岩溶区大跨大吨位T型刚构桥转体法成桥关键技术综述.docx

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1、 岩溶区大跨大吨位T型刚构桥转体法成桥关键技术综述 XX公司 年 月6 1 工作报告新建余家湾上行特大桥是武汉至黄石城际客运专线的重要组成部分（该专线起自武昌（汉）站，终于黄石大冶北站，全长97公里，设计时速200公里，建成后，武汉至黄石直达时间26分钟），其跨越京广线的2115.8m预应力混凝土T型刚构梁与营业线夹角28，跨越京广线上、下行线各3股道，采用平转法施工。桥梁转体全长231.6m，总重量14500t，转体角度26，为目前国内跨度和吨位均最大的T型刚构转体梁，其单墩一次转体跨越多股道既有线的转体施工在我国桥梁建设中也尚属首次。同时，工程位于临近既有线的岩溶严重发育不良地区，安全风险

2、大、技术难度高，被列为武黄城际铁路的头号控制性工程。该桥建设面临着一系列难点，如在既有线中间复杂岩溶等地质条件下进行桩基施工作业，邻近既有线深基坑承台施工及既有线安全防护，复杂地质条件下大跨度大吨位预应力混凝土T型箱梁支架法分段现浇施工，T构转体施工与多次体系转换、线形控制等。鉴于此，中铁十一局集团有限公司和中铁十一局集团第三工程有限公司在总结国内外同类桥梁施工技术的基础上，针对武黄城际铁路余家湾上行特大桥跨京广线铁路转体桥的实际情况提出“跨客专大悬臂T构空间非对称转体与防护施工技术研究（编号11-10C）”课题。上述研究成果和工程实践丰富了桥梁转体技术，为跨越既有线的转体桥施工及质量控制提供

3、了参考依据和技术支持，对推广转体施工技术在类似地区的应用，具有重要的现实意义与理论价值。1.1 工程概况余家湾上行特大桥位于湖北省武汉市洪山区余家湾车站附近，为整个武黄城际铁路工程的关键性节点，中心里程WSDK1+204.300，全长1680.065m。余家湾上行特大桥20号墩22号墩上跨京广既有线，与既有线夹角为28，采用2115.8m T型刚构梁一次跨越京广上、下行线，其中20号墩（里程WSDK1+026.25）-21号墩（里程WSDK1+142.155）墩跨越京广上行线（里程K1214+813-K1214+917）；21号墩（里程WSDK1+142.155）-22号墩（里程WSDK1+2

4、58.06）墩跨越京广下行线，（里程K1214+917- K1215+004）。2115.8m T型刚构梁设计为转体结构，全长231.6m，在京广线上、下行之间的夹心地带采用现浇支架法完成T型刚构梁，然后转体，完成全桥的连接，转体角度26、转体总重量达14500t。桥梁的结构形式：1、桩基：采用82.5m+22.0m钻孔桩基础，长度50.065.0m。2、承台：承台纵向尺寸为15.2-17.65m，横向尺寸为15.2-17.65m，高7.9m，呈不规则七边形，承台分为上转盘、下转盘两部分、中间设置球铰。3、墩身采用矩形空心墩，墩高5m，墩身纵向长8m，横向宽7.4m，纵向壁厚1.8m，横向1.

5、9m，墩顶及墩底设梗胁过渡。4、主梁为单线预应力混凝土T型刚构箱梁，主梁跨中部分为曲线梁，在231.6m的1/2长度内共分5个梁段及3个合拢段，其中第一梁段长26m，第二梁段长21m，湿接缝C长3m，第三梁段长21m，湿接缝B长3m，第四梁段长21m，湿接缝A长3m，第五梁段长30.8m。21号主墩桩基础为82.5m+22.0m桩基，承台基础采用转盘设计，承台高7.9m（上下两层分别为3.4m和4.5m）；主墩上承台：顺桥向横桥向厚度为13.0m13.0m2.5m。上下承台中间有0.9m高的平转空间，设上下转盘，上下转盘均采用C55混凝土，上、下转盘球铰周围采用C55混凝土，转动结束后封铰混凝

6、土采用C55微膨胀混凝土。20号辅墩墩高10.5米，距京广上行线7.3米；22号辅墩墩高11.5米，距京广下行线6.9米。T构梁底距京广上行线轨顶最低高度为9.0米，距京广下行线轨顶最低高度为10.0米。1.2主要问题余家湾上行特大桥231.6m长单线预应力混凝土T型刚构梁跨越多股道既有线单墩一次转体施工在我国桥梁建设中尚属首次，缺乏针对性的既有经验可供借鉴。该工程需要解决如下八项问题：既有线中间复杂岩溶地质条件下进行桩基施工；既有线边深基坑承台施工及既有线安全防护，大跨度大吨位预应力混凝土T型箱梁转体控制，复杂地质条件下大跨大吨位T型箱梁支架结合施工，大跨大吨位T型箱梁分段现浇湿接缝段连接施

7、工控制、大跨大吨位T型箱梁支架拆除及落梁，转体施工中的多次体系转换和线形控制，以及邻近铁路既有线安全施工综合管理。1.3 国内外研究现状国外首座应用转体施工的桥梁是意大利的多姆斯河桥，为竖转法施工，跨径达70m。采用此方法修建的跨径最大的桥梁是德国的阿根托贝尔（Argentobel）桥，其跨径为150m。该方法在国外桥梁修建中应用较为广泛，它一般利用桥台结构竖向组拼或现浇拱肋脚手架，最终将拱肋由上而下旋转至设计位置。我国的竖转法多应用于山涧或者季节性河流，一般是搭设简单的支架将拱肋进行拼装或者现浇，最终由下而上将桥体旋转至设计标高。竖转法多应用于钢筋混凝土拱肋桥中，随着跨径的增大，拱肋过长、搭

8、架过高、转动也变的相对困难，因而竖转法多应用于跨径较小的桥梁中。平转法于1976年首次在奥地利维也纳的多瑙河桥上应用，该桥为斜拉桥，跨径布置为55.7m+119m+55.7m，转体重量达4000t。此后平转法在法国、德国、日本、中国等国家得到大量应用。迄今为止，转体重量最大的是比利时的本艾因桥，该桥为斜拉桥，跨径布置为342m+168m，转体重量达1.95万吨，于1991年建成。我国1975年完成了第一座转体施工桥的建设，其结构形式是拱桥，极具中国特色，采用竖转施工方法。1997年四川省遂宁县的钢筋混凝土拱肋转体施工试验桥作为全国首次采用平转法成功建成，转体结构重量为1200t。1993年，郑

9、州铁路局修建一座跨越铁路编组站的拱桥，为了不干扰交通的正常进行，采用了平转与竖转相结合的施工工艺，最终建成了跨径为150m的安阳钢管混凝土桥。1999年，为了不影响珠江口通航，广州丫髻沙大桥采用竖转与平转相结合的转体施工工艺，建成跨径达344m钢管混凝土中承式系杆拱，转体质量达13685t。此后转体施工技术在我国得到了大量的应用，并成功实施了上百座桥梁，施工的吨位也从最初的千吨上升到万吨位。转体法为T型刚构平转的代表有：如下表1.3-1所示:表1.3-1 部分已建T型刚构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

10、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桥的施工工艺复杂，施工工序较多，随着施工阶段的不断进行，转体桥的结构形式、边界条件、荷载传递方式以及混凝土材料特性都在发生变化，施工过程中施工荷载可能比应用荷载更为不利，这个过程中施工荷载和外界条件（风荷载等）可能导致转体结构倒塌或者破坏。目前对转体施工桥的研究主要集中于施工工艺的改进、转盘及定位销钉的应力分析和特殊荷载（风荷载）下球铰应力的分析较少。中铁桥梁工程设计研究院徐升桥结合了转盘三向预应

11、力钢筋的影响，对石景山斜拉桥转盘进行了应力分析。华南理工大学交通学院颜全胜对丫髻沙大桥的平转和竖转阶段进行计算并对其控制截面进行应力分析；中铁十八局钟启斌结合数学积分方法对转体施工的转体牵引力作了细致计算。平转施工过程中，一般转速较小以保持转体过程平稳，无突发事件前提下，转体结构控制截面的受力相对较小，因而对转动球铰关键部位的受力分析鲜有文献提及。桥梁的稳定问题与强度问题同等重要，最初的桥梁设计没有注重桥梁稳定性分析，出现了多起稳定问题造成的桥梁倒塌事故。比如，1970年澳大利亚墨尔本附近的西门桥在架设合拢钢箱时，上翼板在跨中失稳导致120m长的主梁整跨倒塌。T型悬臂梁，在转体施工前依靠单点支

12、撑，施工前及施工过程中极易发生倾覆等问题。之前的实际工程中多采用避开大风等恶劣天气来降低影响桥梁稳定的外界荷载，弥补对于不定因素对桥梁影响不明确的不足，进而确保转体能成功实施。T型悬臂梁转体施工结构对称且为自平衡体系，转体结构的重心多位于转体结构竖向中心轴线，因此转体过程中控制结构的重心位置相当关键。对于控制重心位置的研究，铁道科学研究院魏峰和陈强曾采用千斤顶和压力传感器对转体桥的实际位置进行详细测量以确保转体桥的平稳实施。T型悬臂梁在转体之前单点支撑，风荷载是影响其稳定的一个重要因素，不仅要保证施工过程和成桥阶段转体桥的稳定安全，还要确保转体过程中在风荷载作用下结构的安全性和抗倾覆稳定性。抗

13、风稳定性分析时注意，针对不同的地区、不同的季节选取不同的荷载工况和不同的抗风标准，转体结构在设计风荷等级下应具备足够的抗风强度。西南交通大学风工程试验研究中心周述华等人对山东大里营斜拉桥做了风洞试验，该实验主要针对成桥阶段斜拉索的抗风性能，另外对丫髻沙大桥转体过程中的抗倾覆稳定和风致振动进行了模拟分析和风洞试验。考虑到悬臂状态主梁稳定性较差，转体过程一般选择避开恶劣天气和地震等不利因素，并且限制在较小风速下进行，尽量使外部环境对转体施工影响最小。图1.3-1 全桥立面示意图综上所述，目前国内外T型刚构转体梁悬臂段长度均在100m以下，吨位均在10000吨以下，转体梁段总吨位达14500吨，单边

14、悬臂长度达115.8m，且一次性转体到位、转体端部无合拢段的转体桥施工还是首次。1.4研究内容及技术路线本文研究内容如下：（1）通过地质分析、方案比选和理论计算，进行夹液化粉砂层的岩溶区桥梁钻孔桩施工技术和临近既有线地段深基坑开挖防护技术研究，解决沙层液化和地表沉降难题。（2）通过理论分析与试验研究，研发出不设合拢段、一次转体到位、转体梁直接落于边墩支座的新型转体技术及成套装备，解决转体完成后由于销轴空隙及转动倾斜后需要横、竖向多次精调的难题，通过模拟准确计算重心位置，提前使其与转动球铰中心重合，转体前再次称重检测重心位置，解决了非对称小曲线半径转体桥倾覆难题。（3）通过数值模拟与现场预压，研

15、发复杂地形地质下大跨、大吨位T构梁支撑技术，解决岩溶区和复杂工况条件下转体梁的支撑难题。（4）通过理论计算和数值模拟，研发大跨、大吨位T构转体梁浇筑和支架拆除、落梁及大坡道顶梁技术及施工工艺。（5）通过理论分析、数值模拟和原位监测，考虑恒载、施工荷载、预应力、混凝土收缩与徐变、温度变化等因素的影响，全面分析各个工况条件下转体梁段关键截面的受力特性。（6）通过采用改进的灰色关联分析法进行风险源辨识，研发桥梁施工期安全风险辨识方法。1.5应用效益及前景研究成果克服了复杂岩溶地区桩基及支架地基处理、T构梁位于S形小半径不对称曲线的线形控制、转体悬臂长、转体精度要求高、千斤顶两次反顶梁等多项施工难题，

16、为武黄城际铁路的按期通车提供了技术支撑，为今后同类桥梁的施工积累了宝贵经验。1.5.1 应用效益1、经济效益武汉黄石城际铁路跨京广铁路余家湾上行特大桥在施工过程中，由于T型刚构支架采用墩梁式支架法方案，减小了铁路接触网迁改数量及两侧大量管线的迁改过渡和恢复工程，节约施工成本190万元；大节段现浇施工湿接缝连接梁段施工仅需要3个月，比挂蓝施工（需要30个节段）提前6个月，节约人工费及设备费用265万元，转体施工工艺减少挂蓝悬臂浇筑封锁要点60次，减少成本112万元，以上共计节约成本567万元。2、社会效益余家湾上行特大桥跨京广铁路T型刚构是武黄城际铁路的控制性工程，武黄城际铁路是武汉城市圈内一条

17、连接武汉市与黄石市、黄冈市的快速城际铁路，建成后，武汉到黄石直达运行时间仅为26分钟。作为武黄城际的控制性工程，余家湾跨京广铁路特大T型刚构桥的顺利建成为全线的按时通车，实现运营效益打下了坚实基础。1.5.2 应用前景余家湾上行特大桥T型刚构转体梁施工方法全面分析了大跨度、大阶段现浇的各个环节和影响因素，避免了以往跨中设置合拢段，一次大吨位大跨度转体直接到位的施工方法，施工效率及质量均得到了提升。伴随着我国城镇化的发展，我国的铁路、公路交通日趋繁密，转体桥的施工势必会相应增多。本项目的研究成果、工程实践及相关专利丰富了桥梁转体技术，对跨越既有线的转体桥施工及质量控制提供了参考依据和技术支持，对推广转体施工技术在类似地区的应用具有重要的现实意义与理论价值。190