张唐铁路转体桥施工技术研究

张唐铁路转体桥施工技术研究一、引言随着我国交通基础设施建设的持续推进，跨线桥梁的数量不断增加。在繁忙铁路干线交叉处修建桥梁时，转体施工技术因其能有效减少对既有线路运营的干扰，保障施工安全和既有线正常通行，而得到广泛应用。张唐铁路在建设过程中，部分桥梁需跨越既有铁路干线，转体桥施工技术的合理运用成为工程建设的关键。通过深入研究张唐铁路转体桥施工技术，不仅能为该项目的顺利实施提供技术支持，也能为同类工程积累宝贵经验，推动我国桥梁转体施工技术的进一步发展。二、工程概况张唐铁路遵化跨大秦铁路特大桥位于河北省遵化市西侧，全长4407.26m。其中转体(64+64)m变高度连续T构梁位于特大桥93号～95号墩上，T构梁全长129.5m，转体部分长度118.5m。主梁共划分35个梁段，A0号梁段长12.0m、边墩现浇梁段长3.5m、合龙段2.0m，其余梁段长度不一。主梁除A0号、1号梁段、边墩现浇梁段采用支架法施工外，其余梁段均采用挂篮悬臂浇筑。该转体桥转体重量达11000t，与繁忙电气化铁路大秦铁路相交，采用在平行既有线一侧悬臂浇筑混凝土T形刚构，以94号墩为主墩，平行转体45°58′精确就位。此外，大令公跨京哈铁路特大桥（DK421+176.25～DK424+285.02）全长3108.77m，在张唐正线DK423+260处与既有京哈铁路相交，设计采用1×（64+64）m预应力混凝土T构箱梁单侧小角度转体施工上跨京哈铁路，转体角度54°55′00″。三、转体施工转动体系构成3.1转动支承系统转动支承系统是转体施工的关键部分，主要由上、下转盘以及钢制球铰和撑脚组成。下转盘作为支承转体结构全部重量的基础，采用C50混凝土浇筑而成，其顶面设置有下球铰、撑脚的环形滑道及转体拽拉千斤顶反力座等结构。球铰是转动体系的核心部件，分为上球铰和下球铰，张唐铁路转体桥中，上转盘钢球铰直径4100mm，下转盘钢球铰直径3800mm，厚度均为4cm。球铰的制造精度要求极高，例如球面光洁度、表面粗糙度、曲率半径、边缘高程差、精度以及各镶嵌四氟板块顶面的平整度等都有严格的误差范围规定。撑脚通常对称分布于上转盘纵轴线的两侧，如张唐铁路遵化跨大秦铁路特大桥上转盘下设有6组撑脚，在转体过程中起到保证结构平稳的保险作用。3.2转动牵引系统转动牵引系统由反力座、转台和液压千斤顶牵引系统组成。反力座为转体提供反作用力，保证牵引过程的稳定性。转台则是连接转动结构与牵引系统的关键部件。液压千斤顶牵引系统通过精确控制千斤顶的推力，为转体提供动力，实现桥梁的平稳转动。在实际施工中，需根据转体重量、转动角度以及球铰的摩擦系数等因素，合理设计和调试液压千斤顶牵引系统，确保转体施工的顺利进行。3.3防过转及微调系统为防止转体过程中出现过转现象，以及在转体接近设计位置时进行精确微调，需设置防过转及微调系统。该系统通常包括限位装置和微调千斤顶等部件。限位装置能够在转体达到预定角度前，限制转体结构的继续转动，避免过转造成的安全隐患和结构损坏。微调千斤顶则用于在转体接近设计位置时，通过微小的调整力，使转体结构精确就位，满足桥梁对接的高精度要求。四、转体桥主要施工技术要点4.1球铰和滑道安装工艺4.1.1球铰安装球铰安装是转体构造部分施工的重中之重，其安装精度直接影响转体的顺利进行和桥梁的最终质量。以下球铰安装为例，首先需精确安放球铰骨架。通过在承台钢筋上焊接预埋固定槽钢，利用定位调节螺栓将球铰骨架调平，要求骨架顶面的相对高差控制在5mm以内，骨架中心与球铰理论中心偏差不超过1mm，精确测量无误后焊接固定于预埋槽钢上。接着，用吊车将下球铰吊装到球铰骨架上，球铰的吊装移动需在水平面上进行，施工中主要使用千斤顶移动球铰，并及时调整球面位置和下球铰中心位置，保证中心销轴套管位置处于竖直状态，同时在水平方向上对球铰位置进行限位，防止在高差调整过程中发生位置偏移。调整球铰水平位置后，利用水准仪对球铰球面的周围标高进行测量和调整，控制球铰局部高差和对焦高差，确保高差符合设计要求。在混凝土浇筑前，在球铰底部预埋3-4根压浆管，待球铰定位混凝土终凝后，采用压浆法进一步密实球铰底部混凝土。转动钢销轴需在下球铰安装精度符合要求后进行锁定，在进行混凝土浇筑施工前必须精确定位球铰中心轴预埋套筒，并对预埋套筒进行固定，保证中心轴转动正常。中心销轴安装前，依照比例配置黄油聚四氟乙烯粉并混合均匀，放入套管后安装中心销轴，安装过程中确保中心销保持竖直状态。上球铰安装前，需在上球铰凸球面上涂抹黄油聚四氟乙烯粉，涂抹厚度要适宜，然后通过吊车将上球铰吊装至下球铰之上。4.1.2滑道安装滑道安装时，先搭建好支架，再吊入滑道骨架，最后铺设面板。利用球铰中心到骨架几何中心的半径来精确控制滑道骨架的水平位置，使用电子水准仪沿滑道四周在4块滑道上轮流测试高程，逐块固定焊接。完成初步安装后进行复测，若发现高程与设计高程偏差超过2mm，继续用调整螺栓微调，确保其高程与设计高程在2mm以内，才将滑道拼接缝焊接完毕。4.2撑脚下临时支撑装置设置在张唐铁路转体桥施工中，按设计在上部桥跨施工期间，需在撑脚走板下支垫20mm厚的钢板+聚四氟乙烯板组合，作为撑脚临时支撑。该临时支撑装置在施工期间起到保持结构稳定、辅助球铰受力的重要作用。在转体前，需抽掉垫板，并在滑道面内铺装3mm不锈钢板，为转体施工做好准备。在设置临时支撑装置时，要确保钢板和聚四氟乙烯板的组合安装牢固，位置准确，以有效发挥其临时支撑作用。同时，在转体前抽垫板和铺装不锈钢板的操作过程中，需严格按照施工规范进行，保证施工安全和滑道的平整度。4.3上转盘施工要点上转盘结构较为复杂，其内部不但有转体牵引索，还包括纵向预应力、竖向预应力和横向预应力。在施工过程中，要严格按照设计要求进行钢筋绑扎和预应力管道的布置，确保预应力体系的准确性。在混凝土浇筑时，要注意控制浇筑顺序和振捣质量，保证混凝土的密实度，避免出现蜂窝、麻面等质量缺陷。同时，要加强对上转盘施工过程中的应力监测，根据监测数据及时调整施工参数，确保上转盘在施工过程中的受力状态符合设计要求。由于上转盘在转体过程中受力状态呈现立体性、多向性，因此在施工完成后，还需对其进行全面的质量检查和验收，确保其具备良好的承载能力和稳定性，以满足转体施工的要求。4.4转体施工流程及控制以张唐铁路跨京哈铁路转体桥为例，转体施工前总体施工工序按照以下几个阶段进行：4.4.1施工准备阶段与各设备站段签订施工配合、安全监护协议，完成电缆改移等工作。在这个阶段，要充分做好与各方的沟通协调，确保施工过程中的配合顺畅，同时要保证电缆改移等工作的质量和安全性，避免对后续施工造成影响。4.4.2邻近营业线围护桩施工如京哈线北侧62#主墩既有线围护桩设计采用25根直径1.25m钻孔桩，桩间距1.5m，与承台边缘净距1.0m。施工时，1#-5#、21#-25#围护桩基采用反循环钻机施工，6#-20#围护桩基采用人工挖孔施工。围护桩施工按照与营业线的距离由近到远，同时跳桩施工的原则进行。在施工过程中，要严格控制钻孔桩的垂直度和桩身质量，确保围护桩能够有效起到防护作用。对于人工挖孔桩，要加强井下作业安全管理，保证施工人员的生命安全。4.4.3主墩桩基施工62号主墩桩基设计直径1.5m钻孔桩24根，桩长42m，配筋长度18m，桩基钢筋笼长度19.39m。主墩钻孔桩施工同样按照离既有线从近到远的顺序进行，先施工在京哈铁路路基坡脚的24#、20#桩，再施工其它桩基。根据现场地质情况以及与既有京哈铁路的位置关系，采用反循环钻机进行施工。为防止钻机发生倾覆对铁路行车安全造成影响，在确保钻机及吊车施工作业的停靠方向与京哈线走向垂直的同时，对钻机平台进行处理，钻机等大型设备就位前检测地基承载能力。在桩基施工过程中，要严格控制钢筋笼的下放深度和混凝土的浇筑质量，保证桩基的承载能力。4.4.4承台基坑开挖、施做及墩身施工转体承台作为转体施工基础，承载了结构的整体重量，施工中需要进行三次浇筑。在承台基坑开挖时，要注意边坡的稳定性，采取必要的支护措施。在承台施工过程中，要严格控制下转盘的施工质量，包括球铰、滑道等关键部件的安装精度。墩身施工时，要保证模板的安装精度和混凝土的浇筑质量，确保墩身的垂直度和外观质量。4.4.5邻近营业线T构箱梁施工采用挂篮悬臂浇筑法进行施工，在施工过程中，要严格按照挂篮施工规范进行操作，控制好悬臂浇筑的节段长度、混凝土浇筑质量和预应力张拉工艺。同时，要加强对T构箱梁施工过程中的线形监测和控制，根据监测数据及时调整施工参数，确保T构箱梁的线形符合设计要求。4.4.6桥面系施工在完成T构箱梁施工和转体后，进行桥面系施工。桥面系施工包括桥面铺装、栏杆安装、伸缩缝安装等工作。在施工过程中，要严格按照设计要求和施工规范进行操作，保证桥面系的施工质量，为桥梁的正常使用提供保障。4.4.7转体施工在完成上述施工工序，且各项准备工作就绪后，进行转体施工。转体施工过程中，要密切关注转体结构的转动情况，包括转动速度、转动角度等参数。通过液压千斤顶牵引系统精确控制转体的动力，确保转体过程平稳、匀速。同时，要加强对转体结构的应力监测和变形监测，一旦发现异常情况，立即停止转体施工，分析原因并采取相应的处理措施。当转体结构接近设计位置时，利用防过转及微调系统进行精确微调，使转体结构准确就位。五、转体桥施工监测与控制5.1施工监测与控制的主要目的施工监测与控制的主要目的在于确保张唐铁路转体桥在施工过程中的结构安全和施工质量，使桥梁的线形和内力状态符合设计要求。通过实时监测桥梁在施工各阶段的应力、变形、温度等参数，能够及时发现结构在施工过程中可能出现的异常情况，如应力集中、过大变形等，从而采取相应的措施进行调整和控制，避免结构出现安全事故。同时，通过对监测数据的分析和反馈，能够优化施工工艺和施工参数，保证桥梁在施工完成后具备良好的使用性能和耐久性。5.2施工监测与控制的主要方法5.2.1应力监测在桥梁关键部位，如T构箱梁的梁体、桥墩等位置埋设应力传感器，如电阻应变片、振弦式应变计等。通过数据采集系统实时采集应力传感器的数据，分析结构在施工过程中的应力分布和变化情况。在转体施工过程中，尤其要关注球铰、撑脚、上转盘等关键部位的应力变化，确保其应力值在设计允许范围内。5.2.2变形监测采用全站仪、水准仪等测量仪器对桥梁的线形进行监测。在桥梁的关键截面，如T构箱梁的悬臂端、跨中、桥墩顶部等位置设置观测点。定期测量观测点的三维坐标，计算出桥梁在施工过程中的变形情况，包括竖向挠度、水平位移等。在转体施工前，要对桥梁的初始线形进行精确测量，作为转体施工过程中变形监测的基准。在转体过程中，实时监测转体结构的转动角度和位移情况，确保转体施工的准确性。5.2.3温度监测在桥梁结构内布置温度传感器，如热电偶、热敏电阻等。实时监测结构内部的温度场分布和变化情况。由于温度变化会引起桥梁结构的热胀冷缩，从而对结构的应力和变形产生影响。通过温度监测，能够了解温度变化对桥梁结构的作用规律，在进行应力和变形分析时，考虑温度效应的影响，提高监测和控制的准确性。5.3施工监测与控制的主要影响因素5.3.1混凝土的收缩徐变混凝土在硬化过程中会发生收缩，在长期荷载作用下会产生徐变。混凝土的收缩徐变会导致桥梁结构的变形随时间不断发展，影响桥梁的线形和内力状态。在施工监测与控制过程中，要考虑混凝土收缩徐变的影响，通过采用合适的混凝土配合比、加强混凝土的养护等措施，尽量减小混凝土收缩徐变对桥梁结构的不利影响。同时，在进行结构分析和施工参数调整时，要考虑混凝土收缩徐变的长期效应。5.3.2施工荷载的不确定性在桥梁施工过程中，施工荷载如挂篮重量、材料堆放重量、施工人员和设备重量等存在一定的不确定性。这些不确定的施工荷载可能会导致桥梁结构的实际受力状态与设计计算时的受力状态存在差异。因此，在施工过程中，要尽量准确地估计施工荷载，并对施工荷载进行严格控制，避免因施工荷载过大或分布不均而对桥梁结构造成不利影响。在进行施工监测与控制时，也要考虑施工荷载不确定性对结构应力和变形的影响，通过实时监测和数据分析，及时调整施工参数，确保结构安全。5.3.3测量误差在施工监测过程中，测量仪器的精度、测量人员的操作水平以及测量环境等因素都可能导致测量误差的产生。测量误差会影响监测数据的准确性，从而影响对桥梁结构状态的判断和施工控制的效果。为减小测量误差，要选用精度高、性能稳定的测量仪器，并定期对测量仪器进行校准和维护。同时，要加强测量人员的培训，提高测量人员的操作水平，规范测量操作流程。在测量过程中，要尽量选择合适的测量环境，避免在恶劣天气条件下进行测