mm，纵纵向壁厚厚1..8m，横横向向1.9mm，墩墩顶及墩墩底设设梗胁过过渡。4、主梁为单线线线预应力混混凝凝土T型刚构箱箱梁梁，主梁梁跨中中部分为为曲线线梁，在在2331.66m的的1/2长度度内内共分5个梁段及及3个合拢段段，其其中第一一梁段段长26mm，第二二梁段长长211m，湿接接缝缝C长3m，第三三梁梁段长211mm，湿接缝缝B长3m，第四四梁梁段长211mm，湿接缝缝A长3m，第五五梁梁段长300..8m。21号主墩墩桩桩基础为为8φ2.5mm++2φ2.0mm桩基基，承台台基础础采用转转盘设设计，承承台高高7.9mm（上上下两层层分别别为3.44mm和4.5mm）；；主墩上上承台台：顺桥桥向××横桥向×厚度为133..0m××133.0mm×22.5mm。上上下承台台中间间有0.99mm高的平转转空空间，设设上下下转盘，上上下下转盘均均采用用C55混凝凝土土，上、下下转转盘球铰铰周围围采用C5555混凝土，转转转动结束束后封封铰混凝凝土采采用C555微膨胀胀混凝土土。220号辅墩墩墩墩高10..55米，距京京广广上行线线7..3米；22号辅墩墩墩墩高11..55米，距京京广广下行线线6..9米。T构梁底距距京京广上行行线轨轨顶最低低高度度为9.00米，距距京广下下行线线轨顶最最低高高度为100..0米。1.2主要问题题题余家湾上行特大大大桥2311..6m长单单线线预应力力混凝凝土T型刚构梁梁跨跨越多股股道既既有线单单墩一一次转体体施工工在我国国桥梁梁建设中中尚属属首次，缺缺乏乏针对性性的既既有经验验可供供借鉴。该该工工程需要要解决决如下八八项问问题：既既有线线中间复复杂岩岩溶地质质条件件下进行行桩基基施工；；既有有线边深深基坑坑承台施施工及及既有线线安全全防护，大大跨跨度大吨吨位预预应力混混凝土土T型箱梁转转体体控制，复复杂杂地质条条件下下大跨大大吨位位T型箱梁支支架架结合施施工，大大跨大吨吨位TT型箱梁分分段段现浇湿湿接缝缝段连接接施工工控制、大大跨跨大吨位位T型箱梁支支架架拆除及及落梁梁，转体体施工工中的多多次体体系转换换和线线形控制制，以以及邻近近铁路路既有线线安全全施工综综合管管理。1.3国内外外外研究现现状国外首座应用转转转体施工工的桥桥梁是意意大利利的多姆姆斯河河桥，为为竖转转法施工工，跨跨径达700mm。采用此此方方法修建建的跨跨径最大大的桥桥梁是德德国的的阿根托托贝尔尔（Arggeentoobeel）桥，其其跨径为为1550m。该该方方法在国国外桥桥梁修建建中应应用较为为广泛泛，它一一般利利用桥台台结构构竖向组组拼或或现浇拱拱肋脚脚手架，最最终终将拱肋肋由上上而下旋旋转至至设计位位置。我我国的竖竖转法法多应用用于山山涧或者者季节节性河流流，一一般是搭搭设简简单的支支架将将拱肋进进行拼拼装或者者现浇浇，最终终由下下而上将将桥体体旋转至至设计计标高。竖竖转转法多应应用于于钢筋混混凝土土拱肋桥桥中，随随着跨径径的增增大，拱拱肋过过长、搭搭架过过高、转转动也也变的相相对困困难，因因而竖竖转法多多应用用于跨径径较小小的桥梁梁中。平转法于197776年首次次在在奥地利利维也也纳的多多瑙河河桥上应应用，该该桥为斜斜拉桥桥，跨径径布置置为55..77m+11199m+555..7m，转转体体重量达达40000tt。此此后平转转法在在法国、德德国国、日本本、中中国等国国家得得到大量量应用用。迄今今为止止，转体体重量量最大的的是比比利时的的本艾艾因桥，该该桥桥为斜拉拉桥，跨跨径布置置为3342mm+1168mm，转转体重量量达11.955万吨吨，于199991年建成成。我国1975年年年完成了了第一一座转体体施工工桥的建建设，其其结构形形式是是拱桥，极极具具中国特特色，采采用竖转转施工工方法。119997年四四川川省遂宁宁县的的钢筋混混凝土土拱肋转转体施施工试验验桥作作为全国国首次次采用平平转法法成功建建成，转转体结构构重量量为120000t。19933年，郑郑州铁路路局修修建一座座跨越越铁路编编组站站的拱桥桥，为为了不干干扰交交通的正正常进进行，采采用了了平转与与竖转转相结合合的施施工工艺艺，最最终建成成了跨跨径为15500m的安阳阳钢钢管混凝凝土桥桥。199999年，为了了不不影响珠珠江口口通航，广广州州丫髻沙沙大桥桥采用竖竖转与与平转相相结合合的转体体施工工工艺，建建成成跨径达达3444m钢管管混混凝土中中承式式系杆拱拱，转转体质量量达1136885tt。此后转转体体施工技技术在在我国得得到了了大量的的应用用，并成成功实实施了上上百座座桥梁，施施工工的吨位位也从从最初的的千吨吨上升到到万吨吨位。转转体法法为T型刚构平平转转的代表表有：：如下表表1..3-11所示示:表1.3-1部分分已已建T型刚构桥桥桥名桥型国名跨径/m吨位年份转法运河桥T型刚构桥原东德53+521976平转绵阳桥T型刚构桥中国701990平转谢叠桥T型刚构桥中国681994平转西安亭桥T型刚构桥中国1281992平转雅瑶桥T型刚构桥中国951994平转跨津山铁路转体体体桥T型梁中国612008平转运粮河特大桥T型箱梁中国1002009平转大跨度转体施工工工桥的施施工工工艺复杂杂，施施工工序序较多多，随着着施工工阶段的的不断断进行，转转体体桥的结结构形形式、边边界条条件、荷荷载传传递方式式以及及混凝土土材料料特性都都在发发生变化化，施施工过程程中施施工荷载载可能能比应用用荷载载更为不不利，这这个过程程中施施工荷载载和外外界条件件（风风荷载等等）可可能导致致转体体结构倒倒塌或或者破坏坏。目前对转体施工工工桥的研研究主主要集中中于施施工工艺艺的改改进、转转盘及及定位销销钉的的应力分分析和和特殊荷荷载（风风荷载）下下球球铰应力力的分分析较少少。中中铁桥梁梁工程程设计研研究院院徐升桥桥结合合了转盘盘三向向预应力力钢筋筋的影响响，对对石景山山斜拉拉桥转盘盘进行行了应力力分析析。华南南理工工大学交交通学学院颜全全胜对对丫髻沙沙大桥桥的平转转和竖竖转阶段段进行行计算并并对其其控制截截面进进行应力力分析析；中铁铁十八八局钟启启斌结结合数学学积分分方法对对转体体施工的的转体体牵引力力作了了细致计计算。平转施工过程中中中，一般般转速速较小以以保持持转体过过程平平稳，无无突发发事件前前提下下，转体体结构构控制截截面的的受力相相对较较小，因因而对对转动球球铰关关键部位位的受受力分析析鲜有有文献提提及。桥桥梁的稳稳定问问题与强强度问问题同等等重要要，最初初的桥桥梁设计计没有有注重桥桥梁稳稳定性分分析，出出现了多多起稳稳定问题题造成成的桥梁梁倒塌塌事故。比比如如，197700年澳大利利亚亚墨尔本本附近近的西门门桥在在架设合合拢钢钢箱时，上上翼翼板在跨跨中失失稳导致致1220m长的的主主梁整跨跨倒塌塌。T型悬臂梁梁，在在转体施施工前前依靠单单点支支撑，施施工前前及施工工过程程中极易易发生生倾覆等等问题题。之前前的实实际工程程中多多采用避避开大大风等恶恶劣天天气来降降低影影响桥梁梁稳定定的外界界荷载载，弥补补对于于不定因因素对对桥梁影影响不不明确的的不足足，进而而确保保转体能能成功功实施。T型悬臂梁转体体体施工结构构对对称且为为自平平衡体系系，转转体结构构的重重心多位位于转转体结构构竖向向中心轴轴线，因因此转体体过程程中控制制结构构的重心心位置置相当关关键。对对于控制制重心心位置的的研究究，铁道道科学学研究院院魏峰峰和陈强强曾采采用千斤斤顶和和压力传传感器器对转体体桥的的实际位位置进进行详细细测量量以确保保转体体桥的平平稳实实施。T型悬臂梁梁在在转体之之前单单点支撑撑，风风荷载是是影响响其稳定定的一一个重要要因素素，不仅仅要保保证施工工过程程和成桥桥阶段段转体桥桥的稳稳定安全全，还还要确保保转体体过程中中在风风荷载作作用下下结构的的安全全性和抗抗倾覆覆稳定性性。抗抗风稳定定性分分析时注注意，针针对不同同的地地区、不不同的的季节选选取不不同的荷荷载工工况和不不同的的抗风标标准，转转体结构构在设设计风荷荷等级级下应具具备足足够的抗抗风强强度。西西南交交通大学学风工工程试验验研究究中心周周述华华等人对对山东东大里营营斜拉拉桥做了了风洞洞试验，该该实实验主要要针对对成桥阶阶段斜斜拉索的的抗风风性能，另另外外对丫髻髻沙大大桥转体体过程程中的抗抗倾覆覆稳定和和风致致振动进进行了了模拟分分析和和风洞试试验。考考虑到悬悬臂状状态主梁梁稳定定性较差差，转转体过程程一般般选择避避开恶恶劣天气气和地地震等不不利因因素，并并且限限制在较较小风风速下进进行，尽尽量使外外部环环境对转转体施施工影响响最小小。图1.3-1全桥立立面面示意图图综上所述，目前前前国内外T型刚构转转体体梁悬臂臂段长长度均在在1000m以下下，吨吨位均在在1000000吨以下，转转体体梁段总总吨位位达1455000吨，单单边边悬臂长长度达达115..88m，且一一次次性转体体到位位、转体体端部部无合拢拢段的的转体桥桥施工工还是首首次。1.4研究内容容容及技术术路线线本文研究内容如如如下：（1）通过地质质分分析、方案案案比选和和理论论计算，进进行行夹液化化粉砂砂层的岩岩溶区区桥梁钻钻孔桩桩施工技技术和和临近既既有线线地段深深基坑坑开挖防防护技技术研究究，解解决沙层层液化化和地表表沉降降难题。（2）通过理论论分分析与试验验验研究，研研发发出不设设合拢拢段、一一次转转体到位位、转转体梁直直接落落于边墩墩支座座的新型型转体体技术及及成套套装备，解解决决转体完完成后后由于销销轴空空隙及转转动倾倾斜后需需要横横、竖向向多次次精调的的难题题，通过过模拟拟准确计计算重重心位置置，提提前使其其与转转动球铰铰中心心重合，转转体体前再次次称重重检测重重心位位置，解解决了了非对称称小曲曲线半径径转体体桥倾覆覆难题题。（3）通过数值值模模拟与现场场场预压，研研发发复杂地地形地地质下大大跨、大大吨位T构梁支撑撑技技术，解解决岩岩溶区和和复杂杂工况条条件下下转体梁梁的支支撑难题题。（4）通过理论论计计算和数值值值模拟，研研发发大跨、大大吨吨位T构转体梁梁浇浇筑和支支架拆拆除、落落梁及及大坡道道顶梁梁技术及及施工工工艺。（5）通过理论论分分析、数值值值模拟和和原位位监测，考考虑虑恒载、施施工工荷载、预预应应力、混混凝土土收缩与与徐变变、温度度变化化等因素素的影影响，全面面分分析各个工工况况条件下下转体体梁段关关键截截面的受受力特特性。（6）通过采用用改改进的灰色色色关联分分析法法进行风风险源源辨识，研研发发桥梁施施工期期安全风风险辨辨识方法法。1.5应用效益益益及前景景研究成果克服了了了复杂岩岩溶地地区桩基基及支支架地基基处理理、T构梁位于于S形小半径径不不对称曲曲线的的线形控控制、转转体悬臂臂长、转转体精度度要求求高、千千斤顶顶两次反反顶梁梁等多项项施工工难题，为为武武黄城际际铁路路的按期期通车车提供了了技术术支撑，为为今今后同类类桥梁梁的施工工积累累了宝贵贵经验验。1.5.1应应应用效益益1、经济效益武汉黄石城际铁铁铁路跨京京广铁铁路余家家湾上上行特大大桥在在施工过过程中中，由于于T型刚构支支架架采用墩墩梁式式支架法法方案案，减小小了铁铁路接触触网迁迁改数