大噸位型剛構橋轉(zhuǎn)體法成橋關鍵技術綜述

6附件4附件4鑒鑒定文件工作報告巖溶區(qū)大跨大噸噸噸位T型剛構橋橋轉(zhuǎn)體法成橋關鍵鍵鍵技術綜綜述中鐵十一局集團團團有限公公司中鐵十一局集團團團第三工工程有有限公司司二〇一四年八月月月 1901工作報告新建余家灣上行行行特大橋橋是武武漢至黃黃石城城際客運運專線線的重要要組成成部分（該該專專線起自自武昌昌（漢）站站，終終于黃石石大冶冶北站，全全長長97公里，設設計時速速2000公里，建建成后，武武漢漢至黃石石直達達時間266分鐘），其其其跨越京京廣線線的2×11115.88m預預應力混混凝土土T型剛構梁梁與與營業(yè)線線夾角角28°，跨跨越越京廣線線上、下下行線各各3股道，采采用用平轉(zhuǎn)法法施工工。橋梁梁轉(zhuǎn)體體全長23311.6mm，總總重量1445500tt，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體角度度266°，為目目前前國內(nèi)跨跨度和和噸位均均最大大的T型剛構轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體體梁，其其單墩墩一次轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體跨跨越多股股道既既有線的的轉(zhuǎn)體體施工在在我國國橋梁建建設中中也尚屬屬首次次。同時時，工工程位于于臨近近既有線線的巖巖溶嚴重重發(fā)育育不良地地區(qū)，安安全風險險大、技技術難度度高，被被列為武武黃城城際鐵路路的頭頭號控制制性工工程。該該橋建建設面臨臨著一一系列難難點，如如在既有有線中中間復雜雜巖溶溶等地質(zhì)質(zhì)條件件下進行行樁基基施工作作業(yè)，鄰鄰近既有有線深深基坑承承臺施施工及既既有線線安全防防護，復復雜地質(zhì)質(zhì)條件件下大跨跨度大大噸位預預應力力混凝土土T型箱梁支支架架法分段段現(xiàn)澆澆施工，TT構轉(zhuǎn)體施施工工與多次次體系系轉(zhuǎn)換、線線形形控制等等。鑒于此，中鐵十十十一局集集團有有限公司司和中中鐵十一一局集集團第三三工程程有限公公司在在總結國國內(nèi)外外同類橋橋梁施施工技術術的基基礎上，針針對對武黃城城際鐵鐵路余家家灣上上行特大大橋跨跨京廣線線鐵路路轉(zhuǎn)體橋橋的實實際情況況提出出“跨客專大大懸懸臂T構空間非非對對稱轉(zhuǎn)體體與防防護施工工技術術研究（編編號號11-1100C）”課題。上上述述研究成成果和和工程實實踐豐豐富了橋橋梁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體技術術，為為跨越既既有線線的轉(zhuǎn)體體橋施施工及質(zhì)質(zhì)量控控制提供供了參參考依據(jù)據(jù)和技技術支持持，對對推廣轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體施施工技術術在類類似地區(qū)區(qū)的應應用，具具有重重要的現(xiàn)現(xiàn)實意意義與理理論價價值。1..11工程概概況況余家灣上行特大大大橋位于于湖北北省武漢漢市洪洪山區(qū)余余家灣灣車站附附近，為為整個武武黃城城際鐵路路工程程的關鍵鍵性節(jié)節(jié)點，中中心里里程WSDDKK1+22044.3000，全全長168800.0665mm。余家灣灣上上行特大大橋220號墩～～22號墩上上跨跨京廣既既有線線，與既既有線線夾角為為288°，采用用2×1115..8mmT型剛剛構構梁一次次跨越越京廣上上、下下行線，其其中中20號墩（里里程WSDDKK1+00266.255）-21號墩墩（里里程WSDDKK1+11422.1555）墩墩跨越京京廣上上行線（里里程程K121144+8113--K122144+9117）；；21號墩（里里程WSDDKK1+11422.1555）-22號墩墩（里里程WSDDKK1+22588.066）墩墩跨越京京廣下下行線，（里里程K12114+9177-K12215+0004）。2×1115.8mT型剛構梁梁設計為轉(zhuǎn)體體結構，全長長231.66m，在京廣廣線上、下行行之間的夾心心地帶采用現(xiàn)現(xiàn)澆支架法完完成T型剛構梁，然然后轉(zhuǎn)體，完完成全橋的連連接，轉(zhuǎn)體角角度26°、轉(zhuǎn)體體總重量達114500tt。橋梁的結構形式式式：1、樁基：采用用用8φ2.5mm++2φ2.0mm鉆孔孔樁基礎礎，長長度50..00～65.00mm。2、承臺：承臺臺臺縱向尺寸寸為為15.22--17..655m，橫向向尺尺寸為155..2-117..65mm，高高7.9mm，呈呈不規(guī)則則七邊邊形，承承臺分分為上轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤、下下轉(zhuǎn)盤兩兩部分分、中間間設置置球鉸。3、墩身采用矩矩矩形空心墩墩，墩墩高5m，墩身身縱縱向長8mm，橫向?qū)拰?.4mm，縱縱向壁厚厚1..8m，橫橫向向1.9mm，墩墩頂及墩墩底設設梗脅過過渡。4、主梁為單線線線預應力混混凝凝土T型剛構箱箱梁梁，主梁梁跨中中部分為為曲線線梁，在在2331.66m的的1/2長度度內(nèi)內(nèi)共分5個梁段及及3個合攏段段，其其中第一一梁段段長26mm，第二二梁段長長211m，濕接接縫縫C長3m，第三三梁梁段長211mm，濕接縫縫B長3m，第四四梁梁段長211mm，濕接縫縫A長3m，第五五梁梁段長300..8m。21號主墩墩樁樁基礎為為8φ2.5mm++2φ2.0mm樁基基，承臺臺基礎礎采用轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤設設計，承承臺高高7.9mm（上上下兩層層分別別為3.44mm和4.5mm）；；主墩上上承臺臺：順橋橋向××橫橋向×厚度為133..0m××133.0mm×22.5mm。上上下承臺臺中間間有0.99mm高的平轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)空空間，設設上下下轉(zhuǎn)盤，上上下下轉(zhuǎn)盤均均采用用C55混凝凝土土，上、下下轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤球鉸鉸周圍圍采用C5555混凝土，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動結束束后封封鉸混凝凝土采采用C555微膨脹脹混凝土土。220號輔墩墩墩墩高10..55米，距京京廣廣上行線線7..3米；22號輔墩墩墩墩高11..55米，距京京廣廣下行線線6..9米。T構梁底距距京京廣上行行線軌軌頂最低低高度度為9.00米，距距京廣下下行線線軌頂最最低高高度為100..0米。1.2主要問題題題余家灣上行特大大大橋2311..6m長單單線線預應力力混凝凝土T型剛構梁梁跨跨越多股股道既既有線單單墩一一次轉(zhuǎn)體體施工工在我國國橋梁梁建設中中尚屬屬首次，缺缺乏乏針對性性的既既有經(jīng)驗驗可供供借鑒。該該工工程需要要解決決如下八八項問問題：既既有線線中間復復雜巖巖溶地質(zhì)質(zhì)條件件下進行行樁基基施工；；既有有線邊深深基坑坑承臺施施工及及既有線線安全全防護，大大跨跨度大噸噸位預預應力混混凝土土T型箱梁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體體控制，復復雜雜地質(zhì)條條件下下大跨大大噸位位T型箱梁支支架架結合施施工，大大跨大噸噸位TT型箱梁分分段段現(xiàn)澆濕濕接縫縫段連接接施工工控制、大大跨跨大噸位位T型箱梁支支架架拆除及及落梁梁，轉(zhuǎn)體體施工工中的多多次體體系轉(zhuǎn)換換和線線形控制制，以以及鄰近近鐵路路既有線線安全全施工綜綜合管管理。1.3國內(nèi)外外外研究現(xiàn)現(xiàn)狀國外首座應用轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體施工工的橋橋梁是意意大利利的多姆姆斯河河橋，為為豎轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)法施工工，跨跨徑達700mm。采用此此方方法修建建的跨跨徑最大大的橋橋梁是德德國的的阿根托托貝爾爾（Arggeentoobeel）橋，其其跨徑為為1550m。該該方方法在國國外橋橋梁修建建中應應用較為為廣泛泛，它一一般利利用橋臺臺結構構豎向組組拼或或現(xiàn)澆拱拱肋腳腳手架，最最終終將拱肋肋由上上而下旋旋轉(zhuǎn)至至設計位位置。我我國的豎豎轉(zhuǎn)法法多應用用于山山澗或者者季節(jié)節(jié)性河流流，一一般是搭搭設簡簡單的支支架將將拱肋進進行拼拼裝或者者現(xiàn)澆澆，最終終由下下而上將將橋體體旋轉(zhuǎn)至至設計計標高。豎豎轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)法多應應用于于鋼筋混混凝土土拱肋橋橋中，隨隨著跨徑徑的增增大，拱拱肋過過長、搭搭架過過高、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動也也變的相相對困困難，因因而豎豎轉(zhuǎn)法多多應用用于跨徑徑較小小的橋梁梁中。平轉(zhuǎn)法于197776年首次次在在奧地利利維也也納的多多瑙河河橋上應應用，該該橋為斜斜拉橋橋，跨徑徑布置置為55..77m+11199m+555..7m，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體體重量達達40000tt。此此后平轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)法在在法國、德德國國、日本本、中中國等國國家得得到大量量應用用。迄今今為止止，轉(zhuǎn)體體重量量最大的的是比比利時的的本艾艾因橋，該該橋橋為斜拉拉橋，跨跨徑布置置為3342mm+1168mm，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體重量量達11.955萬噸噸，于199991年建成成。我國1975年年年完成了了第一一座轉(zhuǎn)體體施工工橋的建建設，其其結構形形式是是拱橋，極極具具中國特特色，采采用豎轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)施工工方法。119997年四四川川省遂寧寧縣的的鋼筋混混凝土土拱肋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體施施工試驗驗橋作作為全國國首次次采用平平轉(zhuǎn)法法成功建建成，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體結構構重量量為120000t。19933年，鄭鄭州鐵路路局修修建一座座跨越越鐵路編編組站站的拱橋橋，為為了不干干擾交交通的正正常進進行，采采用了了平轉(zhuǎn)與與豎轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)相結合合的施施工工藝藝，最最終建成成了跨跨徑為15500m的安陽陽鋼鋼管混凝凝土橋橋。199999年，為了了不不影響珠珠江口口通航，廣廣州州丫髻沙沙大橋橋采用豎豎轉(zhuǎn)與與平轉(zhuǎn)相相結合合的轉(zhuǎn)體體施工工工藝，建建成成跨徑達達3444m鋼管管混混凝土中中承式式系桿拱拱，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體質(zhì)量量達1136885tt。此后轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體體施工技技術在在我國得得到了了大量的的應用用，并成成功實實施了上上百座座橋梁，施施工工的噸位位也從從最初的的千噸噸上升到到萬噸噸位。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體法法為T型剛構平平轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的代表表有：：如下表表1..3-11所示示:表1.3-1部分分已已建T型剛構橋橋橋名橋型國名跨徑/m噸位年份轉(zhuǎn)法運河橋T型剛構橋原東德53+521976平轉(zhuǎn)綿陽橋T型剛構橋中國701990平轉(zhuǎn)謝疊橋T型剛構橋中國681994平轉(zhuǎn)西安亭橋T型剛構橋中國1281992平轉(zhuǎn)雅瑤橋T型剛構橋中國951994平轉(zhuǎn)跨津山鐵路轉(zhuǎn)體體體橋T型梁中國612008平轉(zhuǎn)運糧河特大橋T型箱梁中國1002009平轉(zhuǎn)大跨度轉(zhuǎn)體施工工工橋的施施工工工藝復雜雜，施施工工序序較多多，隨著著施工工階段的的不斷斷進行，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體體橋的結結構形形式、邊邊界條條件、荷荷載傳傳遞方式式以及及混凝土土材料料特性都都在發(fā)發(fā)生變化化，施施工過程程中施施工荷載載可能能比應用用荷載載更為不不利，這這個過程程中施施工荷載載和外外界條件件（風風荷載等等）可可能導致致轉(zhuǎn)體體結構倒倒塌或或者破壞壞。目前對轉(zhuǎn)體施工工工橋的研研究主主要集中中于施施工工藝藝的改改進、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤及及定位銷銷釘?shù)牡膽Ψ址治龊秃吞厥夂珊奢d（風風荷載）下下球球鉸應力力的分分析較少少。中中鐵橋梁梁工程程設計研研究院院徐升橋橋結合合了轉(zhuǎn)盤盤三向向預應力力鋼筋筋的影響響，對對石景山山斜拉拉橋轉(zhuǎn)盤盤進行行了應力力分析析。華南南理工工大學交交通學學院顏全全勝對對丫髻沙沙大橋橋的平轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)和豎豎轉(zhuǎn)階段段進行行計算并并對其其控制截截面進進行應力力分析析；中鐵鐵十八八局鐘啟啟斌結結合數(shù)學學積分分方法對對轉(zhuǎn)體體施工的的轉(zhuǎn)體體牽引力力作了了細致計計算。平轉(zhuǎn)施工過程中中中，一般般轉(zhuǎn)速速較小以以保持持轉(zhuǎn)體過過程平平穩(wěn)，無無突發(fā)發(fā)事件前前提下下，轉(zhuǎn)體體結構構控制截截面的的受力相相對較較小，因因而對對轉(zhuǎn)動球球鉸關關鍵部位位的受受力分析析鮮有有文獻提提及。橋橋梁的穩(wěn)穩(wěn)定問問題與強強度問問題同等等重要要，最初初的橋橋梁設計計沒有有注重橋橋梁穩(wěn)穩(wěn)定性分分析，出出現(xiàn)了多多起穩(wěn)穩(wěn)定問題題造成成的橋梁梁倒塌塌事故。比比如如，197700年澳大利利亞亞墨爾本本附近近的西門門橋在在架設合合攏鋼鋼箱時，上上翼翼板在跨跨中失失穩(wěn)導致致1220m長的的主主梁整跨跨倒塌塌。T型懸臂梁梁，在在轉(zhuǎn)體施施工前前依靠單單點支支撐，施施工前前及施工工過程程中極易易發(fā)生生傾覆等等問題題。之前前的實實際工程程中多多采用避避開大大風等惡惡劣天天氣來降降低影影響橋梁梁穩(wěn)定定的外界界荷載載，彌補補對于于不定因因素對對橋梁影影響不不明確的的不足足，進而而確保保轉(zhuǎn)體能能成功功實施。T型懸臂梁轉(zhuǎn)體體體施工結構構對對稱且為為自平平衡體系系，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體結構構的重重心多位位于轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體結構構豎向向中心軸軸線，因因此轉(zhuǎn)體體過程程中控制制結構構的重心心位置置相當關關鍵。對對于控制制重心心位置的的研究究，鐵道道科學學研究院院魏峰峰和陳強強曾采采用千斤斤頂和和壓力傳傳感器器對轉(zhuǎn)體體橋的的實際位位置進進行詳細細測量量以確保保轉(zhuǎn)體體橋的平平穩(wěn)實實施。T型懸臂梁梁在在轉(zhuǎn)體之之前單單點支撐撐，風風荷載是是影響響其穩(wěn)定定的一一個重要要因素素，不僅僅要保保證施工工過程程和成橋橋階段段轉(zhuǎn)體橋橋的穩(wěn)穩(wěn)定安全全，還還要確保保轉(zhuǎn)體體過程中中在風風荷載作作用下下結構的的安全全性和抗抗傾覆覆穩(wěn)定性性?？箍癸L穩(wěn)定定性分分析時注注意，針針對不同同的地地區(qū)、不不同的的季節(jié)選選取不不同的荷荷載工工況和不不同的的抗風標標準，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體結構構在設設計風荷荷等級級下應具具備足足夠的抗抗風強強度。西西南交交通大學學風工工程試驗驗研究究中心周周述華華等人對對山東東大里營營斜拉拉橋做了了風洞洞試驗，該該實實驗主要要針對對成橋階階段斜斜拉索的的抗風風性能，另另外外對丫髻髻沙大大橋轉(zhuǎn)體體過程程中的抗抗傾覆覆穩(wěn)定和和風致致振動進進行了了模擬分分析和和風洞試試驗?？伎紤]到懸懸臂狀狀態(tài)主梁梁穩(wěn)定定性較差差，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體過程程一般般選擇避避開惡惡劣天氣氣和地地震等不不利因因素，并并且限限制在較較小風風速下進進行，盡盡量使外外部環(huán)環(huán)境對轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體施施工影響響最小小。圖1.3-1全橋立立面面示意圖圖綜上所述，目前前前國內(nèi)外T型剛構轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體體梁懸臂臂段長長度均在在1000m以下下，噸噸位均在在1000000噸以下，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體體梁段總總噸位位達1455000噸，單單邊邊懸臂長長度達達115..88m，且一一次次性轉(zhuǎn)體體到位位、轉(zhuǎn)體體端部部無合攏攏段的的轉(zhuǎn)體橋橋施工工還是首首次。1.4研究內(nèi)容容容及技術術路線線本文研究內(nèi)容如如如下：（1）通過地質(zhì)質(zhì)分分析、方案案案比選和和理論論計算，進進行行夾液化化粉砂砂層的巖巖溶區(qū)區(qū)橋梁鉆鉆孔樁樁施工技技術和和臨近既既有線線地段深深基坑坑開挖防防護技技術研究究，解解決沙層層液化化和地表表沉降降難題。（2）通過理論論分分析與試驗驗驗研究，研研發(fā)發(fā)出不設設合攏攏段、一一次轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體到位位、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體梁直直接落落于邊墩墩支座座的新型型轉(zhuǎn)體體技術及及成套套裝備，解解決決轉(zhuǎn)體完完成后后由于銷銷軸空空隙及轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動傾傾斜后需需要橫橫、豎向向多次次精調(diào)的的難題題，通過過模擬擬準確計計算重重心位置置，提提前使其其與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動球鉸鉸中心心重合，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體體前再次次稱重重檢測重重心位位置，解解決了了非對稱稱小曲曲線半徑徑轉(zhuǎn)體體橋傾覆覆難題題。（3）通過數(shù)值值模模擬與現(xiàn)場場場預壓，研研發(fā)發(fā)復雜地地形地地質(zhì)下大大跨、大大噸位T構梁支撐撐技技術，解解決巖巖溶區(qū)和和復雜雜工況條條件下下轉(zhuǎn)體梁梁的支支撐難題題。（4）通過理論論計計算和數(shù)值值值模擬，研研發(fā)發(fā)大跨、大大噸噸位T構轉(zhuǎn)體梁梁澆澆筑和支支架拆拆除、落落梁及及大坡道道頂梁梁技術及及施工工工藝。（5）通過理論論分分析、數(shù)值值值模擬和和原位位監(jiān)測，考考慮慮恒載、施施工工荷載、預預應應力、混混凝土土收縮與與徐變變、溫度度變化化等因素素的影影響，全面面分分析各個工工況況條件下下轉(zhuǎn)體體梁段關關鍵截截面的受受力特特性。（6）通過采用用改改進的灰色色色關聯(lián)分分析法法進行風風險源源辨識，研研發(fā)發(fā)橋梁施施工期期安全風風險辨辨識方法法。1.5應用效益益益及前景景研究成果克服了了了復雜巖巖溶地地區(qū)樁基基及支支架地基基處理理、T構梁位于于S形小半徑徑不不對稱曲曲線的的線形控控制、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體懸臂臂長、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體精度度要求求高、千千斤頂頂兩次反反頂梁梁等多項項施工工難題，為為武武黃城際際鐵路路的按期期通車車提供了了技術術支撐，為為今今后同類類橋梁梁的施工工積累累了寶貴貴經(jīng)驗驗。1.5.1應應應用效益益1、經(jīng)濟效益武漢黃石城際鐵鐵鐵路跨京京廣鐵鐵路余家家灣上上行特大大橋在在施工過過程中中，由于于T型剛構支支架架采用墩墩梁式式支架法法方案案，減小小了鐵鐵路接觸觸網(wǎng)遷遷改數(shù)