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国内转体桥大盘点

 碎羽轩 2016-12-11

  11月15日上午10时许,随着最后一根长4.3米的腹杆焊接完成,由中国中铁大桥局在全世界首次采用“二次竖转”工法施工的大桥——大瑞铁路澜沧江特大桥钢管拱高精度合龙,顺利实现施工关键工序的转换。受特殊地理环境所限,大桥采用“二次竖转”工法施工,在世界建桥史上尚属首次;“二次竖转”角度之和达130度,其竖转角度在世界上最大;同时,大桥单边竖放重量达2500吨,也是世界桥梁施工之最,创造了三项“世界第一”。 


  大瑞铁路澜沧江特大桥钢管拱高精度合龙时的场景。

对于桥梁建设来说,转体施工技术的出现,创造了一种新的建桥思路——将桥梁结构在非设计轴线位置制作(浇注或拼接)成形后,通过转动体系使其旋转就位。全世界范围内,从20世纪40年代出现这种施工工艺以来,采用转体施工建设的桥梁不胜枚举。同时,转体施工技术的理论与实践水平发展迅猛,万吨级、超长悬臂的转体桥梁也越来越多地出现在桥梁建设中。 

随着桥梁转体技术的发展,人们越来越认识到该项技术的优越性,特别是施工条件受到严重限制的情况下,转体施工无可取代。如今,我国的转体施工技术已发展得较为成熟,从山区到平原地区,从拱桥到斜拉桥、连续梁、连续刚构等,从公路到铁路,从竖转到平转、竖转平转相结合,转体施工的应用无处不在。


转体技术的发展


  据资料记载,我国20世纪70年代开始研究转体施工技术。1977年,首先采用平转施工新技术建成了四川遂宁建设桥,该桥为主跨70米的箱肋拱桥。此后,平转法在山区的钢筋混凝土拱桥中得到推广应用。20世纪70年代末80年代初我国平转法施工的拱桥,跨径均在100米以下,且均为平衡转体施工。为解决大跨径拱桥转体重量大的问题,四川省交通厅公路规划设计院从1979年开始了“拱桥双箱对称同步转体施工工艺”研究(又称为非平衡转体施工),并于1987年成功地进行了跨径为122米的四川巫山龙门桥试验桥的施工。 

  自20世纪90年代起,我国开始研究和开发计算机控制液压同步技术。1993年,郑州铁路局为满足跨越铁路编组站且不影响通车的需要,首次采用竖转与平转相结合的转体施工工艺,建成跨径为150米的安阳钢管混凝土拱桥。进入新世纪之后,钢管混凝土拱桥在我国的应用与迅猛发展,为拱桥的轻型化和向大跨度发展提供了可能,转体施工方法也被广泛应用于这种桥型之中。平竖转结合的方法在拱桥中的应用,使桥梁转体施工法进入了一个新的发展时期,如2000年建成的广州丫髻沙大桥(三跨连续自锚中承式钢管混凝土系杆拱桥,主跨360米)与2006年竣工的广东佛山东平大桥(钢拱—连续梁协作体系桥,主跨300米),推动了转体施工工艺进一步向前发展。



  采用了平竖转结合的方法施工的广州丫髻沙大桥


转体施工的不同类型

  桥梁转体施工,是在桥墩或桥台处设置转盘,让桥以转盘为中心,利用牵引设施转动转盘,将庞大的梁体转动至设计位置,最后完成合龙。根据桥梁结构的转动方向,桥梁转体施工方法可分为竖转施工、平转施工,此外还有桥梁采用平竖转相结合施工,其中以平转法应用最广泛。


竖 转 法

  

  竖转体系一般由转铰、牵引系统、索塔、拉索等组成。升位竖转的拉索索力在脱架时最大,因为此时拉索的水平角最小,产生的竖向分力也最小,而且拱肋要实现从多跨支承到铰支承和扣点处索支承的过渡,脱架时要完成结构自身的变形与受力的转化。为使竖转脱架顺利,有时需在提升索点安置助升千斤顶。 

  宜万铁路宜昌长江大桥是宜万铁路东起点跨越长江的咽喉工程,大桥全长约2.5公里,主桥为预应力混凝土连续刚构与钢管混凝土拱桥组合结构,其连续刚构部分跨径275米,当时在同类型铁路桥中位居世界第一。大桥主跨钢管拱采用了竖转施工技术。主桥刚构梁施工完成后,施工人员在梁面拼装的钢管拱支架上拼装半跨钢管拱共四个半幅,而后两孔前后竖转合龙施工,在河道航运繁忙、桥面狭窄等不利条件下,创造了同时安装合龙两孔高54米的大型钢管拱肋的新技术。两跨钢管拱逐跨转体合龙,转体吨位达3640吨,吨位目前居同类施工前茅。 



  采用了竖转法施工的宜万铁路宜昌长江大桥


  由中铁大桥局承建的景德镇白鹭大桥同样采用了竖向转体施工。白鹭大桥是景德镇市区内横跨昌江的桥梁,大桥通长795米,主桥长210米,为独斜塔无背索斜拉桥,主跨径120米,塔高73米,斜塔水平倾角58度,于2010年9月30日正式通车。



  采用了竖转法施工的景德镇白鹭大桥


    由于白鹭大桥的钢箱主塔过于庞大,安装精度要求非常高,而现场施工场地极为狭窄,为了保证焊接质量、降低高空作业风险,大桥局在桥面现场焊接、拼装钢箱主塔,制造完成顶推到位后再将主塔竖起。白鹭大桥主塔竖向转体采用了油缸集群、计算机控制、液压同步提升原理,实现了大吨位、大跨度、大体积的超大型构件超高空整体提升。


竖转法施工实例:


大瑞铁路澜沧江大桥


  
大桥大理岸钢管拱一次竖转就位。


  

  大桥大理岸钢管拱二次竖转就位。



  大桥保山岸钢管拱一次竖转就位。



  
大桥保山岸钢管拱二次竖转就位。


  两岸竖转就位,大桥合龙。


平 转 法

平转体系主要由转动平衡体系、转动牵引体系和转动支承体系组成。转动支承体系又有中心支承、环道支承和中心与环道支承相结合等方式。根据转体体系实现平衡的方式不同,平转法可分为平衡转体施工和非平衡转体施工。

2001年5月竣工的贵州北盘江大桥,是水柏铁路线上的关键控制性工程,同时也是世界上第一座上承式推力转体式铁路钢管混凝土拱桥。大桥桥面距江面高差达280米,桥长468.2米,主桥设计采用236米上承式钢管拱。 

  采用了平转法施工的贵州北盘江大桥


根据桥址地形的特征,水柏铁路北盘江大桥钢管拱的安装方法为在斜坡设膺架,进行节段安装焊接成整体,通过交界墩、扣索、背索、转动牵引装置构成转动体系,北岸水平逆时针旋转135度,南岸水平逆时针旋转180度,使两岸半拱在跨中合龙成拱桥。由中铁大桥局承建的北盘江大桥,其跨度、高度、转体重量和转盘大小均居当时世界同类型桥梁之首,2003年荣获鲁班奖,2004年荣获詹天佑土木工程大奖。 

近年来,大桥局还运用平转施工法建设了多座跨既有线桥梁工程。如2014年1月,武汉姑嫂树公跨铁立交桥经过51分钟逆时针“转身”106度,两个分别重1.73万吨、1.39万吨的箱梁成功转体,顺利跨越京广线、合武线等11条铁路线。2015年1月山东省邹城市三十米上跨铁路立交桥,历时99分钟,整体旋转97.3度后,一步跨越京沪铁路。这一过程大桥转体长度达198米,转体重量达2.24万吨。 



  武汉姑嫂树公跨铁立交桥“转身”时的场景。


2016年11月8日,重2.48万吨、长238米的半座斜拉桥在菏泽火车站附近京九铁路轨道上方成功完成转体施工,其综合技术、转体重量再次刷新世界纪录。据大桥总设计师、全国工程设计大师、中铁大桥院副总工程师徐恭义介绍,本项目共需跨越京九铁路、新日铁路和车站货场及电厂专用线等六条铁路,列车流量间隔时间不到5分钟。为解决上跨铁路施工的相关技术难题,主桥选型设计采用了单索面、独柱塔、塔墩固结、主梁漂浮的斜拉桥结构形式,再采用整体转身跨越铁路的施工方法,最大限度减少桥梁施工对铁路运行的干扰。



11月8日11时35分,采用平转法施工的山东菏泽丹阳路立交桥东侧主桥逆时针转动81.67度,与引桥实现精准对接。


平转法施工实例:


山东邹城上跨铁路立交桥


  转体前的邹城上跨铁路立交桥。



  转体达到约65度时的邹城上跨铁路立交桥。



  转体到位的邹城上跨铁路立交桥。


桥梁“转身”成时尚


转体施工法避免了在河道上搭设大量支撑管架,减少了钢管等周转性材料的投入,降低了成本。该工法改高空作业或水上作业为岸边陆地作业,安全得到了保证。在通航河道或车辆频繁的跨线立交桥的施工中可不间断通航,不干扰交通,且当主要构件先期合龙后,能给后续施工带来方便。 

正因为转体施工有上述优点,近些年全国各地桥梁都纷纷上演独具特色的转体“首秀”。 

2014年10月16日上午,在津汉高速公路跨津山铁路立交桥两端,两座T形钢构桥梁犹如一只凌空巨燕,在4台500吨千斤顶的助推下,舒展其长达90米、宽25米、总重达1.5万吨的“双翼”,以每分钟1.15度的速度顺时针旋转。历时58分钟,成功跨越津山铁路和津汉快速路,实现国内首座双跨同步转体桥的“完美转身”。 

2016年6月7日,长79.84米、重7800吨的云南芦槎冲特大桥跨铁路转体桥在8个撑脚和直径3.6米的球铰支撑下,逆时针缓缓转动79.5度后,与高速公路成功对接。据介绍,如果采用传统技术可能需要架设10片梁,施工时间达400至500分钟,对下方的玉蒙铁路运输造成极大影响,采用转体设计每6分钟大约转10度,干扰时间大大减少。 云南芦槎冲特大桥跨铁路转体桥成功合龙时的场景


2016年6月15日,南京市宁和城际上跨长江三桥南接线转体桥成功转体合龙。当日下午5时许,长江三桥南接线两侧已经建好的高架桥梁开始转体,桥梁与支架分离后顺时针平面转动83度。整座上跨桥桥宽9米,全长180米,单侧转体重量达4500吨。经过80分钟的空中同步转体,梁体在高速公路中央分隔带上方精准对接,标志着南京市首座转体桥转体成功。 

2016年10月11日7时35分,全国第一座变高度鱼腹式箱梁转体桥——河北省冀南新区机场路跨京广铁路桥成功跨越京广铁路、107国道,在空中缓缓划出一道弧线后与东西两侧桥体完美对接。为配合这座长90米,重达7500吨的大桥实现转体,繁忙的京广铁路、107国道临时断交“让路”58分钟。据悉,此鱼腹式箱梁桥具有跨度大、重量轻、结构美观、坚固耐用等特点,与同等规模转体桥相比,至少可节省上万吨钢筋、混凝土等建筑材料。 



  邯郸冀南新区机场路跨京广铁路立交桥的箱梁桥体在缓缓转动。


我国的桥梁转体施工技术起步虽然晚于国外,但是一经采用便得到迅猛发展,至今,不管在实践还是理论上都处于国际领先水平。同时,桥梁转体施工在我国具有广泛前景,特别是当前我国正大规模进行基础设施建设,山区桥梁和跨线桥急剧增多,因此对转体施工技术的研究具有重要意义。转动体系的设计与施工、转体稳定性控制是桥梁转体施工中的关键技术,是一座桥梁安全、顺利建成的保证,把这些技术的理论与实践更好地结合,将进一步促进我国桥梁转体施工技术的发展。  


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