王百春

（中鐵二十二局集團(tuán)第一工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 前言

橋梁轉(zhuǎn)體法施工相較支架法、懸臂法、拼裝法、頂推法等，具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，在跨越既有線(xiàn)時(shí)，能夠?qū)?duì)既有線(xiàn)運(yùn)營(yíng)的影響降到最低，只需轉(zhuǎn)體時(shí)要點(diǎn)即可，有利于保證工期，確保運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路安全。同時(shí)，斜拉橋跨越能力強(qiáng)、造型美觀(guān)，對(duì)城市景觀(guān)提升起重要作用。轉(zhuǎn)體斜拉橋成為城市跨線(xiàn)橋結(jié)構(gòu)形式的不二選擇。

國(guó)外在轉(zhuǎn)體施工研究方面起步較早，21世紀(jì)以來(lái)國(guó)內(nèi)橋梁建設(shè)正處于創(chuàng)新和超越發(fā)展階段。唐山二環(huán)路上跨津山鐵路屬繁忙干線(xiàn)，縱斷面條件苛刻，采用轉(zhuǎn)體斜拉橋較好的適應(yīng)施工條件。保定樂(lè)凱大街南延工程跨京廣鐵路動(dòng)脈21條鐵路，每天160多趟高鐵、貨運(yùn)列車(chē)，采用轉(zhuǎn)體斜拉橋很好地解決了環(huán)境制約。武漢楊泗港快速通道青菱段跨鐵路工程施工場(chǎng)地緊鄰鐵路、學(xué)校、民居，三面受限，施工空間小，采用轉(zhuǎn)體斜拉橋克服場(chǎng)地限制，保證工期。武漢常青路高架橋由于場(chǎng)地限制，轉(zhuǎn)體段為43.8m+91.4m，不平衡重達(dá)3630t，采用短臂端配重、長(zhǎng)臂端設(shè)置輔助前支撐弧形軌道進(jìn)行轉(zhuǎn)體施工。

然而，轉(zhuǎn)體斜拉橋在極不平衡情況下跨越超近障礙物的相關(guān)研究尚不成熟。本文將結(jié)合哈西大橋進(jìn)行跨越超近障礙物極不平衡斜拉橋轉(zhuǎn)體施工控制研究。

2 工程概況及特點(diǎn)

哈西大橋跨鐵路主橋方案為雙塔雙索面斜拉橋，跨徑布置為118m+198m+118m，邊主跨比0.6:1，共需跨越48條既有線(xiàn)。由于場(chǎng)站鐵路線(xiàn)路布置的限制，邊跨較常規(guī)斜拉橋要大（一般為0.45～0.5:1）。主橋采用半飄浮結(jié)構(gòu)支承體系，塔和過(guò)渡墩處均設(shè)置縱向活動(dòng)支座。

受場(chǎng)地施工環(huán)境限制，施工期間臨時(shí)遷移后鐵路線(xiàn)路與橋墩最小凈距6.99m，主橋采用轉(zhuǎn)體施工，轉(zhuǎn)體最大重量約29500t。9#塔主梁轉(zhuǎn)體段長(zhǎng)度為97m+101m，10#塔主梁轉(zhuǎn)體段長(zhǎng)度為90m+107m，其中10#墩主梁中跨配重區(qū)域長(zhǎng)43m，每延米31.4t，理論不平衡重達(dá)1350t。另一方面，10#墩邊跨側(cè)，因其接觸網(wǎng)遷改等原因，導(dǎo)致設(shè)計(jì)橋位轉(zhuǎn)體范圍內(nèi)下方接觸網(wǎng)門(mén)架橫聯(lián)與斜拉橋主梁底面距離過(guò)近，與設(shè)計(jì)位置梁底面距離約151mm，若轉(zhuǎn)體過(guò)程中對(duì)橋梁姿態(tài)不能采取穩(wěn)定有效的控制措施，極易發(fā)生干涉碰撞，影響線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)。

針對(duì)10#墩邊跨主梁旋轉(zhuǎn)區(qū)域梁底距離接觸網(wǎng)過(guò)近情況，10#墩采用不平衡轉(zhuǎn)體方案，通過(guò)配重使10#墩中跨側(cè)2個(gè)撐腳主動(dòng)著地，邊跨側(cè)主梁翹起，以增大梁體底面與接觸網(wǎng)橫梁空間。同時(shí)，球鉸與兩著地?fù)文_形成穩(wěn)定的3點(diǎn)支撐，轉(zhuǎn)體過(guò)程中橋梁姿態(tài)除水平旋轉(zhuǎn)外始終保持穩(wěn)定狀態(tài)，平轉(zhuǎn)到位后合攏。

3 轉(zhuǎn)體監(jiān)測(cè)情況分析

監(jiān)控誤差分析、參數(shù)識(shí)別與調(diào)整主要是對(duì)施工狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)的偏差分析、轉(zhuǎn)體過(guò)程中各階段橋梁狀態(tài)的把握和模型計(jì)算中的假定符合程度的評(píng)價(jià)，參數(shù)變化的敏感性分析等。

橋梁轉(zhuǎn)體施工過(guò)程影響參數(shù)復(fù)雜，橋梁各參數(shù)變量對(duì)重心影響的敏感性較強(qiáng)。在施工控制初期進(jìn)行理論計(jì)算時(shí)，都取這些參數(shù)值為理想設(shè)計(jì)值。為了消除因設(shè)計(jì)參數(shù)取值的不定性引起的轉(zhuǎn)體過(guò)程中設(shè)計(jì)與實(shí)際的偏差，我們?cè)谵D(zhuǎn)體過(guò)程中通過(guò)監(jiān)測(cè)這些參數(shù)實(shí)際值，并與計(jì)算值比較，對(duì)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別和正確估計(jì)。對(duì)重要的設(shè)計(jì)參數(shù)有較大的偏差時(shí)，提請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)方進(jìn)行理論設(shè)計(jì)值的修改，對(duì)于常規(guī)的參數(shù)誤差，通過(guò)優(yōu)化進(jìn)行調(diào)整。本項(xiàng)目采用現(xiàn)代控制理論中的自適應(yīng)控制方法進(jìn)行監(jiān)控。

經(jīng)測(cè)量接觸網(wǎng)與設(shè)計(jì)位置梁底面最近處高差約151mm，平面位置距塔中90.63m。通過(guò)確認(rèn)，球鉸及附屬設(shè)施安裝時(shí)，撐腳下方與滑道板間預(yù)留了30mm間隙。可通過(guò)稱(chēng)配重將橋梁重心偏向無(wú)橫聯(lián)影響側(cè)，使該側(cè)撐腳落于滑道上，與滑道間墊10mm四氟板，這樣小里程側(cè)撐腳位置下降20mm，初步估算有影響接觸網(wǎng)橫聯(lián)對(duì)應(yīng)梁長(zhǎng)90m位置抬高約252mm，梁底面距接觸網(wǎng)橫聯(lián)頂面距離403mm。以上理論數(shù)據(jù)未計(jì)拆除上轉(zhuǎn)盤(pán)支架及砂箱后上轉(zhuǎn)盤(pán)下沉量。撐腳與滑道間隙及梁底與接觸網(wǎng)橫梁凈距應(yīng)以轉(zhuǎn)體前實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。上轉(zhuǎn)盤(pán)下沉量對(duì)球鉸豎向轉(zhuǎn)動(dòng)角度的影響可采取選用更薄規(guī)格的聚四氟乙烯墊板的方式消除。

4 轉(zhuǎn)體前靜置監(jiān)測(cè)

轉(zhuǎn)體前需要對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)體進(jìn)行靜置監(jiān)測(cè)，統(tǒng)計(jì)溫度及日照變化對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。轉(zhuǎn)體日期近5天溫度及日照情況如表1所示，梁底面距接觸網(wǎng)橫聯(lián)頂距離如表2所示。試轉(zhuǎn)體時(shí)間為11月11日，12日正式轉(zhuǎn)體，記錄分析轉(zhuǎn)體日期近5天的氣溫和日照發(fā)現(xiàn)：轉(zhuǎn)體日期氣溫升高，晝夜溫差變化較大；多云轉(zhuǎn)陰，日照影響減小。

表1 轉(zhuǎn)體日期近五天溫度日照情況

表2 梁底面距接觸網(wǎng)橫聯(lián)頂距離（mm）

由于去除砂箱及轉(zhuǎn)盤(pán)支架等，梁底面距接觸網(wǎng)橫聯(lián)頂面距離較解除臨時(shí)固結(jié)前403mm減小約120mm。轉(zhuǎn)動(dòng)體距離障礙物的絕對(duì)安全距離為200mm，監(jiān)測(cè)特殊時(shí)段梁底面距接觸網(wǎng)橫聯(lián)頂面距離，綜合考慮轉(zhuǎn)體時(shí)刻對(duì)超近障礙物轉(zhuǎn)體至關(guān)重要。

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：15時(shí)溫度最高，梁底面距接觸網(wǎng)橫聯(lián)頂面距離達(dá)到最小值，接近220mm；早晨6時(shí)左右溫度最低且穩(wěn)定，梁底面距接觸網(wǎng)橫聯(lián)頂面距離最大，超過(guò)280mm。13#拉索索長(zhǎng)約106m，最大溫差取15℃，則13#拉索的熱伸長(zhǎng)約20mm，因熱伸長(zhǎng)導(dǎo)致的拉索預(yù)應(yīng)力損失約300kN，再加上混凝土主梁受溫度影響，梁底面距接觸網(wǎng)橫聯(lián)頂距離變化最大近60mm。綜合考慮溫度影響及哈南編組站運(yùn)營(yíng)影響，試轉(zhuǎn)體及轉(zhuǎn)體時(shí)間定在上午完成。

5 試轉(zhuǎn)體監(jiān)測(cè)

試轉(zhuǎn)體監(jiān)測(cè)，檢查轉(zhuǎn)動(dòng)體轉(zhuǎn)動(dòng)狀況、牽引設(shè)備運(yùn)行情況，同時(shí)記錄點(diǎn)動(dòng)1″、2″、5″、10″、20″轉(zhuǎn)動(dòng)角度及梁端測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)距離，為最終轉(zhuǎn)體段精確對(duì)中調(diào)平就位，防止超轉(zhuǎn)提供數(shù)據(jù)支撐。試轉(zhuǎn)體點(diǎn)動(dòng)姿態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如表3所示。

表3 試轉(zhuǎn)體點(diǎn)動(dòng)姿態(tài)監(jiān)測(cè)表

6 正式轉(zhuǎn)體監(jiān)測(cè)

轉(zhuǎn)體監(jiān)測(cè)采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)輔助人工監(jiān)測(cè)同時(shí)進(jìn)行。在主梁兩端懸臂分別放置4個(gè)徠卡360°大棱鏡，使用2臺(tái)全站儀成90°不同方位觀(guān)測(cè)梁端高程變化及轉(zhuǎn)動(dòng)角度，相互輔助校核。

在轉(zhuǎn)盤(pán)上預(yù)先做好刻度盤(pán)，專(zhuān)人監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度、轉(zhuǎn)動(dòng)距離，控制轉(zhuǎn)動(dòng)速度。轉(zhuǎn)體過(guò)程中，對(duì)塔、梁、球鉸等關(guān)鍵部位及關(guān)鍵截面進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)。

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)，通過(guò)監(jiān)測(cè)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，電腦端及APP客戶(hù)端實(shí)時(shí)查看。包括表面測(cè)斜探頭自動(dòng)化監(jiān)測(cè)主塔偏位；壓電加速度計(jì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)梁端振動(dòng)；風(fēng)速風(fēng)向儀自動(dòng)化監(jiān)測(cè)環(huán)境風(fēng)力；塔梁關(guān)鍵位置及球鉸處應(yīng)力計(jì)、錨索計(jì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)塔梁及球鉸內(nèi)力狀態(tài)和拉索索力。

（1）主塔垂直度監(jiān)測(cè)。在各主塔塔肢內(nèi)安裝表面測(cè)斜探頭，采用雙軸傾角傳感器作為敏感元件，靈敏度達(dá)到0.001°。當(dāng)橋梁發(fā)生變形時(shí)，測(cè)斜儀可以測(cè)量出塔的兩個(gè)相互垂直方向相對(duì)于重力軸線(xiàn)的傾角，使用安裝位置的幾何尺寸，就可以計(jì)算出塔X、Y方向的變形，從而達(dá)到監(jiān)測(cè)橋塔的目的。其中X軸為縱橋向，Y軸為橫橋向，轉(zhuǎn)體過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主塔傾斜變化，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，由于球鉸摩擦系數(shù)很小，在啟動(dòng)及轉(zhuǎn)體過(guò)程中，主塔傾斜變化很小，轉(zhuǎn)動(dòng)體基本處于穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。在主梁接近超近障礙物區(qū)域，人為控制轉(zhuǎn)速減慢時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)體由于慣性導(dǎo)致兩塔肢出現(xiàn)方向相反的傾斜，有離心運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，最大角度變化值為0.065°。測(cè)斜探頭安裝位置距離塔頂50m，則塔頂最大位移變化為0.057m?？缭秸系K物后轉(zhuǎn)速恒定，主塔傾角恢復(fù)。

（2）主梁梁端振動(dòng)監(jiān)測(cè)。分別在邊中跨梁端安裝壓電加速度傳感器，轉(zhuǎn)體過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主梁梁端振動(dòng)幅度，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，在轉(zhuǎn)體過(guò)程中，主梁梁端會(huì)由于風(fēng)力變化、轉(zhuǎn)動(dòng)體速度變化、轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)不均勻摩擦力等出現(xiàn)振動(dòng)，邊跨和中跨振動(dòng)變化情況一致。在連續(xù)千斤頂定速工作狀態(tài)下，振動(dòng)頻率基本在0.05Hz上下0.025Hz范圍內(nèi)變化。

當(dāng)主梁接近超近障礙物，千斤頂轉(zhuǎn)為人工干預(yù)狀態(tài)前后，轉(zhuǎn)速出現(xiàn)變化時(shí)，梁端振動(dòng)頻率出現(xiàn)較大變化，頻率變化范圍達(dá)到0.08Hz左右?？缭秸系K物后，轉(zhuǎn)體速度穩(wěn)定，梁端振動(dòng)頻率基本穩(wěn)定在0.05Hz。

（3）著地?fù)文_應(yīng)力監(jiān)測(cè)。兩著地?fù)文_為3#和4#撐腳，分別安裝表貼式智能弦式應(yīng)變計(jì)，與綜合讀數(shù)儀直連，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)兩著地?fù)文_應(yīng)力狀態(tài)，其應(yīng)力變化隨轉(zhuǎn)體角度變化情況如圖3所示。

由圖3可知，兩著地?fù)文_應(yīng)力變化情況一致，說(shuō)明兩撐腳能夠與球鉸形成穩(wěn)定的三點(diǎn)支撐，受力均衡。轉(zhuǎn)體過(guò)程中，撐腳始終處于受壓狀態(tài)，應(yīng)力小范圍波動(dòng)，變化幅度在2.5MPa左右，可能與滑道不絕對(duì)水平，轉(zhuǎn)體過(guò)程中人為涂抹黃油、加墊四氟乙烯板有關(guān)。撐腳為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，受應(yīng)力變化影響很小。

在試轉(zhuǎn)體和轉(zhuǎn)體過(guò)程中，試轉(zhuǎn)體點(diǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)良好支撐轉(zhuǎn)體施工，正式轉(zhuǎn)體梁端旋轉(zhuǎn)最大角速度為0.018rad/min，最大線(xiàn)速度為1.93m/min，符合設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)超近障礙物極不平衡斜拉橋轉(zhuǎn)體過(guò)程進(jìn)行分析及監(jiān)測(cè)，得到如下結(jié)論。

（1）晝夜溫差大，溫度影響顯著。最長(zhǎng)拉索索長(zhǎng)約106m，熱伸長(zhǎng)約20mm，熱伸長(zhǎng)導(dǎo)致的拉索預(yù)應(yīng)力損失約300kN；混凝土主梁受溫度影響，梁底面距接觸網(wǎng)橫聯(lián)頂距離變化最大近60mm。

（2）哈西大橋轉(zhuǎn)體過(guò)程中，塔頂最大位移為0.057m；梁端振動(dòng)頻率基本在0.05Hz；兩支撐撐腳應(yīng)力變化幅度為2.5MPa左右。

（3）轉(zhuǎn)體過(guò)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，能夠?qū)碚搮?shù)進(jìn)行識(shí)別和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)施工智能化和信息化。