大跨度混合梁斜拉索橋無砟軌道施工精度控制技術研究

王 磊

(中鐵二十四局集團有限公司 上海 200071)

1 引言

重慶軌道交通環(huán)線(一期)軌道工程高家花園大橋為雙塔雙索面混合梁斜拉軌道專用橋。無砟軌道施工過程中，橋梁因受荷載變化、溫度變化、施工外力等的影響，時刻處于一個動態(tài)變化的狀態(tài)[1-2]，因此在施工前，對鋪軌基標高程與軌道設計高程的絕對差值進行鎖定，按照鋪軌基標與軌頂?shù)南鄬Ω叱踢M行軌道施工[3-5]，保證無砟軌道施工精度控制，確保良好的軌道平順性，避免大橋預拱度在軌道工程施工完成后達不到設計理論值的風險[6-7]。

2 工程背景

2.1 橋梁概況

高家花園大橋位于重慶軌道環(huán)線沙正街站和玉帶山站區(qū)間，南起沙坪壩區(qū)玉帶山輕軌隧道，自南向北跨越嘉陵江后接江北石馬河，止于玉帶山輕軌隧道。大橋采用(52+68+340+66.5+50.5)m雙塔雙索面混合梁斜拉橋，引橋17 m，全橋總長594.0 m。單線長約1.188 km，橫跨嘉陵江，橋跨布置為126 m(混凝土梁)+328 m(鋼箱梁)+121.74(混凝土梁)，邊跨為混凝土預應力箱梁，中跨為鋼箱梁。如圖1所示。

圖1 高家花園大橋橋型布置

根據(jù)無縫線路設計和橋梁伸縮量設計要求，大橋共設置4組鋼軌伸縮調節(jié)器和4組梁端伸縮裝置，左右線分別各設2組[8-9]。

2.2 軌道設計

高家花園大橋設計為混凝土梁+鋼箱梁組合梁，其中混凝土梁段采用短軌枕承軌臺式整體道床，鋼箱梁段采用隔離式減振墊整體道床。鋼箱梁段道床底部應用了工藝先進、工藝要求較高的隔離式減振墊來減小軌道振動。在橋端兩側鋪設跨梁縫抬枕裝置及溫度應力式伸縮調節(jié)器，確保軌道不因橋梁在活載下變形而影響運營安全。

梁端伸縮裝置道床結構設計:伸縮裝置型號為TSSF320，適用于大橋P0橋墩梁縫處及A5橋臺梁縫處，梁縫寬320 mm，伸縮縫寬±300 mm。伸縮裝置設計位移量為±300 mm。鋼軌伸縮調節(jié)器型號為研線TF9912(16EGY)，伸縮調節(jié)器全長19.878 m，基本軌長17.3 m，尖軌長10.078 m，基本軌最大伸縮量為±500 mm。

2.3 軌道技術特點及對軌道的要求

高家花園軌道大橋軌道主要技術特點及無砟軌道施工需考慮的主要問題:

(1)溫度、荷載對無砟軌道線形的影響。高家花園大橋屬于大跨度的柔性橋梁，在整個軌道道床施工過程中，需綜合考慮溫度及荷載變化的對大橋橋面軌道施工的影響。由于橋中跨為鋼結構，溫度變化會影響到鋪軌施工的軌道線形；在道床施工過程中，由于荷載影響，橋梁變形量有很大的變化[10-11]。

(2)控制點復測、鋪軌基標測設是軌道鋪設的基準，特別是鋪軌基標測設的精度將直接影響軌道鋪設的施工質量。在施工的過程中，橋梁因受施工荷載等的影響，是一個動態(tài)的變化過程，橋上的CPII控制網(wǎng)點不能作為軌道精調控制點，因為CPII控制網(wǎng)點隨橋梁變形產(chǎn)生位移，因此在施工的過程中，需要尋找一個理想的狀態(tài)，對橋梁的絕對高程進行線形的鎖定。鋼梁全長328 m，跨中測距164 m已超出了精調小車的軌道精調測距，軌道線形保證存在困難。

(3)根據(jù)實際的成橋線形，重新擬合一條二期荷載完成后的軌道線形，保證軌道施工線形滿足設計要求。

3 軌道精度控制方案設計

3.1 二期恒載預加

根據(jù)道床施工工藝，大橋軌道道床施工時，為了保證最終軌道線形符合設計規(guī)范要求，考慮到大橋施工階段荷載的變化，必須計算檢驗橋上荷載的影響，進行軌道線形預留拱度處理[12]。

為準確預測各專業(yè)相關設備設施的二期恒載對橋梁整體變形的影響以及確保橋梁鋪軌線形進一步的擬合，需要進行站后工程二期恒載的預加載工作，這樣可以提高軌道線形平順性。

為減小實際橋形狀態(tài)與理論計算狀態(tài)的偏差，對大部分永久恒載進行理論仿真加載處理，并進行過程數(shù)據(jù)的采集，將理論計算數(shù)據(jù)與觀測數(shù)據(jù)進行對比分析，并修正計算最終數(shù)據(jù)。

對全橋軌道結構和疏散平臺的二期恒載利用水袋、水桶注水作為橋梁的預加荷載集度，混凝土梁預加荷載集度為33.0 kN/m(3.366 t/m)；鋼箱梁預加荷載集度為39.0 kN/m(3.978 t/m)。全橋荷載2 138.677 t，橋跨布置為126 m(混凝土梁:424.116 t)+328 m(鋼箱梁:1 304.784 t)+121.74(混凝土梁:409.777 t)，考慮土建中跨200 t水桶配重荷載，全橋欠載1 938.677 t，全橋設置29個水袋，邊跨各6個水袋，中跨17個水袋，每個水袋充水約70 t均布布置(利用水表控制注水量)。

3.2 堆載方式

順橋面方向P2、P3墩梁結合處分別向中邊跨對稱緩慢加載，整體道床施工前對上橋的荷載加載與二期恒載一致，鋼筋、軌排、減振墊等材料要求按照軌道設計圖紙道床板材料數(shù)量和位置進行臨時堆放；道床混凝土、弱電、強電、消防、接觸網(wǎng)、聲屏障理論荷載，在水箱及水袋內內加等重理論荷載的水進行堆載，以滿足監(jiān)控量測、理論計算的要求。對高家花園大橋線形擬合數(shù)據(jù)(二期恒載下的梁面高程)采集。

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3.3 監(jiān)控量測

測量時機應選擇溫度場比較均勻的時刻，測量溫度應在(20±5℃)范圍內[13]。

3.3.1 測量時間的選擇

鋼箱梁是柔性梁，恒載、活載、附加力、特殊荷載及外部環(huán)境因素對鋼箱梁段線路軌道結構水平及高程影響較大，根據(jù)大橋監(jiān)測單位提供的橋梁數(shù)據(jù)分析，鋼梁撓度隨全天溫度的變化情況，橋梁晚上20:00左右及凌晨00:00至6:00最為穩(wěn)定。制定大橋最穩(wěn)定時間段監(jiān)測測量，每日2次固定人員對大橋鋪軌控制基標定點采樣。

橋梁變化測量和線形擬合數(shù)據(jù)計劃連續(xù)采集數(shù)據(jù)15工作日(如數(shù)據(jù)采集頻率不夠，根據(jù)大橋設計、監(jiān)控單位要求，增加數(shù)據(jù)采集工作日)，每晚20:00左右計劃安排混凝土梁段的測量；鋼箱梁段計劃安排凌晨00:00至6:00分兩個時間段，00:00至3:00時間段和3:00至6:00時間段，測量不同時間段溫度對數(shù)據(jù)的影響，每天必須保證2組數(shù)據(jù)的采集，15個工作日內30組數(shù)據(jù)，作為線形擬合數(shù)據(jù)分析。

3.3.2 超測距測量精度控制

為了保證隨環(huán)境、荷載變化的測量精度，必須選擇合適的測量方法和測量時間。軌道施工平面、高程設計的設計規(guī)范要求允許偏差±2 mm，超高±1 mm。

(1)測量方法:為了保證后期區(qū)間隧道內軌道線路與大橋線路在一條平順的線形上。通過區(qū)間隧道內勘測院CPII點及區(qū)間聯(lián)測建網(wǎng)CPIII控制點作為后視點，分別在邊跨混凝土梁大小里程兩端各測設一個線路中線基標控制點，作為全橋軌道線路平面中線控制點，線路中心線采取正反鏡測量。鋼橋兩端設站對測，必須復核橋中搭接20 m范圍內，這樣可以保證軌道線形平順。搭接區(qū)平面高程數(shù)據(jù)復核偏差超過設計允許值2 mm，需重新設站模擬線形；當在設計允許偏差范圍內，可進入下道工序施工(兩站搭接情況良好)。

(2)測量時間段:精調期間停止橋面所有施工，考慮到外部環(huán)境對鋼橋的影響，進行軌道鋪設前的軌道精調應選取夜間溫度變化最小的時段，這樣可以保證橋梁軌道精調處在全橋的穩(wěn)定性期間。

4 軌道線形擬合及分析

4.1 成橋現(xiàn)狀

大橋設計線形:二期恒載未上橋之前，設計預拱度值為843 mm，待所有二期恒載施工完后，軌道線形預拱度值為360 mm。實測最大預拱度為827 mm，實測橋面高程與設計高程對比，總體上和設計的理論值吻合度較高。

4.2 軌道線形分析

軌道設計線形:橋梁中部鋼箱梁范圍內設置預拱度為360 mm，預拱度包括成橋后混凝土收縮徐變效應、拉索松弛和活載效應，其余各跨主梁預拱度為0 mm，主跨主梁預拱度曲線為R10000 m圓曲線+R30139.07 m圓曲線+R10000 m圓曲線。如圖2所示。

圖2 主跨主梁預拱度示意

4.2.2 橋上荷載變化產(chǎn)生的下?lián)?/p>

(1)加載前后

針對混合梁橋加載前后進行觀測，實測橋梁里程對應采集左右線下繞值，并將觀測下?lián)吓c理論計算對比。

(2)遠期線形預測

最終施工線形應由設計線形與模擬荷載在不同環(huán)境下計算的對應預拱度進行疊加，設計最大預拱度與施工時最大預拱度做對比分析。

對遠期線形的預測:按照鎖定鋪軌基標高程進行軌面高程的控制，對施工后狀態(tài)進行線路變形后的線形預測，滿足軌道的設計要求。

4.3 軌道線形擬合

二期恒載下橋面實測高程同無二期恒載的成橋線形分析對照，根據(jù)鎖定鋪軌基標高程反算軌面高程與理論軌道線形分析對照。監(jiān)控單位同軌道設計單位擬合一條新的線形。

4.4 施工線形確定

監(jiān)控單位及軌道設計單位對進行軌道施工線形擬合，擬合的線形數(shù)據(jù)作為鋪軌基標鎖定數(shù)據(jù)，按照鎖定基標與軌頂?shù)南鄬Ω叱踢M行軌道精調控制。

考慮模擬理論加載計算值與實測值間存在1～2 mm誤差，且軌道靜態(tài)精調時可以通過調高墊板進行調高，可在軌道精調施工時軌面標高做預留2 mm處理。

5 無砟軌道道床施工

5.1 鋪軌施工

根據(jù)鋪軌基標鎖定高程與施工擬合線形的相對高差值進行調軌。然后針對變化規(guī)律制定鋪軌基標的測設時間進行軌道精調時間段、澆筑時間段。

5.2 靜態(tài)調整

無砟軌道靜態(tài)精調應在施工完成并拆除全部臨時荷載后進行。由于橋形隨溫度變化而變化，為了便于數(shù)據(jù)的比較，應在同等溫度條件下，將靜態(tài)調整后的復測與調整前的測量做對比，確保數(shù)據(jù)的有效性和可比性。

5.3 施工注意事項

(1)加載須對稱均勻，避免因為不均勻或不對稱加載造成混合梁橋產(chǎn)生橫向撓曲。

(2)橡膠彈減振墊底部為錐形設計，因此在鋼軌架設時，鋼軌支架盡量避開減振墊鋪設范圍，若設置在減振墊范圍內，需對減振墊開孔使軌道軌排支撐架螺桿下部與支墊直接接觸，且支墊墊片應加大、加厚設置。

(3)混凝土澆筑前的軌道精確調整須盡快進行且必須盡量縮短時間，這樣可以避免溫度變化過大以及施工荷載擾動過久而造成調整好的軌道線形發(fā)生變化。

(4)為了保證軌道的平順性，采取板塊一次澆筑成型的方法澆筑道床板混凝土。

6 結束語

雙塔雙索面混合梁斜拉橋無砟軌道施工通過采取二期恒載預壓、軌道線形擬合、鋪軌基標鎖定等施工技術措施，無砟軌道施工精度得到控制，確保良好的軌道平順性。