承式钢管拱肋公路跨铁路桥双向转体施工工法

下承式钢管拱肋公路跨铁路桥双向转体施工工法中铁七局集团有限公司刘林山张群胜刘宝贵杜翔斌工法编号:YJGF26-96（2005-2006年度升级版）1.前言拱桥转体施工技术作为桥梁施工方法之一，在特殊的桥位上与其他施工方法相比，具有明显的优越性和竞争力。我国自1977年在四川首次应用转体法施工净跨70m箱型拱桥以来，转体技术不断完善和发展，转体方式越来越多，应用越来越广。但以往各种桥梁转体都是采用竖转或平转单一的转体方式，且跨越的障碍多为河流、峡谷等，在安阳文峰路立交桥施工中，运用先竖转后平转的双向转体施工技术，不但顺利就位合拢，而且在繁忙的京广铁路干线上作业不中断行车，在安全、质量及效益等方面取得了突出的综合效益。2.工法特点2.0.1采用竖转，将主拱肋放低到地面最低位置拼装施工，可节约大量的脚手架支撑，大型吊装设备，而且还避免过高的高空作业，既安全又保证质量。2.0.2采用平转，可大幅度减少对桥下铁路运输作业的干扰。可不中断行车，对运输繁忙的铁路干线尤为重要。2.0.3采用高强钢绞线液压千斤顶竖转提升系统和力偶式千斤顶张拉平转系统，较钢丝绳卷扬机系统，不但技术上先进，而且还安全可靠，运行平稳，节约专用设备投资。2.0.4平转时采用小环道钢筋混凝土支墩保险，大环道四个牛腿支撑保险和用压力传感器监控平衡重精确整等三重保险措施，行之有效，确保平转安全可靠。3.运用范围3.0.1适合跨越铁路、公路、山谷、河流等大跨度拱桥施工。3.0.2适合平原地区建筑高度高、场地狭窄、缺少大型装吊机具、设备和支撑材料的工地。4.工艺原理4.0.1竖转：将拱肋分为两半跨在铁路两边分别就地拼装。在拱脚与墩身联结处设临时竖转铰；在墩顶设临时塔架、墩后设平衡梁并配置及平衡重；在塔架顶设扣索，张拉系统并用钢铰线作扣锁联接拱肋（见图4.1.1）。用液压千斤顶以张拉方式作动力牵拉扣索，将趴在地平面拼装好的拱肋拉起竖转到以拱脚为轴心旋转抬拉到拱肋设计高度。原理：当拱肋在竖向范围内旋转时，根据平衡性由拱肋自重G计算出F1、F2，从而得到平衡配重。G平衡≥=G（0＜α＜90°，β为固定值）在旋转过程中，α逐渐减小，当到达预定高度时α最小，则G平衡为最大，因此，将在地平面拼装好的拱肋以拱脚为轴，旋转抬拉到拱肋设计高度时，选取平衡重大于计算出的最大G平衡即可。图4.1.1塔架顶扣索张拉系统设置图4.0.2平转：在承台与墩身之间设置水平转盘（见图4.1.2-1）。水平转盘一般为C50钢筋混凝土球缺面铰，并在球铰下盘心设一钢轴。上下盘充分磨合并加润滑剂。采用力偶式千斤顶张拉系统将墩身连同竖转体系组成（部分平衡重已卸去）同时平转。两岸半跨拱肋合拢对接（见图4.1.2-2）。图4.1.2-1水平转盘设置图原理：在平转过程中，根据杠杆原理保证配重和拱肋自重平衡。图4.1.2-2两侧半跨拱肋合拢对接5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程5.1.1总体施工流程(见图5.1.1)5.1.2平、竖转施工流程(见图5.1.2)5.2工艺操作要点5.2.1水平转盘制作1、水平转盘为钢筋混凝土球缺面铰。承台施工完毕后，先在其上制作下转盘，下盘球面利用刮板成型。制作时要保证球面位置的准确和球面形状的一致，并用水砂轮将球面磨光。2、以下球面为底模，盖上塑料膜，立侧模浇上盘。3、待上盘混凝土到一定强度后，吊起上盘，取掉塑料膜，再将上盘盖上，转动上盘，进行磨合。4、当球绞上下盘研磨光滑并完全密贴后，吊起上盘，将球面清理干净，涂上专用润滑剂，盖好上盘并临时固定后进行墩身施工。图5.1.1总体施工流程图图5.1.2平、竖转施工流程图5、专用润滑剂由四氟粉与黄油按一定比例混合而成。5.2.2保险栓及牛腿的安装1为增加转动体系抗倾覆的能力，在墩身底部设置4个钢筋混凝土保险栓，在墩身两侧设四个钢制牛腿，并在保险柱、牛腿下面各设相应水平环道（见图5.2.2）。图5.2.2牛腿和保险柱2竖转时保险柱、牛腿与水平环道间隙垫死并固牢；平转时保险柱与环道间隙8mm，并用聚四氟乙烯板填塞，牛腿末端设置液压千斤顶与环道保持一定间隙，并随时监视其变化。5.2.3竖转铰安装拱肋竖转铰为钢销轴铰，是拱肋竖转时关键部位之一，除要求其足够的强度、刚度外，在安装中应特别注意以下几点。1竖转铰座标位置要准确，要保证竖转到位后，拱肋各点坐标位置与设计位置相符合。2两各轴的同心度要好，同一竖转铰的每根销轴应位于同一轴线上，以防止竖转过程中产生过大的局部应力。3竖转铰轴线必须水平，并且与拱肋轴线垂直，以保证拱肋沿垂线平面竖转和拱肋两侧主弦管水平，以便合拢。5.2.4拱肋竖转1在塔顶设置摆动式顶镐作业平台。因拱肋竖转时，扣索倾斜角不断变化，顶镐作业台也随之摆动，与受力方向一致。2扣索选用直径15.2钢铰线束，锚具选用XYM工具无顶压锚具。穿好扣索后，先逐级张拉调整各钢铰线的预拉力，使其拉力均匀。3为使拱肋两侧同步竖转，将两侧张拉千斤顶油管路并联，并采用随时量取千斤顶行程，在钢铰线贴应变片测量应力，在钢铰线做长度标记，量取长度变化情况和随时用水平仪测量两拱肋相对高差。拱肋头端相对高差控制在±5cm。5.2.5平衡重调整1在竖转完成后，为保证水平转体顺利，必须调整平衡重。调整平衡重以实测为准，误差控制在万分之一以内。过程中，随拱肋不断升高，其重心不断移近墩身，从而为维持整体平衡所需的平衡重，也应相对应调减。为了简化操作，采用了竖转过程不进行平衡重调整，待竖转到位后平转开始之前再统一调整的方法。2调减配重除以计算数据为依据外，还在墩身牛腿及平衡梁下各设一台压力传感器，根据传感器压力值计算出应调减的配重值。3调减配重采取分批调减，少减多调的原则，严禁超减。减载至各压力传感器压力为零，系统平衡为准。为保险起见，调整时设限位架。5.2.6平转及对接合拢1平转采用力偶式千斤顶张拉钢铰线平转系统。即在上盘墩身底部缠绕钢铰线，利用千斤顶张拉钢铰线使体系转动（见图5.2.6）。图5.2.6力偶式平转系统2平转时要密切注意转动体系倾斜、摆动等异常情况；平转快到位时应放慢，防止平转过位。3平转完毕，两拱肋对位准确后，应立即进行接头合拢焊接，竖转铰加固，用混凝土封固上转盘等项工作。5.2.7系杆张拉对于系杆拱桥利用系杆张力平衡部分拱肋对桥墩侧推力，所以在吊装横梁，灌注钢管砼和桥面系施工逐步增大拱肋对桥墩侧推力同时，应相应逐次张拉系杆，减少整个桥体对桥墩侧推力。5.3劳力组织（按文峰立交桥施工规模，两侧转体分别进行）编号作业内容人数（人）1施工技术22测量控制43油泵操作44千斤顶操作55锚具操作46吊装作业107钳工、电工68安全防护49安全、质量检查110总指挥1计41人6.材料与设备（按文峰立交桥规模）序号名称规格单位数量备注1拆装式桁梁32m孔92钢构件加工t1853工字钢Ⅰ100片6Ⅰ=16m4工字钢Ⅰ63Cm4805钢铰线15.2t6.16锚具XYM15-12套407锚具XYM15-4套128公路空心板梁Ⅰ=20m片169千斤顶YD320行程1.2m台1210千斤顶YCD-23台311千斤顶YD320行程250台1312吊车20-25t台213吊车40t台114油泵40~50MPa台67.施工质量控制7.0.1建立完善的质量保证体系，各过程均有专职质检人员检查验收，前一过程不合格不得转入下一过程施工。7.0.2转体施工应满足《公路桥涵施工技术规范》和《公路工程质量检验评定标准》的规定和要求，对规范中没有规定的特殊项目和内容，在转体施工作业细则中要有专项规定。7.0.3坚持“三服从、五不施工、一个坚持”制度，即“进度服从计划，进度服从安全、质量，质量否决服从监理”；“施工准备不做充分不施工，试验未达到标准不施工，施工和质量保证措施未确定不施工，设计图纸没有审核方案、未进行优化不施工，现场没有进行技术交底及特殊工序没有《作业指导》不施工”；“坚持工程质量未达标坚决进行返工”。7.0.4对工程实施全过程的质量控制，要突出质量的事前控制，重点强调质量的过程控制，做好工程质量的事后控制。7.0.5按照施工方案，对材料、机具、设备、施工工艺、操作人员等影响因素进行控制，以保证总体质量处于稳定状态。7.0.6做好施工工艺质量控制，对全体施工人员进行“施工工艺技术标准”的交底，对关键环节的质量、工序、材料进行验证，使施工工艺的质量控制符合标准化、规范化、制度化的要求。7.0.7加强施工工序的质量控制，实行总工程师负责制，专业工程师、技术员和质检工程师层层把关，对影响施工质量的五大因素（人、材料、机具、方法、环境）进行控制，使工序质量数据波动处于允许的范围内。通过工序检验等方式，对工序质量进行评定；在产生偏离标准的情况下，分析产生的原因，并及时采取措施，使之处于允许误差范围内。7.0.8定期对全体施工人员进行规程、规范、工序、工艺、标准、计量、检验等基础知识的培训，开展质量管理和质量意识教育。7.0.9实行班组保证本工序、监督前工序、服务后工序的自检、互检、交接检和专业性的“中间定期”质量检查，保证不合格工序不转入下道工序。出现不合格工序时，做到“三不放过”（原因不清不放过、责任不明不放过、措施未落实不放过），并采取必要的措施，防止再次发生。7.0.10制订施工作业细则和工艺操作要点，并在作业前对现场作业人员培训，使每个操作人员都能熟练掌握、正确操作。7.0.11严把进料关，杜绝不合格品进入工地。7.0.12加强测量控制，确保孔跨尺寸和拱肋拼装结构尺寸的精度，以保证拱肋正确对接合拢。8.安全措施8.0.1建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业过程中的安全检查，确保作业标准化、规范化。8.0.2制订适应该工程特点的施工安全措施和注意事项，并在施工过程中认真执行。8.0.3高空作业区设置安全防护网和防护围栏，高空作业人员必须配带安全防护用品。8.0.4加强施工机具设备管理和施工用电管理，防止机械事故和触电事故。8.0.5加强铁路安全防护，防止机具材料侵入铁路限界及铁路上空作业坠物砸坏过往列车。在铁路两侧设防护栏杆，防止人员随意穿越铁路。8.0.6对铁路安全威胁大的施工过程，派专人与车站值班人员联系，随时掌握列车动态，并加强现场安全防护。9.环保措施9.0.1严格遵守国家有关环境保护的法律、法规和规章，按照和国家及地方有关环境保护的有关规定，对环境保护工作做全面，综合治理。9.0.2及时与环境保护管理机构取得联系，遵守有关控制环境污染的法规，从组织管理、防止和减轻水、气污染、施工噪音及震动控制、水土保持、粉尘控制等多方面采取一切合理措施，将施工现场周围环境的污染降至最小程度，搞好污水处理，防止污染水质，做好水土保持。9.0.3制定下发环保细则，对职工进行环保教育，采取有效措施保护自然环境。废弃物和垃圾弃到指定地点；疏通排水系统，防止水土流失；9.0.4定期清理工程废弃物及工程材料运输过程中的防散落与沿途污染措施，废水除按环境卫生指标进行处理达标外，并按当地环保要求的指定地点排放。9.0.5对施工场地及进场道路进行硬化，并在晴天经常对其进行洒水，防止尘土飞扬，污染周围环境。9.0.6完工后及时清理施工场地，做到“工完料净”，不给周围环境遗留工程垃圾。对于偿还用地，待工程完工后，覆盖熟土，恢复耕作条件。10.经济效益分析10.0.1该桥主跨拱肋最高达37m，如要不采用就地搭架支撑，则需架高40m宽20m脚手架两座，租用75t吊车四台，仅此两项费用计60万元。采用竖转方案，费用仅30万元，节省50%。10.0.2采用平转，可避免或减少空中作业对桥下作业的干扰。对于繁忙的铁路干线，可不中断行车，效益更明显。例如，按常规施工，需要点220次，采用平转后，只在22个横梁吊装时要点22次，节约要点近200次。10.0.3如果采用卷扬机钢丝绳转体方案，需购置15t大型卷扬机4台，直径40钢丝绳8000m，此两项就需资金50万，这些机具材料通用度小，而且钢丝绳过长弹性大，不稳定。采用顶镐钢铰线转体方案，顶镐只需少量添置，钢铰线亦可重复使用，资金只用不到10万元。11.工程实例安阳文峰立交桥位于安阳火车站南咽喉，横跨京广上行正线和站线14条线路。主跨138m，高39m，结构为下承式钢管混凝土系杆拱桥，主拱肋由4根直径720mm钢管组焊成正梯形，腹管直径300mm。由于该桥位于运输繁忙的京广铁路干线上，为减少主桥施工对运输的影响，采用将主桥分成两个半跨。分别在线路两侧拼装，然后采用平转，使其在空中对接合拢的施工技术。此外，由于主拱肋距地面最大高度达37m，若采用满堂支架正位拼装方案。一则需大量支撑脚手，特大型吊装设备，二则不安全，故采用将拱架放低到地平面制作，然后竖转将其抬高到正位。该桥单侧平转总重2719t，平转角度78°，单侧拱肋竖转总重346.4t，转角26°7′50″，端点升高高度31.9m。由于数据计算准确，施工方法科学可靠，实施操作严格标准，协调配合严密得当，该工程采用竖平转结合的双向转体法施工得以顺利进行。与此同时，在竖转铰的制作安装，平衡重体系的计算和转换，平转转盘的制作、研磨和减磨剂配置以及平转竖转动力张拉体系等方面形成具有自己特点的施工技术。（注：本资料素材和资料部分来自网络，供参考。请预览后才下载，期待你的好评与关注！）tgβtgαβαF2F1G平衡G拱肋施工准备基础承台施工制作水平转盘墩身施工拱肋拼装安装平衡重安装塔架安装竖转铰提升系统试验竖转调整平衡体系平转安装吊杆及横梁灌注钢管混凝土做桥面系安装系杆、逐次张拉竣工下转盘灌注养生15天作隔离剂作上盘铰吊装上盘隔离剂进行研磨封盘作墩身养生15天拱肋现场组焊塔架拼装、平衡重支架焊接扣索节点，安装竖转张拉设备安装平转设备平转、先东后西合拢焊接加平衡重先西后东