北京西六环预应力混凝土斜拉桥转体施工

【摘 要】结合北京市六环路公路工程跨丰沙铁路分离式立交桥主桥―预应力混凝土斜拉桥的转体施工，介绍了牵引力计算、球铰制造要求、施工控制措施及安全防护措施等，指出转体球铰的加工及安装精度是保证转体成功的基础。

【关键词】转体施工；斜拉桥；球铰；施工控制

转体施工作为一种施工方法，因其独特的优越性，广泛应用在拱桥、梁桥、斜拉桥、斜腿刚架桥等不同桥型上部结构的施工中。采用转体施工法建造大跨径桥梁，可节省昂贵的搭设支架费用、安装工序，把高空作业和水上作业简化成岸边的陆上作业，同时施工安全、质量可取，在通航河道或车辆频繁的跨线立交桥施工中可不干扰交通、不间断通航，减少环境损害、减少施工费用和机具设备，因此具有良好的社会与经济效益。国内学者基于工程实践，对转体施工进行了一定的研究。

周庠天，刘万伟，杨振江等介绍了北京五环跨石景山南站斜拉桥转体施工施工方案及工艺要点[1-3]。

孙全胜，赫吉峰等针对绥芬河斜拉桥转体施工，探讨了温度效应影响，进行了转体施工与其它施工方法的经济效益分析[4-5]。

1、工程概况

丰沙铁路分离式立交斜拉桥位于北京市六环路公路工程良乡至寨口段六环路与丰沙铁路相交处，上跨丰沙铁路，与丰沙铁路相交角度约40°，铁路路堤斜交宽度约75m。由于铁路路堤较陡，为保证铁路路基的稳定和列车的正常运营，确定采用斜拉桥主桥平衡水平转体施工。

该桥跨径组合为56m+100m+70m+37m，为四跨连续子母塔单索面预应力混凝土部分斜拉桥，其中100m跨为跨铁路部分，如图1所示。

2、转体施工工艺

2.1 转体结构组成

本桥转体球铰位于3#墩顶，转动体系包括182m长现浇主梁、塔柱、上盘牵转台、牵引系统；转体重量约15000t，整体平转角度40°，转体部分主梁布置及转盘立面图如图2所示。

转体：是靠牵引上转盘上预埋的2束19-7φ5钢绞线来实现的，钢绞线束缠绕在上转盘周边，自由端穿入牵引反力座预留槽口，采用连续张拉千斤顶牵引。启动阶段，在上转盘撑脚与千斤顶反力座之间设4～6组千斤顶助推。

平转牵引索：采用2组19-7φ5钢绞线，牵引索固定端用P锚锚于上转盘内，锚固长度不少于4m，在索道上环绕3/4周后沿切线进入牵引反力座。

牵引动力：采用2台QDCL2000型连续张拉千斤顶，配备ZLDB液压泵站，连续、自动、同步牵引钢铰线索。设计计算启动牵引力为141.6t，每束牵引索转动牵引力为70.8t，施工中启动时总的水平牵引能力达300t，满足牵引需要。

2.2 球铰制造要求

转盘球铰各零件的外形尺寸及公差使用钢直尺、卷尺测量，应符合设计图纸的要求。转盘球铰各零件的组焊应严格按焊接工艺要求操作，并采取措施控制焊接变形，焊缝应光滑平整，无裂缝、咬边、气孔、夹渣等缺陷。上下球铰制造成型后，应进行验收检查，其验收标准为：

（1）上、下球铰的球面板压制成型后，各处的曲率半径要相等，其误差在±2mm以内；

（2）上、下球铰球面的水平截面应为圆形，椭圆度不大于1.5mm；

（3）上、下球铰的工作球面需进行机加工，加工后的表面粗糙度不大于3；

（4）球铰边缘各点高程要相等，其误差不大于1mm，球铰边缘不得有翘曲变形；

（5）组焊后，上下球铰的中心轴应与转动轴重合；

（6）与上、下球铰焊接的定位轴套管中心轴应与转动轴重合，其误差不大于1mm，且钢管中心轴与球面截面圆平面保持垂直，其倾斜度不大于3‰；

（7）球铰在制造厂内组装好并连接牢固，要使用定型支架运输，以防变形。

2.3 转体结构牵引力、安全系数及时间计算

（1）牵引力计算

转体总重量W=150000KN，其磨擦力计算公式： F=W×μ，启动时静磨擦系数按μ=0.1，静磨擦力F= W×μ=15000KN；转动过程中的动磨擦系数μ=0.06，则动磨擦力F= W×μ=9000KN。

转体按拉力计算T=2/3×（R×W×μ）/D，其中：R为球铰平面半径，R=190cm， W=150000KN，D为转台直径D=1060cm，μ静=0.1 ，μ动=0.06，则启动所需最大牵引力T=2/3×（R×W×μ静）/D=1792.5KN

（2）安全系数计算

牵引钢绞线的安全系数：19根/台×260KN/根/1792.5KN=2.76，牵引钢绞线的容许牵引力满足要求。

（3）转体时间计算

千斤顶的牵引速度 V=（L/S）×60，其中：L为泵头每分钟的流量，S为张拉活塞面积，则通过计算V=3.84 m/h；整个转体所用时间T=LS /V，LS 为转盘所走的弧线长度 LS =（10.6×3.14）/360×40=3.700m，通过计算转体理论时间 T=3.700/3.84=0.964 h ≈58 min，转体前准备时间10min，手动调位时间30min，精确定位时间20min，预计转体时间合计为2h。

3、转体施工方案

将转体扭矩分成两部分，一部分是按动摩擦系数计算所需的扭矩，采用上转盘预埋的2×19-7φ5钢铰线牵引克服。第二部分是转体起动阶段按静摩擦力计算所产生的扭矩，扣除上转盘预埋钢束牵引力产生的扭矩的剩余部分扭矩，靠在滑道处钢管砼撑脚内外侧的千斤顶反力座向撑脚施加压力克服。

转体施工时，先对牵引钢束施加拉力收紧，然后对钢管撑脚按100KN逐级加载直至结构开始启动为止，起动后对钢管砼撑脚的顶推力自动失效，全部靠钢束牵引结构转动。转动应连续，并全程跟踪观测线型与应力，控制最大线速度，并精确合拢、制动、微调定位，具体施工方案与工序见工艺流程图如图3所示：

3.1 质量控制标准

（1）严格掌握结构的尺寸和重量，其尺寸允许偏差为±5mm，重量偏差不得超过±2%，桥体轴线平面允许偏差为预制长度的1/5000，轴线立面允许偏差为±10mm。

（2）环道转盘应平整，球面转盘应圆顺，其允许偏差为±1mm；环道基座应水平。3m长度内平整度不大于±1mm，环道径向对称点高差不大于环道直径的1/5000。

（3）进行平转时，应对全桥各部位包括转盘、转轴、风缆、电力线路、梁体下的障碍等进行测量、检查，符合要求后，方可正式平转。下滑盘采用四氟板做滑板支垫，应密切注意四氟板接头和滑动支垫情况。

（4）旋转到距设计位置约5°时，应放慢转速，距设计位置相差1°时，可停止外力牵引转动，借助惯性就位。

（5）下滑道应利用劲性骨架定位螺栓作精确调平，要求每3m弧长范围滑道顶面高差不大于1mm。

（6）转体角速度控制：转体角速度W≤0.02rad/min；主梁端部水平线速度V≤1. 2m/min；以确保转体过程平衡、安全。

（7）转体动力系统应具有自动控制和手动控制两种功能，当主梁端部即将到达设计位置前100cm时，采用点动操作，并与测量人员密切配合，获取点动操作时最大弧长转体数据。

（8）转体时风力应小于4级。

3.2 安全质量保证措施

3.2.1 防倾保险措施

（1）防倾保险体系是转体施工方法中的重要保证措施，根据设计，转体的全部重量由球铰承担，但转体结构受外界条件或施工的影响易出现倾斜。因此，宜设置内环保险撑腿和用于调整倾斜的千斤顶。

（2）利用上转盘上环形布置的撑脚作为内环保险腿，与下滑道间预留3～5mm间隙，在转体荷载作用下，沿滑道转动时应留有间隙，便于确定荷载状态和转体姿态的调整。滑道上清理干净，涂抹黄油四氟粉，便于撑脚滑移。沿滑道外测布置4台YDC4500型千斤顶，便于转体施工过程中，调整转体倾斜姿态。

（3）转体结构重心应符合设计要求，若转体重心位置有偏差，可通过梁上堆载调整。

3.2.2 限位控制措施

（1）限位控制体系包括转体限位和微调装置，主要作用为转体结构转动到位出现偏差后需要对转体进行限位和调整使用。

（2）横桥向倾斜限位与微调：在上转盘上、下滑道外侧距桥中线5m位置对称布设四台YDC4500型千斤顶，一侧起顶，另一侧预留限位，起顶限位值根据实测确定。调整完毕，用型钢将上下转盘之间抄死，撑脚与滑道间抄死。

（3）水平偏转限位和微调：利用下转盘上敷设的12对千斤顶反力座作为支点，用两台YDC2500型及4台YDC4500型千斤顶，顶推上转盘下撑脚，调整转体轴线偏位。调整到位后设置限位梁，将撑脚与千斤顶反力座之间撑死。

4、结束语

通过六环路跨丰沙铁路分离式立交斜拉桥的转体施工工程实践，我们可以得出：

（1）转体施工在跨线路施工时，不干扰交通、减少施工费用，具有良好的社会与经济效益。

（2）转体球铰的加工及安装精度是保证转体成功的基础；

（3）周密完善的转体实施过程组织是确保转体施工顺利实施的关键一环。

参考文献：

[1]周庠天，孙毅峰，向宝城，肖红文.北京石景山混凝土斜拉桥转体施工[J].预应力技术，2004，1：19-23.

[2]刘万伟，段立波.北京石景山南站斜拉桥转体施工[J].公路交通技术，2005，1：70-71.

[3]杨振江，巩天才.石景山南站跨越铁路高架斜拉桥转体施工技术[J].铁道建筑技术，2004，3：32-35.

[4]孙全胜，傅科奇.绥芬河斜拉桥转体施工温度影响分析[J].公路交通科技，2006，10： 55-59.

[5]赫吉峰，刘立春. 绥芬河斜拉桥转体施工经济效益对比分析[J].黑龙江交通科技，2007，11：60-61.