引言

近年来，为了满足特殊地理、环境或设计需求，桥塔竖转技术应运而生，它允许工程师在一个位置预制桥塔，然后将其旋转到预定的位置。这种方法不仅可以提高施工效率，还可以在特定条件下减少对环境的影响和施工成本。

然而，桥塔竖转施工作为一种相对新颖的技术，其相关的理论研究和应用经验还相对匮乏。尽管一些国家和地区已经开始探索并成功应用这一技术，但对于大多数工程师和决策者来说，如何确保施工的安全性和有效性仍然是一个重要的问题。

本研究旨在深入探讨桥塔竖转施工的技术原理、关键技术、现代技术应用、以及相关的安全与环境影响，通过对国内外案例的分析，为工程师和研究者提供一个全面的技术参考和指导。希望通过这项研究，能够推进桥塔竖转施工技术在更广泛的领域得到应用，为未来的桥梁工程建设提供更为坚实的技术支撑。

一、基本原理与概念

1.1桥塔定义与功能

桥塔是大型桥梁结构中的一个核心组成部分，通常位于桥梁的两侧或中部，用于支撑桥面并承受桥面及其荷载的重要力学作用。桥塔的设计和建造必须确保其具有足够的稳定性、强度和刚度，以保证桥梁在各种环境和交通荷载下的安全运行。

功能上，桥塔主要有以下几个方面：支撑功能：为桥面提供稳固的支撑，确保桥面平稳。传力功能：有效地将桥面的荷载传递到地基，保障整体结构的稳定。防护功能：在某些设计中，桥塔还具有防风、抗震等功能，确保桥梁在恶劣天气或地震中的安全。

1.2竖转概念解释

竖转，顾名思义，是指将某一结构从一个方向转动到另一个方向的过程，常用于桥梁、大型结构和其他重型工程的施工。在桥塔施工中，竖转技术通常涉及在一个位置预制桥塔段，并在合适的时机，利用特定的机械设备将其旋转到预定的位置。这种技术的核心是在施工过程中最大程度地减少对周围环境的影响，同时提高施工效率。

图1 成都市东部新区北一线跨绛西河大桥主塔竖向转体桥梁

1.3桥塔竖转的必要性

桥塔竖转技术之所以受到关注和采用，主要基于以下几点原因：

环境保护：在一些生态敏感或地理空间受限的地区，传统的桥塔施工方式可能会对周围环境产生较大的影响。而桥塔竖转技术则可以显著减少这种影响。

施工效率：竖转技术允许工程师在一个位置预制多个桥塔段，从而节省大量的施工时间和成本。

安全性：在某些特定的地形或风险环境下，传统施工方法可能存在安全隐患。而桥塔竖转技术则可以提供一种更为安全稳定的施工方式。

1.4主塔工程概况

桥塔为空间异形结构，桥塔截面为带凹槽的异形八边形变截面，横向整体内倾 12°，顺桥向为无规则弧形，桥塔全高 61.293m，顶部设置4 道桥塔系梁，1#~10#斜拉索在桥塔处采用叉耳式连接，桥塔根部节点主要承受桥塔大部分的弯矩和轴力，并将整个桥塔与受压大梁和背索形成一个稳定的结构受力体系，同时桥塔根部节点底部与桥墩墩顶为钢混结合段连接，将桥塔的轴力传递给基础。

二、钢主塔施工方案概述

2.1钢主塔竖转结构设计

钢主塔竖转主要结构包括：钢副塔、内转铰、前锚点、万向铰、吊具、前索、后索、吊笼、后锚点，具体布置见“钢主塔竖转结构设计总体布置图”。

钢主塔竖转结构设计总体布置图

2.2现场拼装施工方案概述

与主塔施工有关的现场拼装：钢主塔、钢副塔，钢主塔在桥面上采用支架法卧拼的施工方式，钢副塔与桥面呈44.1°斜拼，拼装情况如下图所示。

钢主塔、钢副塔拼装整体示意图

2.3钢主塔竖转施工概述

钢主塔竖转从5.4°转至50.6°到位，竖转角度为45.2°。主结构转体部位为桥塔节段1~节段13及4根系梁，总重1047吨，副塔架重120吨，12个吊具及4万向铰总重53.6吨，锚点及转铰总重38.1吨，竖转总重量约1260t。主塔竖转采用三角起扳方案，利用4台TJJ-5000型液压提升器（额定提升能力500t）的牵引索，以主塔底部转铰为中心点竖转主塔。

2.4主塔牵引系统

后索牵引系统由 4 台 500t 液压提升器和牵引钢绞线、油缸吊笼和固定端后锚、泵站和计算机液压控制系统组成；牵引钢绞线采用 4-30×φ17.8 钢绞线。

前索系统由钢副塔顶部平台、钢主塔节段9的前锚点以及钢绞线组成；拉索钢绞线采用4-30×φ17.8 钢绞线。在主塔转体初始状态下钢副塔轴线与水平面呈90°夹角。

三、竖转施工的主要步骤

第一步：加载前准备工作

调整后索，钢副塔竖转至90度（完成前索二次调整工作），结合近期天气情况和竖转的施工时间，制定准确的竖转日期；注意提前收听天气情况，做好竖转前的准备工作，选择无风（或风速小于四级）的天气进行竖转；由指挥中心下达正式竖转指令。

第二步：结构加载及试竖转（最低点脱离胎架约200mm）

利用液压提升器逐级加载4组牵引索，保持同步，各台千斤顶之间预拉力差值不能超过20t，逐步张拉锚索，每束牵引锚索预拉248t（理论牵引值的80%），4组牵引锚索合计预拉992t；解除钢主塔与支架拼装时的剩余连接结构（从塔尖向塔底），并组织对每个解除点进行检查，确认钢主塔竖转结构无连接，并上报指挥中心解除情况，指挥中心根据汇报情况下达继续竖转指令；利用液压提升器逐级加载至钢主塔前端脱离台架约200mm，然后继续再进行2个行程的提升试竖转，观察提升设备同步运行情况，至钢主塔最低点脱离胎架约50mm，停止加载；

监测监控小组进行主要结构检查，观测结构各测点的应力、应变和变形，同时结合监测结果与理论计算结果进行分析、对比；试竖转完成后，静置观察约2小时后，再次进行结构检查，同时拆除受影响的索塔拼装支架。

第三步：钢主塔正式竖转

静置2小时后，各单位及监控单位将监测数据、检查结果、结论与现场指挥领导小组进行汇报，竖转指挥领导小组根据各小组汇报的结果，现场指挥中心向现场实施组下达正式竖转指令；现场实施组接收到正式竖转指令，利用连续千斤顶逐级加载4组牵引索，保持同步，各台千斤顶之间预拉力差值不能超过20t，逐步张拉牵引索，开始竖转。加载过程中，分析钢主塔竖转角度对应得牵引索力，是否符合理论角度的牵引索力。如牵引索力超出监控的预警范围（理论值的±10%）应立即暂停竖转，查明原因，现场指挥中心组织各领导小组分析，制定解决措施，待问题落实解决后进行竖转。钢主塔竖转转至10.4°，暂停竖转，监控单位对钢主塔、临时钢结构各测点的应力、应变和变形监测；施工单位测量组对钢副塔进行线形观测；监控单位及施工单位测量组分别整理、分析数据，并形成报告；

各单位根据竖转职责分工对职责范围的关键部分的检查，并形成报告；组织各单位及监控监测单位将监控监测以及检查结果、结论与现场指挥领导小组进行汇报，竖转指挥领导小组根据各小组汇报的结果，指挥中心向现场实施组发出下一阶段竖转指令；钢主塔继续竖转至15.4°，暂停竖转，监控单位对钢主塔、临时钢结构各测点的应力、应变和变形监测；施工单位测量组对压杆进行线形观测；流程同上；钢主塔继续竖转至25.4°，暂停竖转，监控单位对钢主塔、临时钢结构各测点的应力、应变和变形监测；施工单位测量组对压杆进行线形观测；流程同上；钢主塔继续竖转至35.4°，暂停竖转，监控单位对钢主塔、临时钢结构各测点的应力、应变和变形监测；施工单位测量组对压杆进行线形观测；流程同上；

第四步：钢主塔竖转就位

利用4组牵引索逐级加载，保持同步，逐步张拉牵引锚索，开始继续提升钢主塔，使钢钢主塔从30°竖转到50.6°，当钢主塔角度转至45°时，放缓提升牵引索和速率，竖转速度降低至1米/小时；竖转过程中注意牵引索钢绞线的索力变化，并与理论值对照分析，实际索力在预警值范围内则正常竖转；加载过程中，分析钢主塔竖转角度对应得牵引索力，是否符合理论角度的牵引索力。

钢主塔竖转就位，桥塔节段与塔梁固结段节段外轮廓板对齐（为防止过转，板对接处预垫10mm厚钢板）码板，桥塔节段1耳板圆心及背索导管圆心测量偏差在允许范围内，完成竖转；

四、主塔竖转施工关键控制要点

主塔竖转前须对转铰、牵引索锚点、背索锚点及拉索锚固点等结构进行焊缝探伤检查合格；竖转过程中设专人对各结构进行监控。主塔竖转转铰同轴度误差不超过2mm。竖转施工过程中牵引索索力以索力同步为主，拔出量控制为辅，单束钢绞线索力差值不多于20t。加强转体过程中结构应力、变形及索力的监测监控；通过安装在结构测点上的应力应变传感器监测结构应力，使用测量设备（全站仪等）观测结构变形；通过在各竖转油缸上的压力传感器监测油缸压力，并与计算结果进行对比，若有异常应按照应急措施管理程序处置。

五、现代技术在桥塔竖转中的应用

5.1信息化技术与监控

实时数据收集：通过各种传感器，如位移传感器、应变计、加速度计等，实时收集桥塔的状态数据，并将这些数据传输到中央控制系统。

3D建模与模拟：使用3D建模软件对整个竖转过程进行模拟，帮助工程师提前识别和解决可能的问题。

远程监控与控制：通过无线通信技术，允许工程师在远程位置监控和控制整个竖转过程，大大提高了施工的灵活性和安全性。

5.2自动化与机器人技术

智能控制系统：采用先进的控制算法和策略，确保桥塔按照预定的路径、速度和角度进行竖转，同时在遭遇异常情况时能够自动进行调整。

机器人操作：在某些特定的操作，如连接、定位、检测等，可以使用机器人来代替人工，提高操作的准确性和效率。

无人机巡查：使用无人机对施工现场进行巡查和监测，尤其是在高度或视野受限的地方，确保施工的顺利进行。

5.3先进材料的应用

高性能混凝土：使用高性能、高强度的混凝土材料，提高桥塔的承载能力和耐久性，同时减少材料的使用量。

预应力技术：通过先进的预应力技术，提前施加应力，提高桥塔在竖转过程中的稳定性。

纳米材料与复合材料：使用纳米材料或复合材料进行表面处理或增强，提高桥塔的抗侵蚀、抗老化和抗疲劳性能。

六、结束语

总之，桥塔竖转施工技术在现代桥梁工程中扮演了至关重要的角色，对于未来桥梁建设的成功和发展具有深远的意义。希望通过本文的研究，为相关领域的学者和工程师提供有价值的参考和启示。

参考文献

[1]刘江伟,邓江云,谢志军. 斜拉桥空间曲形多肢钢塔竖转施工关键技术浅析[C]//《施工技术》杂志社,亚太建设科技信息研究院有限公司.2022年全国土木工程施工技术交流会论文集（下册）.《施工技术(中英文)》编辑部,2022:90-92.

[2]张伟,卢龙.倾斜独塔斜拉桥钢塔竖转施工技术[J].山西建筑,2020,46(12):143-144.

[3]冀风卿.钢索塔竖转施工受力体系平衡及同步控制技术[J].价值工程,2014,33(14):105-106.