请选择 进入手机版 | 继续访问电脑版
您好!欢迎来到路桥技术网
关注我们
扫码关注官方微信
手机版
手机扫描直接访问
统计信息
  • 全站会员:139686
  • 发帖总数:254299
  • 今日发帖:3
  • 昨日发帖:26
  • 在线会员:805
  • 发布动态:0
开启左侧

技术分析 长沙西北上行联络线特大桥跨高铁转体施工

[复制链接]
龙行天下 发表于 2019-8-20 18:01:47 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

您来了朋友,3秒注册,或者用QQ登录,让您畅游路桥技术网!

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册(仅限中文名字)

x

99330d34700c1883bbbe52f228ebc3c5.jpg

杭长客运专线新建之时,正值我国将武广客运专线正式更名为武广高速铁路,标志着中国高速铁路投入商业运行,所以本联络线大桥跨越武广高铁的安全问题就显得非同寻常。

e4479179e5807a0b210f2c5e4da47471.jpg
图1 桥梁转体前后平面关系示意图
杭长客运专线长沙枢纽内的南西、西北联络线两处大桥跨越武广高铁,为了尽可能减小施工和日后养护对既有武广高铁运营安全的影响,应最大限度地缩短跨线作业时间以及日后的养护维修作业,因此转体施工是最佳施工方案之一,而为了避免高压线的绝缘问题,结构应以混凝土主梁为好。跨越武广高铁主桥采用转体施工独塔斜拉桥,利用天窗时间转体就位。该桥孔跨为(32+80+112)m,主梁均采用预应力混凝土槽形梁,为转体平衡需要,80m的边跨对槽形梁的两侧边箱内腔部分填充,为此采用与112m侧不同的截面,主塔为钢筋混凝土。施工时,先沿武广高铁一侧搭支架施工主塔、80m的边跨和112m主跨,32m辅助跨在桥位处同时支架现浇修好,如图1、 图2及图3所示。待边跨和主跨转体到位后,主跨和辅助跨之间进行合龙,然后进行桥面轨道设施施工,完成二恒后调整成桥索力。

98e50122789d7a6a52b4de05c10aabb6.jpg

a829ed1558b1276d0316e38bebaa7655.jpg

图2 南西、西北两座联络线桥梁立面图

c224680b03d409568daef5c7c955265f.jpg

7fa644a0410402e252dbbf975b963d75.jpg
图3 南西、西北两座联络线桥转体前的实景图

技术状况分析


鉴于本桥上跨运营高速铁路的重要性,设计借鉴了英法海底隧道建设基本原则,即采用成熟技术、降低安全风险优先。我们采取的各种措施都是围绕降低安全风险这个核心问题。

斜拉桥方面

斜拉桥技术发展日趋成熟,各种体系、桥式、主梁、塔形、拉索的斜拉桥都有不少实例。国内斜拉桥跨径已突破1000米,处在世界前列。采用转体施工的也不乏先例,对于纯铁路荷载斜拉桥的研究虽然近年来不断增多,但鉴于铁路桥梁的特殊性,对此一直都比较谨慎,据调研目前世界范围内也鲜有可资借鉴的先例。
当时与铁路有关的各类形式的斜拉桥为32座,约占斜拉桥总量的1/10,32座中有11座在日本(必须说明:日本铁路荷载太小,甚至不及我国轨道交通荷载),有14座为公铁两用桥,2座为轻轨铁路,如果还算上主梁结构形式的差异,与本桥相近的可供借鉴类比的桥梁就寥寥无几。


转体桥方面

从1977年建成的第一座转体施工的遂宁建设桥至今,成功运用转体施工技术建成的桥梁逾百座,但大多转体吨位较小,可以说转体施工是技术比较成熟的一种施工工艺集成,且近年来转体吨位一再上升,尤其是在丫髻沙大桥突破万吨级后,国内又有多座桥梁相继跟进。到本桥设计时刚完成转体的郑州市解放路斜拉立交桥,转体重达17100吨,而超2万吨的转体桥也正在实施。
另外,绥芬河斜拉桥采用自平衡平铰磨心转盘结构构造的革新,给转体施工技术注入了新的内容。当时主要转体施工吨位见表1。

a09add0d7a283434e90eeb1811df240d.jpg

技术分析

根据可靠性理论,如果把该桥建设全过程作为分析对象,各环节都是影响安全的因素,各因素的关联及对整个工程的影响程度与方式都不尽相同,是非常复杂的综合体,到目前为止都还不能从纯理论的角度进行阐述和评价。所以,根据可靠性基本原理,从定性的角度,尽量把各方面的安全风险都降低,从而获得总体上的可靠度最大化,确保安全。除了邻近既有高铁施工的安全防护、跨越高速铁路作业外,其中最突出的一点就是设法降低转体吨位,避免转体吨位超纪录。本桥若按通常做法其吨位必然超过2万吨,而最终本桥只有14500吨,在此前提下采用成熟的球铰转体施工技术,其可靠性自然增大。

结构构造及桥式方案

工程环境主要控制要素

新建杭长客专铁路长沙枢纽西南、西北上行联络线特大桥的两处跨越既有武广高铁的单线铁路桥梁,鉴于以下四点原因,采用预应力混凝土槽形主梁结构的转体施工斜拉桥方案。
①邻近车站疏解要求结构建筑高度要小 ②线下高铁防电要求 ③本线施工期间的作业不干扰武广高铁 ④减少运营期间维护作业对武广高铁运营安全的影响


主要技术措施

前面已提到,降低工程规模有利于降低工程风险,基于此目的,桥型设计首先想到斜拉桥和拱桥,因为梁式桥在此过于庞大,建造风险较大。拱桥的梁体虽然可以做得较低,但目前还没有较好的跨线作业施工方法。所以,工程选用了斜拉桥方案,但即使是采用斜拉桥,通常的做法其规模依然较大,为此主要采用了下面三点特殊方法。
(1)边箱式槽形梁截面形式对主梁的影响最大,它决定了主梁在结构功能上的适应性和基本截面特性,基于槽形横截面形式进行了边板式与边箱式槽形截面的比较,三种可能的边板式槽形截面如图5所示。比较基于槽内相同的限界及更换轨枕需要空间考虑,可见图4。


bcb3a6a6939a8fe5223ebb7f7f69632f.jpg
图4 槽形梁限界及更换轨枕需要空间示意

斜拉索在槽形梁上的锚固是重要的主梁截面影响因素,斜拉索锚固理论上可以有置于槽形边板的外、中、内侧三种布置方式,见图5。根据锚固等最小空间或尺寸要求,决定了它们的梁宽分别为10.2m、9.3m、10.5m。前两种的梁上斜拉索锚固暴露在高铁上方,存在安全隐患;后一种加大了槽形梁底板的横向跨径,与边箱式相比,要达到同等强度还须加大底板厚度,这势必会增大转体吨位并带来不利的连锁反应。


7b8e7fd56c869ff7afb1778b3150a624.jpg
图5 三种可能的边板式槽形截面

综合考虑横截面受力、截面特性、锚固构造等因素,因边箱式槽形截面没有突出的弱点,故被采用。

(2)塔梁交叉固结处相融合的构造技术对于斜拉桥的塔与梁‘交叉’关系,一般会如图6左幅进行布置。因为本桥与桥下高铁线的交角很小(21°),减小桥塔横向宽度对减小桥梁跨度较为明显,故设计采用了图6右幅的布置形式,配合下塔柱前后左右叉开分为四条腿构造和圆形承台,可减小主跨跨径12.8m(约10%)。专项研究证明该构造应力分布平和、具有较高的强度安全性。

344b379b1507d263df45dfd737043fc6.jpg
图6 塔梁墩固结处相融合示意图(右图为发明技术)

(3)下塔柱四肢构造为增大纵向抗推刚度,改善结构行车条件,同时为了避免横向占地太宽侵限,下塔柱采用沿纵桥向外张、横向内收的四肢塔柱构造,见图3实景图。图7是几处关键构造的仿真分析模型。

6ce6f6fcb1962666e9bf2d3b4fc3f912.jpg
图7 几处构造分析模型   (槽形梁、球铰转盘桩基土、塔梁固结、桥塔锚固)

桥梁方案

为了避免漂浮或半漂浮体系斜拉桥在转体中因惯性力使塔梁发生相对位移,产生转体重心漂移而影响稳定性,而采用塔梁临时固结措施的安全可靠性较永久固结差,加上桥跨较小、地震作用不太容易控制,所以选择塔梁墩三者固结体系独塔斜拉桥。

由于采取了前述的一些特殊构造形式,使得孔跨(32+80+112)m的预应力混凝土槽形梁转体斜拉桥方案能够成立,并把转体体重控制在14500吨内。虽然吨位比较大,但技术成熟风险可控,避免了转体吨位创新高,有利于项目推进。

施工方面,沿京广高铁一侧搭支架施工主塔、(80.0+4.0)m的边跨和112.0m主跨,(32.0-6.0)m辅助跨在桥位处同时支架现浇修好,待转体到位后浇筑2.0m合龙段,而跨线部分的112m转体后直接上墩,无须合龙工序,大大缩短了高风险持续时间。最后进行桥面轨道设施施工、完成二恒后调整成桥索力。

3c580bcc9ddbeed4f5f3127e694b302f.jpg
图8 长沙西北上行联络线特大桥航拍全景图

专项研究

作为跨越运营高铁的跨线桥安全问题是首要的,而作为高铁桥梁其使用性能也至关重要。按照通常的做法,我们针对本桥也作了一些研究,包括:结构平面及空间静力性能研究、无砟轨道槽形主梁构造研究、塔梁固结应力分析及模型试验研究、转盘构造研究、桥梁结构抗风性能研究、桥梁结构抗震性能研究、风车桥动力性能研究、跨越运营高速铁路转体施工方案研究、施工阶段监控研究等。这里做以下几点说明:

1. 槽形主梁构造研究。除了前面有关截面形式选择外,对温度作用、梁轨关系进行了研究。因为槽形截面形式比较特殊,温度场分布存在一些特别之处。梁轨相互作用关系与槽形梁截面密切相关,理论上可以充分减小对钢轨的作用,截面确定时尽量向有利方向倾斜,这也是槽形梁的优点。

2. 桥梁结构抗风性能研究。为了避免误会,应该指明这里不是指通常的大跨度柔性桥梁的抗风问题,而是指桥下高铁行驶带动的空气流动作用,而且主要关注的是转体到高铁上方后没能如期固定桥梁时,列车风力对桥梁稳定性的影响。

研究结果说明,高速行驶列车空气压力对其上方的斜拉桥产生的风压不构成稳定威胁,无须特别防护,但如果是一般桥面,桥上杂物有可能会被吹落下来,而槽形梁就完全没有这种隐患。所以,该桥在运营中对武广高铁没有任何影响。

3. 塔梁固结区研究。对塔梁固结区除了进行仿真分析外,还进行了缩尺模型试验研究,这是鉴于这种塔梁固结构造的独特性,毕竟没人这样做过。

4. 转盘构造研究。除了对转盘、球铰的受力与变形分析外,该项研究实际上还包括承台及基础。当由球铰独立支撑转体重量时,重量由球铰集中传到下转盘(即承台)的中心区域,应力扩散范围有限,此时中心部分受力较周围大。分析时把承台与土之间的竖向支承作用也考虑进去了,这也是为了减小基础平面范围,不然桥跨可能还要加大。

5. 跨越运营高速铁路转体施工方案研究。主要在邻近运营高速铁路施工安全防护技术、既有武广高铁基础监测技术、转体球铰安装及转盘施工技术、边箱式槽形梁施工技术等方面展开研究并实际运用。实施中布设了很多监控传感装置,以掌握施工对高铁轨道变形的影响。

另外,在可靠性理论中,万分之一的失效概率是较低的保证率(失效概率是比较高的),一两百次的成功也不能说明可靠性很高,即使在第五百次失败时也只能说明是低保障率事件,工程建设需要有足够的安全意识。为正确认识杭长客专转体斜拉桥设计施工风险,结合可靠性理论,进行施工风险与可靠度分析,虽没能得到量化的可靠度分析结果,但有关施工安全可靠性分析探索,对我们在施工中了解风险、控制风险有一定的指导意义。工程安全越来越重要,可靠性理论具有指导性,此类研究将会是工程技术学科的前进方向之一。

在业主、施工等各有关参建单位的协同努力下,安全稳妥地建成该桥,实现了安全目标、功能目标,达到了建设预期。

虽然转体施工跨越高速铁路是可行的,但不能因此而阻滞了跨线桥技术的发展,转体成风未必可取,希望工程技术人员因地制宜地对待每一座跨线桥梁的设计与施工。


2df617e2f5fa295afde1e8c6a4c45ede.png

本文刊载 /《桥梁》杂志2019年 第3期 总第89期作者 / 饶少臣作者单位 / 中铁第四勘察设计院集团有限公司
编辑 / 陈晖美编 / 赵雯
责编 / 周洋审校 / 盛超 廖玲


转载自《桥梁杂志》
回复

使用道具 举报

本版积分规则

关注0

粉丝27

帖子14535

发布主题
  • 资讯·新闻·生活信息
  • 快扫一扫关注我们
  • 关注有好礼,千元礼券任性送