一种桥塔竖转系统及其施工方法 |
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| 申请号 | CN202010027265.6 | 申请日 | 2020-01-10 | 公开(公告)号 | CN111119027A | 公开(公告)日 | 2020-05-08 |
| 申请人 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司; | 发明人 | 刘振标; 文望青; 严爱国; 王小飞; 周刚; 张杰; 严定国; 张晓江; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种桥塔竖转系统及其施工方法，包括竖转装置、牵引装置和竖绞系统；所述竖绞系统安装于桥塔的塔根侧桥墩上，用于铰接桥塔的塔根端；所述竖转装置顶端架设于桥塔的中部，底端架设于牵引装置上；所述牵引装置固定部件架设于 水 平桥墩上可竖直 支撑 起竖转装置的底端，活动部件水平连接在竖转装置的底端；当所述牵引装置动作时，可带动竖转装置的底端作水平运动，进而改变桥塔的塔头端的高度；本发明可运用于跨峡谷、既有公路、 铁 路线时拱桥竖转施工，各类异形预制桥塔，包括竖直桥塔，竖转施工以及临时扣背塔的竖转，具有良好的推广应用前景。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种桥塔竖转系统，其特征在于，包括竖转装置(1)、牵引装置(2)和竖绞系统(3)；所述竖绞系统(3)安装于桥塔的塔根侧桥墩上，用于铰接桥塔的塔根端；所述竖转装置(1)顶端架设于桥塔的中部，底端架设于牵引装置(2)上；所述牵引装置(2)固定部件架设于水平桥墩上支撑住竖转装置(1)的底端，活动部件水平连接在竖转装置(1)的底端和牵引装置(2)动力部件之间。 |
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| 说明书全文 | 一种桥塔竖转系统及其施工方法【技术领域】 [0002] 目前，国内外桥塔竖转系统主要由临时塔架、牵引装置及拉索等部分组成，通过向上的牵引力使桥塔绕塔脚转动，最终到达设计指定位置。该方法需安装临时扣背索塔，并设置多个地锚以平衡转体过程中的水平力和竖向力，工程造价较高，高空作业时间长，施工作业环境较差。在具体的桥梁施工过程中，还需要全面、科学合理的计算对施工过程关键控制因素，例如临时索塔的高度，所需要的承受压力，扣背索力及水平角度，主塔自身变形及受力等，以及异形塔在竖转过程中重心不断变化，由此带来的稳定问题无法忽视，对设计人员、施工人员以及施工设施均具有较高的要求。 [0003] 随着我国经济和社会的发展，跨线桥梁如跨既有公路、铁路线情况越来越普遍。为减少对既有线的影响，急需针对桥塔尤其是异形塔新的竖转装置及施工方法，来解决场地受限条件和恶劣施工条件下的桥塔竖转技术难题，为跨线桥梁设计和施工提供新的参考角 度。 [0005] 本发明需要解决的技术问题是：当前用于桥梁的竖转装置结构复杂、建造难且整体平衡和稳定性差，尤其不适合用于异形塔在竖转过程中重心不断变化的情况，通过一种 桥塔竖转系统搭建稳固的竖转装置，并通过施工方法简化建设流程。 [0006] 本发明通过如下技术方案达到上述目的。 [0007] 第一方面，本发明提供提出一种桥塔竖转系统，包括竖转装置、牵引装置和竖绞系统；所述竖绞系统安装于桥塔的塔根侧桥墩上，用于铰接桥塔的塔根端；所述竖转装置顶端架设于桥塔的中部，底端架设于牵引装置上；所述牵引装置固定部件架设于水平桥墩上支撑住竖转装置的底端，活动部件水平连接在竖转装置的底端和牵引装置动力部件之间。 [0008] 进一步的，所述竖转装置为桁架式结构，包括顶边杆、底边杆、侧边杆、前拉杆和后拉杆； [0009] 所述侧边杆为两根，两根侧边杆对称铰接于顶边杆和底边杆的两端，形成一个长方形空间桁架结构； [0010] 所述前拉杆一端铰接于顶边杆，另一端连接在桥塔背部前端； [0011] 其中后拉杆一端铰接于顶边杆，另一端连接在桥塔背部后端； [0012] 所述前拉杆、后拉杆和其在桥塔上的接触段之间形成三角形空间桁架结构。 [0014] 所述底边杆两端各设置接地轴承，形成滑动端； [0015] 所述牵引钢绳设置多根，牵引钢绳的一端连接于竖转装置的底边杆，另一端设置在卷扬机中； [0016] 所述滑道水平的安装于桥墩上，其宽度与竖转装置相适配；所述底边杆滑动设置于所述滑道上； [0017] 所述卷扬机安装于桥塔的塔根侧桥墩上且通过牵引钢绳连接底边杆。 [0019] 所述绞盘承台竖直固定于桥塔的塔根侧桥墩上，所述塔底节段设置于绞盘承台的顶部，所述竖转接口设置于塔底节段内铰接桥塔的塔根端；所述位置传感器设置于旋转接 口中与卷扬机的处理器相连，用于监测桥塔的竖转位置并给卷扬机传递位置信息的数据。 [0020] 进一步的，在两个所述侧边杆的中间设置多根加强杆。 [0021] 进一步的，所述桥塔背部前端设置有第一凹槽，后端设置有第二凹槽；所述前拉杆和/或后拉杆设置多根，其中多根前拉杆的一端均匀铰接在顶边杆上，另一端铰接于在桥塔背部前端的第一凹槽内，其中多根后拉杆的一端均匀铰接在顶边杆上，另一端铰接于在桥塔背部后端的第二凹槽内。 [0022] 进一步的，所述滑道上设置抗拔槽，底边杆两端设置抗跳销，所述抗跳销卡在抗拔槽中。 [0023] 进一步的，还包括稳定索，所述稳定索一端连接在桥塔的塔头端桥墩上，另一端连接在桥塔的塔头上。 [0024] 第二方面，本发明提供一种桥塔竖转系统的施工方法，应用于第一方面提出的桥塔竖转系统，包括以下步骤。 [0025] 步骤一：按设计图纸施工设置桥塔的桥墩，在桥墩指定端建设绞盘承台，并将塔底节段设置于绞盘承台上表面，在底节段中开设竖转接口。 [0026] 步骤二：设置地基支架，完成异形桥搭的搭建，其中异形桥搭的塔根端连接在竖转接口中。 [0027] 步骤三：安装牵引装置，其中滑道水平设置于桥墩上，并根据设计图纸要求调整宽度；其中卷扬机安装在桥塔的塔根侧桥墩上；安装竖转装置，将前拉杆和后拉杆的一端同时铰接于顶边杆上，将前拉杆的另一端连接在桥塔背部第一凹槽内，将后拉杆的另一端连接在桥塔背部第二凹槽内，组成三角形空间桁架结构；将底边杆安放到滑道上，将两根侧边杆铰接式连接于顶边杆和底边杆的两侧，形成平行四边形空间桁架结构； [0028] 将牵引钢绳一端缠绕在卷扬机中，另一端连接到底边杆上，当牵引钢绳拉紧时与滑道平行； [0029] 将稳定索一端连接在桥塔的塔头侧桥墩上，另一端连接在桥塔的塔头上。 [0030] 步骤四：竖转动作即围绕塔根端向上旋转桥塔：启动牵引装置的卷扬机正向动作收拢牵引钢绳，底边杆的底部在牵引钢绳作用下沿滑道逐渐靠近桥塔的塔根，底边杆的底 部推动侧边杆围着顶边杆旋转，同时侧边杆的顶部逐渐升高并顶起顶边杆，顶边杆抬起前 拉杆和后拉杆从而带动桥塔竖转，直至位置传感器监测到桥塔提升至指定位置，卷扬机根 据位置传感器信号自动降低功率至指定值，维持牵引钢绳抵挡桥塔的自身重量形成的水平 分力，然后通过螺栓将桥塔固结于塔底节段中防止其自动倒下，且可通过硬质卡块抵住底 边杆防止其自动向桥塔的塔头滑动；当桥塔位置稳定后关闭卷扬机；当桥塔旋转超过阈值 时，稳定索刚好被拉直将桥塔带住。 [0031] 步骤五：复位动作：根据工程进度需求进行反向旋转即围绕塔根端向下旋转桥塔时，先启动卷扬机正向动作适当收拢小段牵引钢绳至可以退出硬质卡块和螺栓，然后控卷 扬机反向动作，缓慢放出牵引钢绳，桥塔在重力作用下挤压斜边杆，斜边杆产生水平分力推动底边杆向桥塔的塔头运动，直至位置传感器监测到桥塔放置至指定位置，卷扬机根据位 置传感器信号自动降低功率至关机。 [0032] 步骤六：待桥塔形成稳定结构后拆除牵引装置、竖转装置、稳定索等设备。 [0034] 本发明相比现有技术具有以下优点。 [0035] 1、本专利申请所设计的竖转装置及施工方法，成本低廉，减少高空作业量，施工难度低，大大增加跨既有线桥梁竖转施工的的建设效率。 [0036] 2、通过竖转装置和牵引装置间配合可将桥塔一次性竖转到位,避免了高空作业；省去扣背索塔费用和地锚费用，缩短工期，节约造价，具有巨大的经济效益。 [0037] 3、竖转装置内部杆件形成三角形空间桁架结构或四角形空间桁架结构，简化竖转装置结构，通过增加加强杆提升竖转装置机械强度和稳定性。 [0039] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他 的附图。 [0040] 图1为本发明实施例中桥塔竖转系统中桥塔水平时立体图。 [0041] 图2为本发明实施例中竖转装置孤立时立体图。 [0042] 图3为本发明实施例中牵引装置孤立时立体图。 [0043] 图4为本发明实施例中竖绞系统孤立时立体图。 [0044] 图5为本发明实施例中桥塔孤立时立体图。 [0045] 图6为本发明实施例中单侧滑道孤立时立体图。 [0046] 图7为本发明实施例中底边杆和接地轴承孤立时立体图。 [0047] 图8为本发明实施例中桥塔竖转至顶端时立体图。 [0048] 图中：1-竖转装置；2-牵引装置；3-竖绞系统；4-第一凹槽；5-第二凹槽；6-稳定索；101-顶边杆；102-底边杆；103-侧边杆；104-前拉杆；105-后拉杆；106-加强杆；107-接地轴承；108-抗跳销；201-牵引钢绳；202-滑道；203-卷扬机；204-抗拔槽；301-绞盘承台；302-塔底阶段；303-竖转口；304-位置传感器。 【具体实施方式】 [0049] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 [0050] 在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。 [0051] 此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本发明。 [0052] 实施例1:本发明实施例提供一种桥塔竖转系统，如图1-8所示，包括竖转装置1、牵引装置2和竖绞系统3；所述竖绞系统3安装于桥塔的塔根侧桥墩上，用于铰接桥塔的塔根端；所述竖转装置1顶端架设于桥塔的中部，底端架设于牵引装置2上；所述牵引装置2固定部件架设于水平桥墩上且竖直支撑着竖转装置1的底端，活动部件水平连接在竖转装置1的 底端和牵引装置2动力部件之间；当所述牵引装置2动作时，可带动竖转装置1的底端作水平运动，进而改变桥塔的塔头端的高度。 [0053] 进一步的，所述竖转装置1为桁架式结构，包括顶边杆101、底边杆102、侧边杆103、前拉杆104和后拉杆105；其中，顶边杆101长为7m，底边杆102长7.2m，侧边杆103长60m，前拉杆104长20m，后拉杆105长10m； [0054] 所述侧边杆103为两根，两根侧边杆103对称铰接于顶边杆101和底边杆102的两端，形成一个长方形空间桁架结构； [0055] 所述前拉杆104一端铰接于顶边杆101，另一端连接在桥塔背部前端； [0056] 其中后拉杆105一端铰接于顶边杆101，另一端连接在桥塔背部后端； [0057] 所述前拉杆104、后拉杆105和其在桥塔上的接触段之间形成三角形空间桁架结构，确保桥塔在竖转过程中的强度和稳定性。 [0058] 进一步的，所述牵引装置2包括牵引钢绳201、滑道202和卷扬机203，其中滑道202长90m，铺设在水平桥墩上；其中牵引装置2的活动部件为牵引钢绳201，其中牵引装置2的动力部件为卷扬机203； [0059] 所述底边杆102两端各设置接地轴承107，形成滑动端； [0060] 所述牵引钢绳201设置两根，牵引钢绳201的一端连接于竖转装置1的底边杆102，另一端设置在卷扬机203中； [0061] 所述滑道202水平的安装于桥墩上，其宽度与竖转装置1相适配，均为7.2m；所述滑道202支撑起底边杆102并可引导和约束底边杆102水平滑行，其中底边杆102的接地轴承107可在滑道202上滚动，减小摩擦阻力； [0062] 所述卷扬机203安装于桥塔的塔根侧桥墩上，为牵引钢绳201提供牵引力，当卷扬机203收拢牵引钢绳201时，牵引钢绳201拉动底边杆102向桥塔的塔根侧移动，桥塔的塔头 端升高；当卷扬机203放出牵引钢绳201时，底边杆102向桥塔的塔头侧移动，桥塔的塔头端降低。 [0063] 进一步的，所述竖绞系统3包括绞盘承台301、塔底节段、竖转接口和位置传感器304， [0064] 所述绞盘承台301竖直固定于桥塔的塔根侧桥墩上，所述塔底节段设置于绞盘承台301的顶部，所述竖转接口设置于塔底节段内，用于铰接桥塔的塔根端；所述位置传感器 304设置于旋转接口中，并与卷扬机203的处理器相连，用于监测桥塔的竖转位置并给卷扬 机203传递位置信息的数据。 [0065] 进一步的，在两个所述侧边杆103的中间设置三根加强杆106，提高长方形空间桁架结构的机械强度和稳定性。 [0066] 进一步的，所述桥塔背部前端设置有第一凹槽4，后端设置有第二凹槽5；所述前拉杆104和后拉杆105设置两根，其中前拉杆104的一端铰接在顶边杆101的两侧，另一端铰接于在桥塔背部前端的第一凹槽4内，其中后拉杆105的一端铰接在顶边杆101的两侧，另一端铰接于在桥塔背部后端的第二凹槽5内；使桥塔与前拉杆104、后拉杆105间形成稳定结构。 [0067] 进一步的，所述滑道202上设置抗拔槽204，底边杆102两端设置抗跳销108，所述抗跳销108卡在抗拔槽204中，防止底边杆102被垂直向上抬起。 [0068] 进一步的，还包括稳定索6，所述稳定索6一端连接在桥塔的塔头端桥墩上，另一端连接在桥塔的塔头上，可防止桥塔在牵引钢绳201作用下或惯性作用下反向倾倒，所述稳定索6最大伸出距离为90m，为抗拉和弹性的钢绳或塑料绳。 [0069] 实施例2：在提供了实施例1所述的一种桥塔竖转系统之后，本发明实施例还提供一种桥塔竖转系统的施工方法，本实施例中所使用的桥塔竖转系统可以直接利用实施例1 中所介绍的。 [0070] 一种桥塔竖转系统的施工方法，包括以下步骤。 [0071] 步骤一：按设计图纸施工设置桥塔的桥墩，在桥墩指定端建设绞盘承台301，并将塔底节段设置于绞盘承台301上表面，在底节段中开设竖转接口。 [0072] 步骤二：设置地基支架，完成异形桥搭的搭建，其中异形桥搭的塔根端连接在竖转接口中。 [0073] 步骤三：安装牵引装置2，其中滑道202水平设置于桥墩上，并根据设计图纸要求调整宽度；其中卷扬机203安装在桥塔的塔根侧桥墩上； [0074] 安装竖转装置1，将前拉杆104和后拉杆105的一端同时铰接于顶边杆101上，将前拉杆104的另一端连接在桥塔背部第一凹槽4内，将后拉杆105的另一端连接在桥塔背部第 二凹槽5内，组成三角形空间桁架结构；将底边杆102安放到滑道202上，将两根侧边杆103铰接式连接于顶边杆101和底边杆102的两侧，形成平行四边形空间桁架结构； [0075] 将牵引钢绳201一端缠绕在卷扬机203中，另一端连接到底边杆102上，当牵引钢绳201拉紧时与滑道202平行； [0076] 将稳定索6一端连接在桥塔的塔头侧桥墩上，另一端连接在桥塔的塔头上。 [0077] 步骤四：竖转动作即围绕塔根端向上旋转桥塔：启动牵引装置2的卷扬机203正向动作收拢牵引钢绳201，底边杆102的底部在牵引钢绳201作用下沿滑道202逐渐靠近桥塔的 塔根，底边杆102的底部推动侧边杆103围着顶边杆101旋转，同时侧边杆103的顶部逐渐升 高并顶起顶边杆101，顶边杆101抬起前拉杆104和后拉杆105从而带动桥塔竖转，直至位置 传感器304监测到桥塔提升至指定位置，卷扬机203根据位置传感器304信号自动降低功率 至指定值，维持牵引钢绳201抵挡桥塔的自身重量形成的水平分力，然后通过螺栓将桥塔固结于塔底节段中防止其自动倒下，且可通过硬质卡块抵住底边杆102防止其自动向桥塔的 塔头滑动；当桥塔位置稳定后关闭卷扬机203；当桥塔旋转达到阈值75度时，稳定索6刚好被拉直将桥塔带着，具体为，初始状态时，桥塔的头端靠在桥墩上，此时稳定索6伸出的长度为 0.5m，斜边杆与滑道202间的夹角为30度，当桥塔提升至指定位置即稳定索6刚好被拉直时 斜边杆与滑道202间的夹角为75度；在竖转过程中，初期桥塔重心低传递给底边杆102的水 平推力较大，卷扬机203对应出力较大，后期初期桥塔重心高传递给底边杆102的水平推力 较小，卷扬机203对应出力较小，从而确保桥塔匀速且慢速转动，尤其是当桥塔旋转超过70度时，要降低旋转速度，防止桥塔的惯性转动对稳定索6猛烈的惯性冲击；稳定索6刚好被拉直将桥塔带着时，稳定索6出力为0。 [0078] 步骤五：复位动作：根据工程进度需求进行反向旋转即围绕塔根端向下旋转桥塔时，先启动卷扬机203正向动作适当收拢小段牵引钢绳201至可以退出硬质卡块和螺栓，然 后控卷扬机203反向动作，缓慢放出牵引钢绳201，桥塔在重力作用下挤压斜边杆，斜边杆产生水平分力推动底边杆102向桥塔的塔头运动，直至位置传感器304监测到桥塔放置至指定 位置，即桥塔的头端靠在桥墩上，卷扬机203根据位置传感器304信号自动降低功率至关机。 [0079] 步骤六：待桥塔形成稳定结构后安全流程逐步拆除牵引装置2、竖转装置1、稳定索6等设备，其中拆除竖转装置1时，先拆除斜边杆，然后在吊机辅助下拆除第一凹槽4的前拉杆104和第二凹槽5的后拉杆105，将前拉杆104、后拉杆105和顶边杆101作为整体掉下来后 再进一步拆除；然后拆除牵引钢绳201、滑道202和卷扬机203，滑道202松开后可顺利去掉底拉杆。 [0080] 步骤七：将桥塔的塔根端和竖转接口固结封铰，对于钢桥塔可在竖转接口位置焊接接嵌补段实现固结，对于混凝土桥塔可在竖转接口位置浇筑混凝土实现固结，依具体工 程进行下一步工序。 |
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