第二章第4节 6400吨转体跳“空中芭蕾”

　　闻道有先后，筑路也有先后。从泥泞路到砂浆路，从国道到高速，路的演变史就是发展的见证，就是时代的变迁。若是不同类型的路在同一区域交织，如何相得益彰，以取得叠加效应，就考量着建设者的谋略，尤其在建设施工中，前面的路怎样保持顺畅，后面的路又如何善得其身，需要一种别具匠心。
　　当城市轨道交通遇到高速公路，十字交叉，会产生怎样的建设传奇？
　　地铁2号线从庄桥站出来，往无锡东站方向，均走高架段。高架是设在空中的，涉及跨公路、跨河流。在保证交通安全、泄洪要求的前提下，在设计上尽量减小桥梁跨径，节约造价，缩短施工工期，节点桥主要有主跨径90米、60米、50米等连续梁合计共6座。普通区间标准段采用花瓶独柱墩，结构既显得挺拔、轻巧、流畅、舒展，正面中间设计呈圆弧状，弱化了墩体的体量感，立面上也富有变化。
　　其中难度最大的是高架跨沪宁高速，当时采用主跨138米的连续梁桥。先建后转，即先与沪宁高速公路平行建造梁体，再转体与两侧桥墩对接。据可查文献，是国内地铁施工中最大跨径的水平转体施工连续梁结构，也是国内首次将悬臂浇筑和转体施工相结合的连续梁桥施工方法。
　　为什么桥梁不能直接一次就位而要转体呢？
　　现场条件限制，下面是高速公路，上面是地铁高架，形成了立体式的交通格局。但高架在施工中，下面的沪宁高速是不能停运的，车辆川流不息的沪宁高速，要让它停下来是不现实的。那么，有什么办法既建地铁高架桥又不影响沪宁高速正常通行？最佳的办法就是在高速公路的外侧先建好桥梁体，再两端采用转体的方式，让它转身，转动一定角度，两侧桥体成为一条线，通过巨梁牵手，实现合龙。
　　沪宁高速是连接上海与南京的一条重要高速公路干线，全长274.5公里，其中江苏段248.21公里。沪宁高速是国家高速G42沪蓉高速公路的一部分，1996年通车，交通流量以年均15%左右的速度攀升，可以讲，沪宁高速是中国最繁忙的高速公路。这是长三角的大动脉，上海、苏州、无锡、常州、镇江、南京，这种串珠式的经济阵容，以及机动车保有量在全国都很靠前。沪宁高速为全封闭、全立交、高等级、多功能的现代化高速公路，其中上海至无锡段与国家高速G2京沪高速并线，通行能力每天达6万辆次，已成为长三角城市群联结全国的特殊交通枢纽。
　　在这样繁忙的高速公路上方架桥施工，那是半夜过独木桥——步步小心。所以，选择转体技术，是比较科学也比较可行的方式。当然，这对于2号线的建设者是一次严峻的挑战，好在无锡地铁和众多参建单位经历了地铁1号线的跌打滚爬，攻克了诸多难关，逢山开道，遇水搭桥，只是这次要搭的桥，不是一般的桥，非同小可。
　　承担此项高难度转体施工设计任务的，是无锡市政设计院。
　　鲍宏波，同济大学毕业，桥梁专业，现为市政设计院法务风控部部长。当年他是参与设计的三人小组成员之一。据介绍，为满足交通组织的要求，必须采用大跨径桥梁。当时做了桥梁方案比选，有三种备选：一是175米无推力自锚式拱，由于受到线路标高影响，拱矢高较小，受力不利；二是138米拱梁体系，梁结构采用转体到位后施工拱，但是如果拱设置于梁两则下部结构较大，没有空间。如果拱设置于梁中心线，则需要改变线路平面，且拱施工时候对沪宁交通也有影响，也不采用。三是推荐方案采用跨径组合为80米+138米+80米的连续梁结构，沪宁高速两端各80米，中间直接跨越沪宁高速的部分为138米。经过多轮方案比选及专家论证，最终采用主跨138米的连续梁。
　　“按照常规转体施工方法，本可在平行于高速公路方向搭支架现浇后，再进行转体。但是由于转体施工场地限制，下面有个汽车4S店和麦德龙超市，现场浇筑梁体的空间受限，也不能等，所以最后决定转体前采用悬臂浇筑的施工方法。这是一种设计和施工的大胆创新，虽然知道这样做有较大难度，还是要负重而上。”鲍宏波坦诚地说。
　　什么叫悬臂浇筑？其主要设备是一对能行走的挂篮，顾名思义，就是挂在墩体两边的平台，实施中分挂篮拼装、挂篮预压、挂篮行走、挂篮拆除四个环节。在这个特殊的平台上，实施钢筋绑扎、立模、浇筑混凝土等，两边同时进行，完成一段施工后，挂篮对称地向前各移动一节，进行下一对梁段施工，如此循序渐进，直到悬臂梁段浇筑完成。这是在地面上没有条件设支架的情况下，实施的一种特殊工法。
　　它的工艺特点是，挂篮是悬浇连续梁施工的主要装置，挂篮的制作安装是核心环节；主梁刚度大，节段局部变形小，挂篮变形对局部变形影响较大；施工中存在诸多因素数准确性，务必加强桥梁线形、应力控制；预应力盘张拉必须规范作业，两端同时对称张拉，不能出现过大偏心压力；合龙段施工决定融合工程成败，要确保结构体系转换后梁体内力、变形都满足设计要求。
　　什么叫桥梁转体施工？专业地讲，是将桥梁结构或其中主要构件在非设计轴线位置上进行相应的浇筑或拼装成形后，通过转动的形式实施精准定位的施工方式。简单地说，就是像挖掘机铲臂能够随意转动，先预制一个轴心，通过转动装置把梁体转过去，同样达到架桥目的。根据实际桥梁的转动方向，又分为竖向转体、水平转体、竖向转体与水平转体相结合等类型，常用的是水平转体施工。这样的转体方式好处是，不受现场条件的限制，能够跨越公路、铁路、河谷、城市主干道等，不用吊装设备，降低施工成本，缩短工期等。
　　“那你可能又要问，悬臂浇筑是跨越高速公路常用的施工方式，为何这里不直接悬臂浇筑，为何要选择先悬臂浇筑再转体这样复杂又有风险的施工方式？因为本桥跨越的高速公路比较特殊，是沪宁高速与京沪高速的并行段，可以说是中国最繁忙的两条高速公路的并行段，又靠近无锡东出口的展宽段，路面宽度达到62米（正常8车道高速公路宽40米左右），车流量相当大。经与高速管理部门多次沟通，认为悬臂浇筑、顶推等常规高速公路的施工方式，在高速顶施工周期均较长，对高速的正常运营带来较大风险和影响，转体是唯一认可的施工方式，所以跨越高速公路采用的是转体施工，同时因周边场地问题，最终采用的是先悬臂浇筑再转体的施工方式。
　　“转体桥梁是整体的预制部件，结构上有很强的力学稳定性和强度。转体施工的转动体系，包括牵引助推系统、制动系统、微调系统和观测系统等，助推系统使用全自动液压结构，将拉索和承台桥墩连接。制动系统是为了在转体过程中，对桥梁的转动幅度加以有效控制，转动辐度不宜过大也不能偏小，需要恰到好处。转体施工的核心部件是球铰，确认转动球铰的载荷和摩擦系数，以及安装转动球铰，是转体施工前最重要的工作。
　　“本桥相比较于一般的转体结构，在转体前大量时间处于悬臂浇筑阶段，转体系统承受的不平衡弯矩大、时间长，因而设计时充分考虑引起不平衡的各项荷载，转体设计充分考虑荷载工况，保证转体系统结构安全，另外球铰实际为不稳定结构，为保证悬臂阶段桥梁整体稳定，对球铰采取临时固定措施，并对临时固定产生的各种受力工况进行了验算。”鲍宏波说。
　　这次跨沪宁高速的桥梁转体，选用的是水平转体方式，其中最重要的是转动支承系统，称之为承台。先建承台，要打桩88米深，前后花了几个月。当混凝土浇筑到一定高度后，安装下球铰骨架，等待牢固后，吊装下球铰使之稳稳地落在骨架上，再进行调平，使球铰周围顶面处各点相对误差不大于1毫米，将调整螺栓固定。下转盘混凝土施工结束后，将转动定位钢销放入下转盘的预埋套管中，进行下球铰滑动片的安装和上球铰的安装。滑动片装完后，在下球铰球面上滑动片间抺黄油聚四氟乙烯粉。涂完后尽快安装上球铰，用胶带缠绕密封上下球铰吻和面，此间防止泥沙杂物混入球铰摩擦部位。
　　“初步设计时主跨采用136米的跨径，西侧主墩承台长边方向沿顺桥向设置。不巧的是，探测到一根石油管线很近，受线路及交通渠化的限制，若要避开并尽量远离管线，承台只能往西侧移动，即增大桥梁跨径。但是本桥原设计136米跨径，在中国同类铁路桥梁内尚属最大跨径，增大跨径无疑增加了设计、施工及运营的风险。为了尽量不增大跨径，又能保证承台离管线有一定安全距离，经过多次方案讨论、论证，最终将跨径增大2米，主跨为138米，并将承台转了90度，即横桥向为承台长边。为保证墩的刚度，将固定墩设置于东侧。这样在施工期间，管线与围护结构的最近距离为1.65米。该承台施工时候开挖大约深8米，对此基坑进行了设计，严格控制基坑变形，并对施工及运营期间对管线的安全影响进行了综合评估。
　　“建好的这个承台外形有点像超级版的大石磨，只是这个巨磨直径在10.4米，高7.1米，材质不是石头而是钢材。这个支承系统由上转盘和下转盘组成，上转盘高2.5米，支承转动结构，下转盘高4米，与基础紧密相连。上转盘与下转盘之间是0.6米。转体结构主要由转体下盘、转体球铰、上转盘、转动牵引系统组成，其中的转体球铰是转动装置。转动球铰是转动施工的关键结构，由上下球铰、固定上下球铰的钢销、下球铰钢骨架组成，它是整个转体的核心，在转体中支撑转体重量。通过对这个球铰的精密操控以确保桥体转得稳、转得准。
　　“对于结构在施工阶段的稳定性，主要存在两个不稳定点：一个是球铰之间的上下转盘之间有较小的相对转动，由于悬臂施工时间长和对标高控制的要求，这在悬臂浇筑阶段需要消除，保证结构的稳定性。二是跟一般的悬臂浇筑一样墩梁之间的连接。设计在悬臂施工阶段和转体施工阶段针对这两个点采取多重稳定措施，作为施工的指导。”鲍宏波继续说。
　　水平转体施工中，“转”是关键字，既要能转，又不能转过头，要掌握一个节奏。常规情况下，可以把启动摩擦系数设在0.06至0.08之间，为达到足够的启动力，按0.1配置启动力。所以，减少摩擦力和提高转动力矩是确保平转顺利的两个关键因素。转动力可以是推力也可以是拉力，推力由千斤顶施加，还辅以助推千斤顶，以克服启动时静摩阻力与动摩阻力之间的增量。说穿了，把“转”字弄灵了，这事就靠谱了。
　　在悬臂施工阶段，转动球铰上下转盘通过钢板将6个保险撑与转盘卡死，防止桥墩的轻微的转动发生，并在上下转盘的封锚钢筋进行了临时焊接。墩梁间设置混凝土临时支座，并张拉预应力拉杆，保证在施工阶段各不利工况下梁体不倾覆。另外，在主墩两侧设置4根钢管混凝土立柱，作为保证梁体稳定的附加措施，进一步提高梁体的稳定。
　　悬臂施工，稳字当头，长长的臂一节节地伸出去，高悬在空中，那么大的重量，若没有稳定支撑，就不堪设想了。不仅是工程技术要稳，地铁建设的哪一个环节不需要稳呢，百年大计，无稳不行，行稳方能致远。
　　在转体施工阶段，为了转体进行，将墩旁支架拆除，将梁固结主要靠临时支座及预应力拉杆完成，虽然比悬臂阶段少了墩旁支架这样一个安全措施，但是转体时候梁体的不平衡弯矩远小于悬阶段，其抗倾覆系数满足规范要求。为保证转体的进行，将上下转盘间的钢板抽出，进行转体，转体缓慢进行，转体时间短，保险撑和下转盘间细小间隙引起的转动很小，对结构基本没有影响，在极端情况下整个桥墩向一边倾覆也有直径10米的保险撑支撑，在设计转盘和撑脚的计算中都能满足。
　　正式转体之前进行充分的调试准备，主要作用是测试关键数据。先做好标识，在上转盘标注刻度，在下转盘埋设刻度指针，目的是监控转动距离和转速。接着调试系统，通过空载试运行，检验设备运转是否正确。调试时，以控制钢铰线拉伸长度为主，控制牵引力为辅，实现匀速运动。对箱梁不平衡力的测试极为重要，因为跨径大，两侧悬臂各为68米，测试时用千斤顶在上转盘下加力，并采用位移计测量球铰由静到动状态时的临界值。转体系统的计算内容有牵引力计算、球铰混凝土承压面计算、撑脚计算、上转盘计算、下转盘计算和上下转盘连成整体后，成桥节段承台计算。设计人员反复算、交叉算，夜里做梦时也在不停地算，要是哪个数据算不对，会吓得醒过来。
　　不打无准备之仗，工程来不得丝毫偏误，针对地铁这样的百年工程，特别要锱铢必较。
　　经过多次调试，承台趋于完善，项目组又对运行状况又进行了小结，对几个关键环节进行再讨论，怎样达到更好的效果，尤其是受力分析，以保证桥梁所受的力能处于平衡状态，计算桥梁受力能处于结构强度所能承受的范围内。相关单位技术人员反复论证，通过受力分析验实锚固措施完全能够提供安全可靠的施工环境，毕竟这是国内悬臂浇筑与转体施工的首次结合，在业界的分量不言而喻，太多的目光注视着无锡。
　　万事俱备，只欠东风。
　　实施正式转体那天早上，朝霞悬在东方的天空中，先是呈现微微的酡红色，渐渐地范围扩大，染成了一片深红，云片好似一片片重重叠叠排列有序的红鱼鳞。俄顷，云霞在晨风中明艳起来，演变成一块飘挂在天上的巨大红幕，似乎为跨沪宁高速桥梁转体盛大演出预热。此时，整个城市已经醒了，楼宇披上了淡淡的红装，树木也柔柔地润着光泽，沪宁高速如一条蜿蜒的灿烂的光带，落在了满目葱茏的锡东大地上。地铁集团、设计单位、施工单位等都派人早早地来到现场观摩。经前期协调同意，沪宁高速临时暂停车辆通行，让出两个小时配合转体施工，这宝贵的两个小时，必须使桥梁转体一次成功。
　　心往一处想，劲往一处使。先做好转体施工准备，在转体前半小时所有人员到位，先测量现场风速，能不能进行转体与风速密切相关，一般风速小于4级就可以实施。再全面进行现场检查，确认转体结构和设备处于优良使用状态。然后撇除滑道与撑脚之间的楔块，并用黄油润滑，减少摩擦阻力。配置多台千斤顶为转体提供牵引力。说实话，现场准备有条不紊，但每个人的心里都有一种或多或少的紧张感，毕竟是第一次实施这样的工法，人人心里都有压力。
　　“转体正式开始！”随着施工现场总指挥一声令下，多套连续千斤顶在同一时间集中发力牵引，在巨大的推动力下，长达136米的连续梁双“T”构开始在空中缓缓转动，监控人员屏住呼吸，双眼紧紧盯着桥体标高与轴线等参数，时不时地进行微调。转体速度控制在每分钟转动规定度角。现场指挥人员、操作人员小心翼翼，如履薄冰，时间一分一秒地过去，沪宁高速两侧的超大桥梁体在同步移动，举重若轻，“比翼双飞”，相当于这个重6400吨的巨无霸在沪宁高速上方跳“空中芭蕾”。
　　由平行逐渐向交叉、对直转换角度。当桥面两端中心轴线水平距离2米以内时，通俗地讲，两个梁体转到同一轴线，梁体与梁体接头的地方，中间只空了不足4米，立即停止转动，不能转过头。这时进入点动状态，每点动一次，报告一次监测数据，基本就位后用千斤顶反向顶撑脚，使之精准就位。接着，迅速调整梁体端部标高，同步与设计标高比照，确定到位后，撑脚下垫入钢锲块实施固定，立即将撑脚与滑道板焊接锁死；再把上、下球铰焊接锁死，随后在桥体两端空隙处浇筑混凝土封盘。这样，重达6400吨的庞然大物，在空中实现了“华丽转身”，顺利完成桥梁转体施工。
　　110分钟，桥梁转体施工完美谢幕。也就是这短短的110分钟，在沪宁高速无锡段的上方，横跨起一座长度138米的高架箱梁。一桥飞架东西，在无锡的交通版图上，画上了浓墨重彩的一笔。
　　这个桥梁转体施工，2017年获得江苏省城乡系统优秀设计一等奖。至今，悬臂浇筑加转体施工大跨度的，业界未见第二例。
　　如今，从高处眺望，建成后的跨沪宁高速城轨高架，如一条钢铁长龙腾空而翔，从林立的楼宇之间穿梭而出。极目所处，惠山逶迤，蓝天白云，绿树成片。倏忽间，2号线地铁列车从隧道口驰向高架，呼啸而来，转眼就跃过沪宁高速，疾速而去，在锡东大地上绘出了一幅壮阔的现代交通发展图。