下承式鋼管拱肋公路跨鐵路橋雙向轉體施工工法

《下承式鋼管拱肋公路跨鐵路橋雙向轉體施工工法》是中鐵七局集團有限公司完成的建築類施工工法；該工法的作者分別是劉林山、張群勝、劉寶貴、杜翔斌；適用範圍是跨越鐵路、公路、山谷、河流等大跨度拱橋施工，平原地區建築高度高、場地狹窄、缺少大型裝吊機具、設備和支撐材料的工地。

《下承式鋼管拱肋公路跨鐵路橋雙向轉體施工工法》主要的工法特點是採用豎轉，將主拱肋放低到地面最低位置拼裝施工，可節約大量的腳手架支撐，大型吊裝設備，而且還避免過高的高空作業，既安全又保證質量。

2008年1月31日，《下承式鋼管拱肋公路跨鐵路橋雙向轉體施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家一級工法。

基本介紹

• 中文名：下承式鋼管拱肋公路跨鐵路橋雙向轉體施工工法
• 工法編號：YJGF26-96
• 完成單位：中鐵七局集團有限公司
• 主要榮譽：國家一級工法（2005-2006年度）
• 主要完成人：劉林山、張群勝、劉寶貴、杜翔斌
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部

形成原因

拱橋轉體施工技術作為橋樑施工方法之一，在特殊的橋位上與其他施工方法相比，有優越性和競爭力。中國自1977年在四川首次套用轉體法施工淨跨70米箱形拱橋以來，轉體技術不斷完善和發展，轉體方式越來越多，套用越來越廣。以往各種橋樑轉體都是採用豎轉或平轉單一的轉體方式，跨越的障礙多為河流、峽谷等，在安陽文峰路立交橋施工中，運用先豎轉後平轉的雙向轉體施工技術，順利就位合攏，在京廣鐵路幹線上作業不中斷行車，在安全、質量及效益等方面取得了綜合效益。

工法特點

《下承式鋼管拱肋公路跨鐵路橋雙向轉體施工工法》的工法特點是：

1.採用豎轉，將主拱肋放低到地面最低位置拼裝施工，可節約大量的腳手架支撐，大型吊裝設備，而且還避免過高的高空作業，既安全又保證質量。

2.採用平轉，可大幅度減少對橋下鐵路運輸作業的干擾。可不中斷行車，對運輸繁忙的鐵路幹線尤為重要。

3.採用高強鋼絞線液壓千斤頂豎轉提升系統和力偶式千斤頂張拉平轉系統，較鋼絲繩卷揚機系統，不但技術上先進，而且還安全可靠，運行平穩，節約專用設備投資。

4.平轉時採用小環道鋼筋混凝土支墩保險，大環道四個牛腿支撐保險和用壓力感測器監控平衡重精確整等三重保險措施，行之有效，確保平轉安全可靠。

操作原理

適用範圍

《下承式鋼管拱肋公路跨鐵路橋雙向轉體施工工法》

1.適合跨越鐵路、公路、山谷、河流等大跨度拱橋施工。

2.適合平原地區建築高度高、場地狹窄缺少大型裝吊機具、設備和支撐材料的工地。

工藝原理

《下承式鋼管拱肋公路跨鐵路橋雙向轉體施工工法》的工藝原理如下：

1.豎轉：將拱肋分為兩半跨在鐵路兩邊分別就地拼裝。在拱腳與墩身聯結處設臨時豎轉鉸；在頂設臨時塔架、後設平衡梁並配置及平衡重；在塔架頂設扣索，張拉系統並用鋼絞線作扣鎖連線拱肋（見圖1）。用液壓千斤頂以張拉方式作動力牽拉扣索，將趴在地平面拼裝好的拱肋拉起豎轉到以拱腳為軸心旋轉抬拉到拱肋設計高度。

原理：當拱肋在豎向範圍內旋轉時，根據平衡性由拱肋自重G計算出F₁、F₂，從而得到平衡配重。

G_平衡≥（0<α<90℃，β為固定值）

在旋轉過程中，a逐漸減小，當到達預定高度時a最小，則G_平衡為最大，因此，將在地平面拼裝好的拱肋以拱腳為軸，旋轉抬拉到拱肋設計高度時，選取平衡重大於計算出的最大G_平衡即可。

圖1 塔架頂扣索張拉系統設定圖

2.平轉：在承台與墩身之間設定水平轉盤（見圖2）水平轉盤一般為C50鋼筋混凝土球缺面鉸，並在球鉸下盤心設一鋼軸。上下盤充分磨合併加潤滑劑。採用力偶式千斤頂張拉系統將墩身連同豎轉體系組成（部分平衡重已卸去）同時平轉。兩側半跨拱肋合攏對接（見圖2）。

原理：在平轉過程中，根據槓桿原理保證配重和拱肋自重平衡。

圖2 水平轉盤設定圖

圖3 兩側半跨拱肋合攏對接

施工工藝

工藝流程

《下承式鋼管拱肋公路跨鐵路橋雙向轉體施工工法》的總體施工流程（見圖4）。

圖4 總體施工流程圖

一、水平轉盤製作

1.水平轉盤為鋼筋混凝土球缺面鉸。承台施工完畢後，先在其上製作下轉盤，下盤球面利用刮板成型。製作時要保證球面位置的準確和球面形狀的一致，並用水砂輪將球面磨光。

2.以下球面為底模，蓋上塑膠膜，立側模澆上盤。

3.待上盤混凝土到一定強度後，吊起上盤，取掉塑膠膜，再將上盤蓋上，轉動上盤，進行磨合。

4.當球上下盤研磨光滑並完全密貼後，吊起上盤，將球面清理乾淨，塗上專用潤滑劑，蓋好上盤並臨時固定後進行墩身施工。

二、平、豎轉施工流程（見圖5）

圖5 平、豎轉施工流程圖

操作要點

《下承式鋼管拱肋公路跨鐵路橋雙向轉體施工工法》的操作要點如下：

一、水平轉盤製作

1.水平轉盤為鋼筋混凝土球缺面鉸。承台施工完畢後，先在其上製作下轉盤，下盤球面利用刮板成型。製作時要保證球面位置的準確和球面形狀的一致，並用水砂輪將球面磨光。

2.以下球面為底模，蓋上塑膠膜，立側模澆上盤。

3.待上盤混凝土到一定強度後，吊起上盤取掉塑膠膜，再將上盤蓋上，轉動上盤，進行磨合。

4.當球絞上下盤研磨光滑並完全密貼後吊起上盤，將球面清理乾淨，塗上專用潤滑劑，蓋好上盤並臨時固定後進行墩身施工。

5.專用潤滑劑由四氟粉與黃油按一定比例混合而成。

二、保險栓及牛腿的安裝

1.為增加轉動體系抗傾覆的能力，在墩身底部設定4個鋼筋混凝土保險栓，在墩身兩側設四個鋼製牛腿，並在保險柱、牛腿下面各設相應水平環道（見圖6）。

圖6 牛腿和保險栓

2.豎轉時保險柱、牛腿與水平環道間隙墊死並固牢；平轉時保險柱與環道間隙8毫米，並用聚四氟乙烯板填塞，牛腿末端設定液壓千斤頂與環道保持一定間隙，並隨時監視其變化。

3.豎轉鉸安裝拱肋豎轉鉸為鋼銷軸鉸，是拱肋豎轉時關鍵部位之一除要求其足夠的強度、剛度外，在安裝中應特別注意以下幾點。

（1）豎轉座標位置要準確，要保證豎轉到位後，拱肋各點坐標位置與設計位置相符合。

（2）兩個軸的同心度要好，同一豎轉的每根銷軸應位於同一軸線上，以防止豎轉過程中產生過大的局部應力。

（3）豎轉鉸軸線必須水平，並且與拱肋軸線垂直，以保證拱肋沿垂線平面豎轉和拱肋兩側主弦管水平，以便合攏。

三、拱肋豎轉

1.在塔頂設定擺動式頂鎬作業平台。因拱肋豎轉時，扣索傾斜角不斷變化，頂鎬作業台也隨之擺動，與受力方向一致。

2.扣索選用直徑15.2毫米鋼鉸線束，錨具選用XYM工具無頂壓錨具穿好扣索後，先逐級張拉調整各鋼鉸線的預拉力，使其拉力均勻。

3.為使拱肋兩側同步豎轉，將兩側張拉千斤頂油管路並聯，並採用隨時量取千斤頂行程，在鋼鉸線貼應變片測量應力，在鋼鉸線做長度標記，量取長度變化情況和隨時用水平儀測量兩拱肋相對高差。拱肋頭端相對高差控制在±5厘米。

四、平衡重調整

1.在豎轉完成後，為保證水平轉體順利，必須調整平衡重。調整平衡重以實測為準，誤差控制在萬分之一以內。過程中，隨拱肋不斷升高，其重心不斷移近墩身，從而為維持整體平衡所需的平衡重，也應相對應調減。為了簡化操作，採用了豎轉過程不進行平衡重調整，待豎轉到位後平轉開始之前再統一調整的方法。

2.調減配重除以計算數據為依據外，還在墩身牛腿及平衡梁下各設一台壓力感測器，根據感測器壓力值計算出應調減的配重值。

3.調減配重採取分批調減，少減多調的原則，嚴禁超減。減載至各壓力感測器壓力為零，系統平衡為準。為保險起見，調整時設限位架。

五、平轉及對接合攏

1.平轉採用力偶式千斤頂張拉鋼絞線平轉系統。即在上盤身底部纏繞鋼絞線，利用千斤頂張拉鋼絞線使體系轉動（見圖7）。

圖7 力偶式平轉系統

2.平轉時要密切注意轉動體系傾斜、擺動等異常情況；平轉快到位時應放慢，防止平轉過位。

3.平轉完畢，兩拱肋對位準確後，應立即進行接頭合攏焊接，豎轉鉸加固，用混凝土封固上轉盤等項工作。

4.系桿張拉對於系桿拱橋利用系桿張力平衡部分拱肋對橋墩側推力，所以在吊裝橫樑，灌注鋼管混凝土和橋面系施工逐步增大拱肋對橋墩側推力同時應相應逐次張拉系桿，減少整個橋體對橋墩側推力。

六、勞動力組織（見表1）（按文峰立交橋施工規模，兩側轉體分別進行）。

材料設備

《下承式鋼管拱肋公路跨鐵路橋雙向轉體施工工法》所用的材料及設備明細（見表2）：

質量控制

《下承式鋼管拱肋公路跨鐵路橋雙向轉體施工工法》的質量控制要求如下：

1.建立完善的質量保證體系，各過程均有專職質檢人員檢查驗收，前一過程不合格不得轉入下一過程施工。

2.轉體施工應滿足《公路橋涵施工技術規範》和《公路工程質量檢驗評定標準》的規定和要求，對規範中沒有規定的特殊項目和內容，在轉體施工作業細則中要有專項規定.

3.堅持“三服從、五不施工、一個堅持”制度，即“進度服從計畫，進度服從安全、質量，質量否決服從監理”；“施工準備不做充分不施工，試驗未達到標準不施工，施工方案和質量保證措施未確定不施工，設計圖紙沒有審核方案、未進行最佳化不施工，現場沒有進行技術交底及特殊工序沒有《作業指導書》不施工”；“堅持工程質量未達標堅決進行返工”。

4.對工程實施全過程的質量控制，要突出質量的事前控制，重點強調質量的過程控制，做好工程質量的事後控制。

5.按照施工方案，對材料、機具、設備、施工工藝、操作人員等影響因素進行控制，以保證總體質量處於穩定狀態。

6.做好施工工藝質量控制，對全體施工人員進行“施工工藝技術標準”的交底，對關鍵環節的質量、工序、材料進行驗證，使施工工藝的質量控制符合標準化、規範化、制度化的要求。

7.加強施工工序的質量控制，實行總工程師負責制，專業工程師、技術員和質檢工程師層層把關，對影響施工質量的五大因素（人、材料機具、方法、環境）進行控制，使工序質量數據波動處於允許的範圍內。通過工序檢驗等方式，對工序質量進行評定；在產生偏離標準的情況下，分析產生的原因，並及時採取措施，使之處於允許誤差範圍內。

8.定期對全體施工人員進行規程、規範、工序、工藝、標準、計量、檢驗等基礎知識的培訓，開展質量管理和質量意識教育.

9.實行班組保證本工序、監督前工序、服務後工序的自檢、互檢、交接檢和專業性的“中間定期”質量檢查，保證不合格工序不轉入下道工序。出現不合格工序時，做到“三不放過”（原因不清不放過、責任不明不放過、措施未落實不放過），並採取必要的措施，防止再次發生。

10.制訂施工作業細則和工藝操作要點，並在作業前對現場作業人員培訓，使每個操作人員都能熟練掌握、正確操作。

11.嚴把進料關，杜絕不合格品進入工地。

12.加強測量控制，確保孔跨尺寸和拱肋拼裝結構尺寸的精度，以保證拱肋正確對接合攏。

安全措施

採用《下承式鋼管拱肋公路跨鐵路橋雙向轉體施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.建立完善的施工安全保證體系，加強施工作業過程中的安全檢查，確保作業標準化、規範化。

2.制訂適應該工程特點的施工安全措施和注意事項，並在施工過程中認真執行。

3.高空作業區設定安全防護網和防護圍欄，高空作業人員必須配帶安全防護用品。

4.加強施工機具設備管理和施工用電管理，防止機械事故和觸電事故。

5.加強鐵路安全防護，防止機具材料侵入鐵路限界及鐵路上空作業墜物砸壞過往列車。在鐵路兩側設防護欄桿，防止人員隨意穿越鐵路。

6.對鐵路安全威脅大的施工過程，派專人與車站值班人員聯繫，隨時掌握列車動態，並加強現場安全防護。

環保措施

《下承式鋼管拱肋公路跨鐵路橋雙向轉體施工工法》的環保措施如下：

1.嚴格遵守國家有關環境保護的法律、法規和規章，按照契約和國家及地方有關環境保護的有關規定，對環境保護工作做全面規劃，綜合治理。

2.及時與環境保護管理機構取得聯繫，遵守有關控制環境污染的法規，從組織管理、防止和減輕水、氣污染、施工噪聲及震動控制、水土保持、粉塵控制等多方面採取一切合理措施，將施工現場周圍環境的污染降至最小程度，搞好污水處理，防止污染水質，做好水土保持

3.制定下發環保細則，對職工進行環保教育，採取有效措施保護自然環境。廢棄物和垃圾棄到指定地點；疏通排水系統，防止水土流失。

4.定期清理工程廢棄物及工程材料運輸過程中的防散落與沿途污染措施，廢水除按環境衛生指標進行處理達標外，並按當地環保要求的指定地點排放。

5.對施工場地及進場道路進行硬化，並在晴天經常對其進行灑水，防止塵土飛揚，污染周圍環境。

6.完工後及時清理施工場地，做到“工完料淨”，不給周圍環境遺留工程垃圾。對於償還用地，待工程完工後，覆蓋熟土，恢復耕作條件。

效益分析

《下承式鋼管拱肋公路跨鐵路橋雙向轉體施工工法》的效益分析是：

1.該橋主跨拱肋最高達37米，如要不採用就地搭架支撐，則需架高40米寬20米腳手架兩座，租用75噸吊車四台，僅此兩項費用計60萬元。採用豎轉方案，費用僅30萬元，節省50%。

2.採用平轉，可避免或減少空中作業對橋下作業的干擾。對於繁忙的鐵路幹線，可不中斷行車，效益更明顯。例如，按常規施工，需要點220次，採用平轉後，只在22個橫樑吊裝時要點22次，節約要點近200次。

3.如果採用卷揚機鋼絲繩轉體方案，需購置15噸大型卷揚機4台，直徑40毫米鋼絲繩8000米此兩項就需資金50萬，這些機具材料通用度小，而且鋼絲繩過長彈性大，不穩定。採用頂鎬鋼絞線轉體方案，頂鎬只需少量添置，鋼絞線亦可重複使用，資金只用不到10萬元。

註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

套用實例

《下承式鋼管拱肋公路跨鐵路橋雙向轉體施工工法》的套用實例如下：

安陽文峰立交橋位於安陽火車站南咽喉，橫跨京廣上行正線和站線14條線路。主跨138米，高39米，結構為下承式鋼管混凝土系桿拱橋，主拱肋由4根直徑720毫米鋼管組焊成正梯形，腹管直徑300毫米由於該橋位於運輸繁忙的京廣鐵路幹線上，為減少主橋施工對運輸的影響採用將主橋分成兩個半跨。分別線上路兩側拼裝，然後採用平轉，使其在空中對接合攏的施工技術。此外，由於主拱肋距地面最大高度達37米，若採用滿堂支架正位拼裝方案。一則需大量支撐腳手特大型吊裝設備，二則不安全，故採用將拱架放低到地平面製作，然後豎轉將其抬高到正位。該橋單側平轉總重2719噸，平轉角度78°，單側拱肋豎轉總重346.4噸，轉角26750，端點升高高度31.9米由於數據計算準確，施工方法科學可靠，實施操作嚴格標準，協調配合嚴密得當，該工程採用豎平轉結合的雙向轉體法施工得以順利進行。與此同時，在豎轉鉸的製作安裝，平衡重體系的計算和轉換，平轉轉盤的製作、研磨和減磨劑配置以及平轉豎轉動力張拉體系等方面形成了施工技術。

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《下承式鋼管拱肋公路跨鐵路橋雙向轉體施工工法》被評定為2005-2006年度國家一級工法。