T形刚构桥转体施工及监测关键技术

摘要:随着铁路网络密集化，上跨铁路桥梁需最大限度减少对运营线路的干扰。T形刚构桥平转法凭借“先平行建造、后水平转体”的优势，成为跨越繁忙铁路的核心方案，但其大吨位、长悬臂、毫米级精度要求对转体系统设计与施工监控提出严峻挑战。本文聚焦大跨度T形刚构桥转体施工及监测关键技术，系统梳理了工程概况、转体施工监测结果及安全与管理保障措施。在工程概况部分，介绍了桥梁结构形式、截面特性及转体施工流程；在监测结果分析中，对水平转角、倾角、撑脚应力与竖向荷载的监测数据进行了详实解读，验证了施工方案的稳定性与安全性；在保障措施中，从技术校验、管理组织、数据智能化与应急响应四大维度提出了闭环控制策略，为实现高效、安全、精准的长悬臂转体施工提供了完整的技术支撑。

关键词：T形刚构桥转体施工；监测技术；质量保障

1 T形刚构桥转体施工概述

转体T形刚构桥施工是将T形刚构桥整体在桥墩处水平面转动至设计位置的施工方式，该工艺兼顾了结构施工的优点，既能提高混凝土及钢筋施工质量，又能显著缩短对铁路运营线路的干扰。首先，在铁路两侧平行于铁路先施工T形刚构桥，然后再水平转体至设计位置[1]。

正式转体前，施工现场先解除转盘的临时锁定后进行不平衡称重试验，然后在桥面配重调整偏心矩以消除不平衡力矩（配重后不平衡力矩≤5mm）。转体通过多点校正保证转动中心与设计轴线重合。转体驱动系统通常采用连续液压千斤顶，配合同步控制装置，实现两侧或多点同步牵引，驱动力矩及牵引速度需实时监测[2]。转体过程中通过布设应变片、位移计和倾角仪等传感器，对梁体关键部位的受力、变形和转角进行在线监测，并将数据传输至中控室进行动态比对，若出现超限趋势应立即调整千斤顶牵引力或暂停作业。

2工程概况

成南扩容LJ4-1标涉铁段上跨兰渝铁路大桥主桥采用2×45mT形刚构桥，主梁截面为单箱双室变截面预应力混凝土箱梁，采用C55高性能混凝土。箱梁顶板与底板宽度分别为20.6m和12.6m，箱梁边支点梁高2.5m，中支点梁高5m；顶板厚度为0.3m，底板厚度为0.3～0.8m，箱梁梁高及底板厚度均按2次抛物线变化，变化方程分别为：箱梁梁高变化方程：H=250+250X/3525，(0<X<3525cm)；底板厚度变化方程：t=30+50x/2350，(0<x<2350cm)。箱梁采用平行于运营铁路挂篮对称悬臂浇筑法施工，可最大限度减少对运营铁路的干扰[3]。

2.1 转体施工方案及施工流程

桥梁转体施工流程包括：

①主墩、主梁施工。②转体施工准备，清理上下转盘、钢束穿束。③转体试验，包括平衡称重试验、静置试验、试转试验等。卸除上、下转盘间竖向约束，测试平衡状态，调节平衡重，先试转体。④正式转体实现铁路的跨越。⑤调整梁体姿态，转体过程及转体后对梁体端部标高进行监测，若球铰发生竖向转动，必然导致梁端标高发生变化，转体完成后需在上、下转盘间设置千斤顶对梁体姿态进行调整，使梁体线形满足设计要求。⑥封盘施工。连接上下盘间的钢筋，绑扎水平钢筋，采用自密实微膨胀混凝土封闭上下盘间的空隙。⑦桥面系施工。

2.1.1 转体准备

为保证转体的顺利实施，转体前需做如下准备：①主梁最后悬浇节段预应力张拉完后，可移除撑脚和滑道间的钢楔块。②拆除上下转盘间防水条。③安装百分表，读取百分表初读数。④拆除转盘临时锁定型钢。⑤转盘上标注转体角度，安装限位装置。

2.1.2 平衡称重试验

T构是完全自平衡体系，须确保横桥向与顺桥向对转盘中心的力矩平衡，转体前要进行称重试验进行验证，若转体不平衡，则采用在梁面配重的方法调整到平衡状态。称重试验方法：①在选定断面处安装位移计百分表和千斤顶；②调整千斤顶，使所有顶升千斤处于设定的初始顶压状态。③千斤顶逐级加力，纪录位移百分表的微小位移，直到位移出现突变。④确定不平衡力矩、摩阻系数、偏心距；⑤确定配重重量、位置及新偏心距[4]。

2.1.3 静置试验

平衡称重试验完成后，转体桥梁应悬臂静置12小时以上，每间隔1小时对转体结构悬臂端变位、撑脚与滑道间隙等关键参数进行监测。若有异常情况，应及时查找原因，及时处理。其中，悬臂端变位采用2台徕卡TM30精密全站仪配合2组360棱镜监测；撑脚与滑道间隙采用8套百分表监测。

2.1.4 试转试验

试转时间一般较正式转体提前1-2天，试转角度为3°且试转时主梁端部行程以不侵入铁路界限为主。试转速度和正式转体时一致。试转前向铁路部门申请60～90min天窗时间。转体选用2台ZLD200型液压、同步、自动连续牵引系统，形成水平旋转力偶，通过拽拉锚固且缠绕于直径9.1m的转台圆周上的2束19-φs15.2钢绞线，使得转动体系转动。

试转时预紧钢绞线，用千斤顶将钢绞线逐根以5～10kN的力预紧。预紧应采取对称进行的方式，并应重复数次，以保证各根钢绞线受力均匀。在预紧过程中，应注意保证钢绞线平行地缠于上转盘上。试转体开始后应分级加载至结构开始转动，并应记录启动牵引力及转体牵引力。施工人员应对整个转体系统的工作情况进行检查，并应检查转体结构、牵引平台、反力座的工作情况，遇异常情况时应进行处理。试转体时应记录转动时间和速度，并应根据实测结果与计算结果比对调整转速，角速度不宜大于(0.01-0.02）rad/min。

2.1.5 正式转体

本项目转体总角度为81.65°（左线）和75.68°（右线），转体角速度w≤0.02rad/min；控制以上转体速度，以确保转体过程安全。此外，左右线必须同步转动，两幅之间弧度差不能超过0.0873rad。转动应连续，并全程跟踪观测线形，控制最大线速度。转体时须保证在风力不超过4级（离地10m高处风速≤7m/s）的条件下进行。

转体精确定位控制：①转体动力系统应具有自动控制和手动控制两种功能，当主梁端部即将到达设计位置前100cm时，进行20mm、10mm、5mm、3mm、1mm行程点动，并与测量人员密切配合，获取点动操作时最大弧长转体数据。②点动操作、精确定位前，先对上部转体结构进行水平校正。③转动到设计位置前降低转速并设置转体限位装置，以防超转。④在梁端设置水平微调装置，在上盘下设置千斤顶调整纵横向标高。

2.1.6 转体后球铰封盘

梁体转体就位后，需按如下步骤进行上下转盘封固：①梁体转体就位后，在撑脚和滑道间加塞钢楔块并焊接牛腿以保证梁体的稳定性，然后进行封盘施工。采用帮条焊焊接预埋基础和实体块中的钢筋，焊缝长度满足规范要求。②采用二次封盘，第一次先封上、下转盘间混凝土，并在上转盘顶部预埋压浆浇注钢管。③待封盘混凝土凝固后用灌浆法填补因混凝土收缩留下的空隙，保证墩身与上下盘间混凝土的整体性。

2.2 转体施工监测技术要点

2.2.1 转体过程监控监测

桥梁转体过程监测采用中铁西南院研发的“基于BIM的桥梁转体智能化实时可视监控系统”。系统主要功能包括：①转体过程关键参数数据动态自动采集和无线传输功能。实现了动态自动采集桥梁线形、转体速度、空间位置、剩余弧长、转体牵引力、风速风向等参数监控数据，数据收集后通过特定频率和通信信号无线传输至计算机并保存。②数据自动分析处理功能。将收集保存的各参数数据进行自动处理分析，剔除异常或错误数据，将原始数据通过程序分析计算，得出所需要的测试数据，如将测点坐标转换成设计坐标等。③监控信息评估决策功能。开发了预警—评估—决策程序，系统中对各参数设置预警值，对超限数据报警提示，将超限数据结合其它参数进行综合安全评估，并结合人工进行分析决策。

④数据输出显示功能。利用BIM模型参数化建模特点，将分析处理得到的监控数据及相关结论在桥梁BIM模型上集成显示与仿真模拟。BIM模型上展示桥梁结构梁端标高变化、转体角速度、与设计位置的相对关系等，实现监控数据智能化，可视化。

2.2.2 测点布置及监测频率

转体过程中考虑到最不利荷载位置，本项目监控桥梁主梁在悬臂根部设置应力监测截面，每个截面设置均6个测点，测试频率为转体过程中实时监测；在T构梁端各设置一个观测点进行线形监控，转体过程中每5°观测一次；在每个连续千斤顶前端布置压力传感器，转体过程中实时监测牵引力大小。

2.2.3 监测预警值

应力：理论计算值的±20%，且不超过±4.0MPa。

线形：梁端竖向变形10cm。

角速度：0.02rad/min。

牵引力：1.2倍理论计算值。

转体前根据设计图纸建立转体桥梁BIM模型，并模拟现场地形和施工环境，将相关参数测试元器件所在位置与桥梁BIM模型关联，在模型上实时显示桥梁梁端标高变化、转体角速度、线速度、空间位置、剩余弧长、转体牵引力、风速风向等参数，相比常规监控方法提高了监控效率，能实时反映梁体工作状态，大大提高转体安全性。

3 保障措施

3.1 技术保障措施

在技术层面，应首先对所有监测设备进行入场前校验与标定，确保传感器、全站仪、百分表及称重传感器等测量装置的精度满足技术规范要求，并对关键仪器设置双路采集与冗余备份，避免单点故障影响整体监测。其次，球铰在转体过程中支撑转体重量，是平衡转动体系的支撑中心和转动中心，加工及安装精度直接影响转体效果[5]。混凝土配合比与温控方案也需在施工前进行试配与试件养护试验，明确不同环境条件下的早期强度发展曲线，并据此编制详细的浇筑与养护管理规程。此外，应针对施工中可能出现的传感器漂移、数据丢失等情况，设置自动校正算法与人工复核流程，确保监测数据的连续性与可靠性；当监测值接近警戒限时，系统自动预警并联动控制张拉设备或水箱放水装置，实现技术层面的闭环控制。

3.2 管理保障措施

在管理层面，需成立以项目经理为组长、技术负责人、监测工程师与安全员共同参与的“转体施工保障小组”，明确各岗位职责和信息报告流程，实行转体监测数据实时报送制度，对转体监测数据、转动进度及安全状况进行集中分析，并对发现的问题及时制定处理措施。所有参与转体作业的一线人员必须经过专项培训与实操考核，熟悉转体施工操作规范、信号指挥要领及应急处置方案。现场管理要落实“三级安全教育”，即转体前、转体中和转体后三阶段教育，确保施工人员及时掌握安全防护与监测要点。同时，应编制应急预案，模拟极端气象、设备故障等情景，定期组织应急演练，检验指挥流程与物资储备。施工过程中还要建立“质量与安全双重检查”制度，由专职质检员和安全员分别对转体全过程及监测系统运行情况进行交叉检查，并在关键节点形成巡检记录与签证，确保施工各环节按章作业、留痕可查。

3.3 应急响应与持续优化

尽管前期通过技术和管理手段尽力降低风险，仍需完善应急响应机制，以应对突发状况。首先，应制定包括设备故障、极端气象、位移超限等多种场景的应急预案，明确预案启动条件、响应流程、职责分工及物资储备清单。预案中，应通过“三级响应”模式区分事件级别：一级用于日常偏差预警；二级用于局部超限或传感器失效；三级用于重大结构异常或严重气象事件；相应启动不同规模的技术团队与资源投入。最后，应急响应结束后，要进行“事后分析—经验沉淀—持续优化”闭环：通过对现场数据、处置日志与影像资料的综合研判，评估预案执行效果与漏洞，更新预案细节与技术规范；对智能监测平台中的算法模型也要根据应急期间产生的新数据进行再训练与校正，提升预测能力。

4 结论

上跨铁路大跨度T形刚构桥的转体施工，是现代桥梁建造技术的高度集成，既依赖精确的装配与浇筑工艺，也离不开实时监测与智能化数据管理。通过多点传感、在线预警与闭环调控，能够及时发现并消除不平衡荷载与异常变形隐患；结合严密的技术校核与管理制度，可实现施工全过程的高效、安全与高质量交付。

参考文献

[1]朱燕林.跨既有线T形刚构桥转体施工控制[J].交通世界,2024,(26):92-94.

[2]王奇.基于EKF的T形刚构桥转体施工无线监测系统研究[D].广西科技大学,2024.

[3]明翊.某T形刚构桥转体施工监测与控制研究[D].华中科技大学,2024.

[4]喻钊,丁巍.转体施工T形刚构桥整体受力分析与桥墩优化设计[J].交通世界,2023,(19):172-174.

[5]他玉德.T形刚构桥转体施工质量控制[J].砖瓦,2021,(09):192-193.