高速鐵路特大橋上雙塊式軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工質(zhì)量控制

董佳佳， 劉學(xué)毅

(西南交通大學(xué)高速鐵路線路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 成都 610031)

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高速鐵路特大橋上雙塊式軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工質(zhì)量控制

董佳佳， 劉學(xué)毅

(西南交通大學(xué)高速鐵路線路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 成都 610031)

北盤江特大橋橋跨布置方式特殊，對軌道結(jié)構(gòu)形式及施工質(zhì)量有嚴(yán)格要求。橋上采用雙塊式單元道床板與縱連底座相結(jié)合的軌道結(jié)構(gòu)形式。在道床板和底座之間設(shè)置隔離層，同時在道床板兩端底面設(shè)置與底座板一體的限位凸臺限制其位移，可降低結(jié)構(gòu)的整體破壞可能，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。對比不同端刺結(jié)構(gòu)方案對軌道結(jié)構(gòu)的受力變形影響，并從施工角度敘述道床板和底座板施工的施工工藝及質(zhì)量控制要點(diǎn)。在隧道內(nèi)采用不設(shè)端刺的摩擦板方案，既減小了對隧道內(nèi)軌道結(jié)構(gòu)影響，又保證了橋上軌道結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，且有利于節(jié)省工程投資，便于施工質(zhì)量控制；對施工各環(huán)節(jié)進(jìn)程質(zhì)量控制，可提高軌道的使用壽命，降低后期維護(hù)成本。

雙塊式道床板；縱連底座板；端刺；施工質(zhì)量；鐵路橋；特大橋

1 雙塊式軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與組成

滬昆客運(yùn)專線北盤江特大鐵路橋采用簡支梁+T型連續(xù)剛構(gòu)梁+連續(xù)梁的橋跨布置方式，橋梁結(jié)構(gòu)形式特殊，梁軌縱向作用力大，對軌道結(jié)構(gòu)形式及施工有嚴(yán)格要求。橋上軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)合了CRTSⅡ型板式軌道縱連底座和CRTSⅠ型雙塊式道床板的優(yōu)點(diǎn)，在單元道床板和縱連底座之間設(shè)置隔離層，通過位于道床板底部的凸臺限制其位移，保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，具有“梁軌縱向作用力分離，現(xiàn)澆道床板施工工藝”的特點(diǎn)。

橋上軌道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)自上向下依次為：鋼軌、道床板、隔離層、帶凸臺連續(xù)底座板和滑動層等，梁縫處設(shè)有高強(qiáng)度擠塑板，軌道橫斷面如圖1所示。

圖1 雙塊式軌道橫斷面結(jié)構(gòu)示意

1.2 端刺方案比選

本橋兩端與隧道相連，橋上無砟軌道產(chǎn)生的溫度力和制動力等將影響到隧道內(nèi)的軌道結(jié)構(gòu)[1-2]，在橋臺后一定長度的隧道仰拱上設(shè)置摩擦板和端刺，可以將底座板上產(chǎn)生的溫度力和制動力等傳至隧道仰拱上，不再影響隧道內(nèi)軌道結(jié)構(gòu)。

本文采用有限元分析軟件ANSYS建立三維有限元力學(xué)模型，對隧道內(nèi)不同設(shè)計方案的端刺結(jié)構(gòu)的受力及變形情況進(jìn)行分析比選，提出一個既能確保路基上軌道結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定、又能節(jié)省工程投資的摩擦板和端刺方案。模型中摩擦板、端刺、隧道回填層及仰拱均采用實(shí)體單元(SOLID95)進(jìn)行模擬；隧道按設(shè)計選取拱用內(nèi)徑為8.0 m，外徑為8.3 m的部分圓柱體代替，其底部厚度為0.3 m，隧道回填層中心高度為1.5 m；按設(shè)計值取端刺受力為11 000 kN，考慮最不利荷載工況。

方案1中隧道內(nèi)摩擦板長80 m，摩擦板末端設(shè)置16 m長大端刺并錨固于仰拱內(nèi)，大端刺后設(shè)置4 m長的過渡板。假設(shè)仰拱底部及四周、回填層前后兩端和過渡板末端均進(jìn)行全約束；隧道仰拱、仰拱回填層與大端刺采用粘結(jié)，摩擦板與過渡板采用接觸；計算模型如圖2所示。

圖2 端刺結(jié)構(gòu)及邊界條件計算模型

方案2中隧道內(nèi)摩擦板長100 m，均勻設(shè)置10個長1 m，高0.7 m的小端刺，端刺左右兩端填充橡膠墊板，剛度分別取K=100～500 kN/mm。假設(shè)端刺四周用彈簧與仰拱回填層連接；隧道仰拱、回填層、摩擦板及過渡板約束情況與方案1相同；計算模型如圖3所示。

圖3 摩擦板和端刺結(jié)構(gòu)及邊界條件計算模型

方案3隧道內(nèi)摩擦板長取20 m，不設(shè)端刺，并且摩擦板全部錨固于仰拱內(nèi)。隧道仰拱采用素混凝土，仰拱回填層采用片石混凝土。假設(shè)隧道仰拱與仰拱回填層粘結(jié)；摩擦板與仰拱回填層粘結(jié)；隧道仰拱底部和四周進(jìn)行全約束；隧道仰拱回填層前后兩端進(jìn)行全約束；過渡板末端進(jìn)行全約束；并考慮摩擦板與仰拱回填層不粘結(jié)最不利情況下，計算摩擦板及端刺最大等效應(yīng)力、隧道仰拱回填層最大等效應(yīng)力和最大縱向位移，計算模型如圖4所示。

圖4 摩擦板結(jié)構(gòu)及邊界條件計算模型

所有方案摩擦板及端刺等結(jié)構(gòu)的受力及變形計算結(jié)果如表1所示。

表1 所有方案結(jié)構(gòu)受力及變形計算結(jié)果

對比3個方案，無論是摩擦板、端刺和隧道仰拱回填層最大等效應(yīng)力，還是最大縱向位移，所有方案都比較合理。綜合其應(yīng)力、縱向位移的大小，以及經(jīng)濟(jì)程度和施工難易程度等方面進(jìn)行比較可知，方案3能確保橋上軌道結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定、節(jié)省工程投資且便于施工質(zhì)量控制，對隧道內(nèi)軌道結(jié)構(gòu)影響較小，因此選擇其作為橋上軌道結(jié)構(gòu)兩端的端刺結(jié)構(gòu)。

2 橋上底座板施工

2.1 滑動層與擠塑板施工

橋上滑動層、擠塑板施工前要確保其所在范圍干燥、潔凈，并進(jìn)行設(shè)標(biāo)網(wǎng)復(fù)測，保證幾何要素需滿足施工要求，確定擠塑板與滑動層施工位置[3-5]。

2.1.1 擠塑板鋪設(shè)

在梁端鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)擠塑板，梁面設(shè)置加高平臺，便于嵌入擠塑板。加高平臺的高差必須符合設(shè)計和規(guī)范要求，用粘合劑將擠塑板粘貼在梁面相應(yīng)位置處的防水層上。擠塑板采用階梯排列形式，要連接緊密不得有貫通縫隙，如果產(chǎn)生破損，要及時進(jìn)行更換。擠塑板的鋪設(shè)位置及其規(guī)格如圖5所示。

圖5 擠塑板鋪設(shè)及其規(guī)格示意(單位：mm)

2.1.2 滑動層鋪設(shè)

在施工范圍內(nèi)涂刷粘合劑，使下層土工布粘貼在橋面防水層上。從橋梁固定端的剪力齒槽邊緣開始連續(xù)整塊進(jìn)行鋪設(shè)，到相鄰剪力齒槽邊緣結(jié)束；在梁縫處將其直接鋪設(shè)于擠塑板頂面。可根據(jù)施工氣溫條件適當(dāng)調(diào)整作業(yè)時間，但必須在粘合劑初凝前完成施工。

在下層土工布上直接整塊鋪設(shè)聚乙烯薄膜，使聚乙烯薄膜平整、密貼于下層土工布上；特殊情況下分塊鋪設(shè)時，接縫要進(jìn)行熱熔對接。在聚乙烯薄膜鋪設(shè)完成后，進(jìn)行上層土工布鋪設(shè)，鋪設(shè)時光面朝下。上層土工布鋪設(shè)完成后，在梁縫部位布置寬鋼板，為梁縫處底座板混凝土澆筑提供支撐。滑動層鋪設(shè)完成后，立即等間距放置墊塊，以防止滑動層滑動，也可使底座板鋼筋籠的荷載均布于“兩布一膜”之上不至于將其刺穿?！皟刹家荒ぁ变佋O(shè)搭接如圖6所示。

圖6 “兩布一膜”鋪設(shè)搭接示意(單位：cm)

施工注意事項：擠塑板和土工布的質(zhì)量及強(qiáng)度偏差要滿足設(shè)計及規(guī)范要求，不得有破損或者影響正常使用的明顯缺陷。施工完成后及時切除多余部分，并檢查其狀態(tài)，要平整光滑，無鼓包。

2.2 底座板施工

底座板施工是軌道結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵組成部分，由于道床板底部的限位凸臺位于底座板上，需合理劃分施工單元，保證凸臺位置不與后澆帶的位置相沖突；同時后澆帶張拉時，同一道床板下的2個凸臺相對位置不應(yīng)產(chǎn)生太大變化。

2.2.1 施工單元劃分

本橋段底座板與設(shè)置在橋臺兩端隧道中的摩擦板連接。為使底座板處于零應(yīng)力狀態(tài)，保證線路的平順性，對底座板分段進(jìn)行澆筑[6-7]。

在剪力齒槽之間設(shè)置鋼板連接器后澆帶(BL1)，剪力齒槽處設(shè)置剪力齒槽后澆帶(BL2)。BL1與道床板板縫之間的距離要大于80 cm，與梁縫之間的距離要大于5 m，與剪力齒槽之間的距離要小于70 m。中間位置處的剪力齒槽與混凝土澆筑段中心偏差應(yīng)小于7.5 m，澆筑時兩者一同澆筑完成。應(yīng)保證與隧道中摩擦板相連的澆筑段后澆帶(K0)位于橋上。

依據(jù)以上原則進(jìn)行施工單元劃分完后，同在橋上對應(yīng)位置標(biāo)識各個后澆帶的名稱、類型。北盤江大橋上底座板共劃分為5段，每段長度約為140 m。

2.2.2 底座板鋼筋施工

剪力齒槽后澆帶處不設(shè)置縱向鋼筋搭接區(qū)，鋼板連接器、剪力釘及鋼筋按設(shè)計和相關(guān)規(guī)范的要求進(jìn)行加工制作，加工完成后運(yùn)至施工現(xiàn)場進(jìn)行安裝。底座鋼筋網(wǎng)用吊車快速、準(zhǔn)確的安裝就位，安裝過程中禁止破壞滑動層?？缈p鋼筋的布置執(zhí)行就“高”不就“低”的原則。搭接區(qū)段、鋼板連接器處采用外箍筋，搭接區(qū)段箍筋按加密區(qū)間距綁扎，鋼板連接器處箍筋類型和綁扎間距按照設(shè)計要求進(jìn)行施工。

2.2.3 模板安裝

底座板模板采用可調(diào)組合鋼模，模板加固間距要根據(jù)模板剛度來設(shè)置，確保模板穩(wěn)固、混凝土澆筑時模板不變形。按照測量控制線控制模板安裝的平面位置，以底座板邊緣點(diǎn)控制其高程。檢測支設(shè)完成后的模板垂直度，特別注意其兩側(cè)垂直度。

2.2.4 混凝土施工

兩線同時進(jìn)行底座板的混凝土澆筑，和澆筑段中部的剪力齒槽一起澆筑，其余剪力齒槽后澆帶待鋼筋張拉連接且底座板應(yīng)力均勻后二次澆筑完成。澆筑前在常規(guī)區(qū)內(nèi)每個BL1后澆帶之間埋設(shè)1根測溫電偶，將其固定于底座板鋼筋上，包裹嚴(yán)密?；炷猎诎韬驼炯邪柚啤⒂霉捃囘\(yùn)至施工地點(diǎn)，泵送至模板內(nèi)，澆筑完成后提漿整平。施工完成后進(jìn)行底座板混凝土施工質(zhì)量及中線和高程測量進(jìn)行驗(yàn)收，根據(jù)驗(yàn)收結(jié)果按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行相應(yīng)處理。

2.2.5 底座板張拉及后澆帶施工

底座板混凝土分段澆筑完成并達(dá)到設(shè)計承載力，在鋼板連接器連接張拉后，進(jìn)行縱連施工。底座板鎖定溫度為(15±5) ℃，按單元段中心對稱原則和順序進(jìn)行常規(guī)區(qū)后澆帶縱連施工，具體工序如下。

(1)使用預(yù)埋的測溫電偶測量各澆筑段的溫度及長度，記錄各分段測量長度值，計算出張拉量值。常規(guī)區(qū)BL1后澆帶張拉距計算公式為

Wc=αt×(Ts-Tc)×Lc

式中，αt為混凝土溫度膨脹系數(shù)，取1×10-5/K；Ts為底座板鎖定溫度；Tc為底座板測量溫度；Lc為常規(guī)區(qū)相臨混凝土澆筑段中已澆筑的BL2之間的距離。

與摩擦板相鄰后澆帶K0張拉量值計算公式為

Wko=αt×(Ts-Tc)×(L+L1,ko/2)

式中：L為K0到常規(guī)區(qū)首個剪力齒槽的距離；L1，ko為摩擦板第一次測量的數(shù)據(jù)。

(2)底座鋼筋的張拉與后澆帶混凝土施工

在鎖定溫度(Ts處)范圍內(nèi)按照規(guī)定順序進(jìn)行底座縱連施工。后澆帶鋼筋張拉連接完成后隨即澆筑混凝土，不應(yīng)有間隔施工。在底座板溫度小于鎖定溫度的情況下進(jìn)行縱連時，待混凝土澆筑段內(nèi)應(yīng)力均衡后進(jìn)行混凝土澆筑[8-10]。張拉及澆筑流程如下。

①計算各后澆帶的張拉量值，從兩端向中心對稱連接常規(guī)區(qū)內(nèi)所有BL1；縱連必須在24 h內(nèi)施工完成。當(dāng)施工溫度高于鎖定溫度，變化幅度小于5 ℃時，直接連接；當(dāng)施工溫度低于鎖定溫度，變化幅度小于5 ℃時，進(jìn)行1次張拉；當(dāng)施工溫度的變化幅度在低于鎖定溫度5～10 ℃范圍內(nèi)時，間隔1 d進(jìn)行2次張拉；當(dāng)施工溫度的變化幅度在低于鎖定溫度10～15 ℃范圍內(nèi)時，間隔2 d進(jìn)行3次張拉。

②按張拉量值張拉臨近摩擦板的2個K0，張拉方式與第一步相同。

③進(jìn)行常規(guī)區(qū)內(nèi)BL1和與摩擦板交接區(qū)K0的混凝土澆筑。

④進(jìn)行常規(guī)區(qū)BL2的混凝土澆筑。根據(jù)縱連時底座板內(nèi)溫度決定常規(guī)區(qū)的BL2澆筑等待時間，以實(shí)現(xiàn)澆筑段內(nèi)的應(yīng)力均衡；當(dāng)施工溫度高于鎖定溫度，變化幅度小于5 ℃時，直接澆筑；當(dāng)施工溫度低于鎖定溫度，變化幅度小于5 ℃時，等待1 d進(jìn)行澆筑；當(dāng)施工溫度的變化幅度在低于鎖定溫度5～10 ℃范圍內(nèi)時，等待3 d進(jìn)行澆筑；當(dāng)施工溫度的變化幅度在低于鎖定溫度10～15 ℃范圍內(nèi)時，等待5 d進(jìn)行澆筑。張拉流程示意如圖7所示。

圖7 底座板張拉及澆筑流程示意

施工注意事項：底座板鋼筋縱連時所有澆筑段內(nèi)混凝土均要達(dá)到設(shè)計及標(biāo)準(zhǔn)要求強(qiáng)度；隨時檢測其長度變化并做好記錄，為計算張拉量值提供參考。合理安排施工進(jìn)度，保證底座板的澆筑和縱連時間銜接緊密；如果環(huán)境溫度變化劇烈，要保證剪力齒槽處鋼筋狀態(tài)穩(wěn)定。

3 道床板施工

道床板采用組合軌道排架法施工，該方法便于工序程序化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，軌道投入較大，對工廠的加工精度要求高，有利于橋上道床板的精確施工[11-15]。

底座板與道床板間設(shè)置中間土工布隔離層，標(biāo)識底座限位凸臺位置并將土工布鋪于設(shè)計位置，土工布必須對接并使用膠帶進(jìn)行粘接。土工布鋪設(shè)完畢后，鋪設(shè)限位凸臺頂面土工布，并將彈性墊板牢固粘貼在凸臺四周；確保彈性墊層與底座凸臺頂面齊平，接縫處及周邊無缺陷。

隔離層施工完成后，將施工所用軌枕按設(shè)計和規(guī)定要求準(zhǔn)確擺放定位到軌排上，吊運(yùn)軌排并根據(jù)橋上軌道結(jié)構(gòu)的中心位置在組裝平臺將其準(zhǔn)確就位，也可減少后續(xù)施工中的粗調(diào)的工作量，隨后將軌排框架運(yùn)送到施工位置進(jìn)行安裝鋪設(shè)。

調(diào)整好的軌排安裝完成后，采用全站儀等工具并配合螺桿輔助進(jìn)行軌排的粗調(diào)工作；先對軌排水平方向進(jìn)行調(diào)整，然后調(diào)整其中線位置，使其兩端方向和高程準(zhǔn)確無誤。隨后安裝道床板的鋼筋，鋼筋的位置和間距要與設(shè)計要求相符；并在相互絕緣的鋼筋之間安裝絕緣裝置，安裝就位后用歐姆表檢查相互絕緣鋼筋的絕緣效果，使其之間電阻值滿足規(guī)范要求。隨后進(jìn)行道床板內(nèi)接地鋼筋的施工，接地端子在道床板的側(cè)模安裝就位后進(jìn)行焊接，因此需要提前做好接地端子防護(hù)工作。

模板安裝前對道床板鋼筋籠內(nèi)進(jìn)行清理，利用CPⅢ控制點(diǎn)采用工具輔助放出道床板的準(zhǔn)確位置，并留出富余量，方便模板的安裝調(diào)整。安裝完成的模板要牢固穩(wěn)定且接縫嚴(yán)密，安裝時不能擾動已經(jīng)粗調(diào)完成的軌排框架。

精調(diào)中采取定點(diǎn)測量模式對軌排框架進(jìn)行測量，豎向螺桿和橫向推拉桿等裝置配合進(jìn)行調(diào)節(jié)；精調(diào)的精度及軌枕之間相對間距變化要滿足規(guī)范要求；并根據(jù)軌道的實(shí)際位置與設(shè)計位置之間的偏差，指導(dǎo)精調(diào)作業(yè)。在澆筑混凝土之前檢查并確認(rèn)精調(diào)結(jié)果，如果精調(diào)之后軌排放置太長時間或受到外部條件變化較大，要重新精調(diào)。

澆筑采用集中拌和、運(yùn)輸車運(yùn)送、泵送混凝土、高頻插入式振搗器振搗密實(shí)。嚴(yán)格按設(shè)計順序澆筑；振搗時不得觸碰軌排與支撐架；保證軌排、模板、支撐架的穩(wěn)定牢固，如有變位應(yīng)立即停止?jié)仓驼駬v，并在混凝土初凝前完成調(diào)整。道床板混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后拆除軌排框架并鋪設(shè)工具軌，在無太陽直射和溫度變化不大的環(huán)境下，對軌道幾何狀態(tài)進(jìn)行復(fù)測，并記錄測量結(jié)果，以便后續(xù)施工采取糾偏措施。

施工注意事項：精調(diào)要選在環(huán)境溫度變化較小的時間區(qū)段內(nèi)進(jìn)行，因此要做好環(huán)境溫度測試?，F(xiàn)場檢查混凝土的坍落度等指標(biāo)，保證其品質(zhì)恒定，無離析等不良狀況；施工完成后養(yǎng)護(hù)時間要不少于7 d，要避免陽光直曬，環(huán)境溫度起伏劇烈時要及時采取保護(hù)措施。

4 結(jié)語

無砟軌道彈性均勻，幾何形態(tài)優(yōu)良，具有很強(qiáng)的抗彎曲穩(wěn)定性[16]；但制造成本高，施工工藝要求高，施工技術(shù)難度大，且要結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)選取合理的軌道結(jié)構(gòu)形式。因此應(yīng)盡量采用機(jī)械化施工，規(guī)范各個施工流程，以保證軌道結(jié)構(gòu)質(zhì)量滿足行車要求。本橋在底座板上設(shè)置凸臺限制單元道床板的位移，因此底座板施工單元科學(xué)合理的劃分以及各種溫度條件下縱連張拉尤為重要，關(guān)系到道床板施工的順利展開，對提高軌道的使用壽命，降低后期維護(hù)成本具有重要意義。

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Structural Design and Construction Quality Control of Double-slab Track on High-speed Railway Major Bridge

DONG Jia-jia， LIU Xue-yi

(MOE Key Laboratory of High-Speed Railway Engineering， Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031， China)

Beipanjiang major bridge is designed with special bridge span arrangement， which has strict requirements for track structure form and construction quality. Double-slab ballastless track and continuous seating plates are used on the bridge. An isolation layer is provided between the road deck and the base， while the limit boss is set in integration with the seating plate at the two ends of the track slab bottom to reduce possible overall damage and ensure the stability of the structure. The effects of force and deformation generated by different programs of the thorns track structure are compared， and construction processes of double-slab ballastless track and continuous seating plate and key quality control points are illustrated. The applied program uses friction plate without end thorn， which not only reduces the impact on track structure in the tunnel， ensures the security and stability of the bridge track structure， but also helps save investment and reinforce quality control. In addition， process quality control prolongs track service life and cuts maintenance cost.

Double-slab slab; Continuous seating plate; End thorn; Construction quality; Railway bridge; Major bridge

2016-04-25；

2016-05-05

國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項目(U1434208)；國家自然科學(xué)基金資助項目(51278431)

董佳佳(1989—)，男，碩士研究生，E-mail：851886527@qq.com。

1004-2954(2016)12-0022-04

U213.2+44

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2016.12.006