大跨度斜拉橋無砟軌道施工精度監(jiān)測方案研究

蘇雅拉圖

（中鐵三局集團有限公司，山西 太原030001）

1 前言

隨著中國交通運輸及高速鐵路網(wǎng)的飛速發(fā)展，截至2019年底，中國高速鐵路運營里程超過35000 km，其中高速鐵路橋梁10000 余座，總長約16000 km，占線路長度的45.2%。中國高速鐵路橋梁主要采用32 m 簡支箱梁，占中國高速鐵路橋梁總長的90%以上。與此同時，中國的高速鐵路無砟軌道鋪設(shè)技術(shù)已達到世界領(lǐng)先水平，對于不同地貌、不同地質(zhì)情況均可鋪設(shè)高質(zhì)量的無砟軌道，但這僅限于普通的橋梁、路基、隧道等地段，對于跨度200 m 及以上的大跨度高速鐵路鋼梁斜拉橋無砟軌道鋪設(shè)來說，國內(nèi)外依然很少見，同等規(guī)模的工程少之又少，同類技術(shù)缺乏[1]。

2 工程概況

新建商合杭鐵路為商丘至合肥至杭州客運專線，設(shè)計時速350 km/h，正線數(shù)目為雙線，線間距5.0 m。其中的裕溪河特大橋位于安徽省馬鞍山市含山縣與蕪湖市鳩江區(qū)境內(nèi)，總長814.5 m，含（60+120+324+120+60）m 雙塔鋼箱桁梁斜拉橋主橋及兩端各兩孔簡支箱梁，設(shè)計采用CRTSⅢ型板式無砟軌道。

裕溪河特大橋主橋為324 m 鋼箱桁梁斜拉橋，橋梁全部為縱向支座和多向支座，主橋?qū)侔肫◇w系。按照裕溪河特大橋斜拉橋無砟軌道工期安排，無砟軌道施工時段為7—9月，最近3年蕪湖的歷史天氣記錄如表1 所示。

橋梁在風(fēng)荷載、溫度荷載以及自重荷載作用下，位移和變形較大且復(fù)雜。如何掌握橋梁變形和位移的規(guī)律，無砟軌道施工中線形控制與橋梁變形相適應(yīng)是保證軌道結(jié)構(gòu)的高平順性、高穩(wěn)定性及高可靠性的重要基礎(chǔ)[2-4]。因此，本工程重難點如下：①施工精度和測量技術(shù)要求高，現(xiàn)場在不同時段和環(huán)境下鋼箱梁變形大，現(xiàn)場測量控制難度大；②根據(jù)設(shè)計院提供的相關(guān)技術(shù)資料得知，本橋無砟軌道施工后的線性標準會超出高速鐵路軌道靜態(tài)鋪設(shè)精度控制限制標準。

表1 近3年氣溫調(diào)查情況表

3 施工準備階段監(jiān)測控制

3.1 CPⅢ控制網(wǎng)的建立及控制點布設(shè)

3.1.1 CPⅢ點位布設(shè)

主橋上CPⅢ點按如下原則布設(shè)：①在大小里程靠近主塔的第一個過渡墩頂面（即裕溪河特大橋的278#和281#墩）分別布設(shè)一對CPⅢ點；②在大小里程的主塔內(nèi)側(cè)面分別布設(shè)一對CPⅢ點；③在中跨的五等分處，分別布設(shè)一對CPⅢ點；④在大小里程的伸縮縫簡支梁橋上靠近主橋的桁梁下節(jié)點板上，分別布設(shè)一對CPⅢ點。

高程基準點布設(shè)位置示意圖如圖1 所示。

圖1 高程基準點布設(shè)位置示意圖

綜上所述，主橋上面的CPⅢ網(wǎng)共有15 對，共30個CPⅢ點，點位布設(shè)于桁架下節(jié)點板上，高于防護墻30 cm。具體沿線路分布如圖2 所示。

3.1.2 觀測點布設(shè)

觀測點根據(jù)主橋無砟軌道伸縮縫中心的位置，在橋面兩側(cè)防護墻與底座板間的梁面上設(shè)置，在大小里程的伸縮縫主橋上靠近簡支梁橋的防護墻頂面，分別布設(shè)一對觀測點[5]。

3.1.3 CPⅢ控制網(wǎng)平面測量

由于斜拉橋自身為半漂浮體系，CPⅢ控制網(wǎng)的測量工作難度加大，測量數(shù)據(jù)的準確與否直接關(guān)系到施工質(zhì)量以及施工安全。

因此，CPⅢ平面控制網(wǎng)的觀測環(huán)境要達到以下要求：氣象穩(wěn)定、夜間溫度變化小的時間段，避免雨霧天氣，避免其他工序的施工干擾，以保證CPⅢ建網(wǎng)的觀測精度。

圖2 CPⅢ埋設(shè)沿線路分布示意圖

在每次進行測量工作前，先對CPⅢ控制網(wǎng)進行復(fù)核，復(fù)核完成后再進行測量工作。主橋上的CPⅢ平面網(wǎng)和高程網(wǎng)測量，組織兩組人員和兩套儀器設(shè)備同時從邊跨向中跨進行測量，在盡可能短的時間段內(nèi)完成主橋上CPⅢ網(wǎng)的測量。CPⅢ控制網(wǎng)采用自由測站邊角交會網(wǎng)的方法測量，自由測站的測量，從每個自由測站，將以2×6個CPⅢ點為測量目標，每次測量應(yīng)保證每個點測量3 次，測量方法如圖3 所示[6-8]。

圖3 CPⅢ平面網(wǎng)觀測網(wǎng)形示意圖

3.2 橋形監(jiān)測

在完成CPⅢ控制網(wǎng)建立及觀測點埋設(shè)后，對成橋線形進行監(jiān)測，統(tǒng)計分析全橋變形規(guī)律，做好加載前的數(shù)據(jù)儲備。對全橋進行壓重試驗。壓重采用水袋加水方式，單個水袋尺寸為6 m×2.5 m×1 m，縱向擺放于底座板相應(yīng)位置，壓重荷載為50 kN/m，加水重量按體積控制，達到設(shè)計壓重重量后對CPⅢ控制網(wǎng)進行再次復(fù)測后進行第二次監(jiān)測。壓重監(jiān)控測量完成后進行卸載，卸載采用梁面縱向直排，匯入梁端橋下地方水系。卸載時按照從跨中向梁端的順序卸載。卸載后再次對CPⅢ控制網(wǎng)進行復(fù)測及監(jiān)測，形成監(jiān)測數(shù)據(jù)。

同時，需在全載條件下進行索力調(diào)整，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)指令，調(diào)整達到二期恒載狀態(tài)下的成橋線形。壓重橫斷面示意圖如圖4 所示。

圖4 壓重橫斷面示意圖

4 結(jié)構(gòu)層施工階段監(jiān)測控制

斜拉橋無砟軌道結(jié)構(gòu)層總體施工順序：主橋兩側(cè)簡支梁無砟軌道底座施工→主橋橋面墊層施工→主橋無砟軌道底座施工→主橋及兩側(cè)簡支梁無砟軌道軌道板鋪設(shè)→主橋兩端過渡段道床板施工→防水層施工[9]。

在整個無砟軌道施工過程中，對橋體線形的監(jiān)測是非常重要的一項工作，監(jiān)測數(shù)據(jù)可以直接指導(dǎo)現(xiàn)場施工。監(jiān)測工作主要包括高程監(jiān)測和平面位置監(jiān)測。首先在鋼梁上布設(shè)觀測點，在每一層結(jié)構(gòu)層施工前后對這些觀測點進行測量，由測量數(shù)據(jù)計算線形變化情況，擬合出變化曲線。由此數(shù)據(jù)和橋體理論變化值進行比較核驗，然后指導(dǎo)下一步施工。

5 實際應(yīng)用技術(shù)經(jīng)濟效益

在裕溪河特大橋斜拉橋無砟軌道施工過程中，面對裕溪河特大橋斜拉橋結(jié)構(gòu)新穎、技術(shù)含量高、工期緊、施工難度大等問題，綜合了國內(nèi)外已有先進技術(shù)，科學(xué)安排組織監(jiān)測，經(jīng)實踐證明，技術(shù)經(jīng)濟效益明顯。

對CPⅢ控制網(wǎng)的科學(xué)布設(shè)以及其成果的準確把握，杜絕了施工過程中因測量數(shù)據(jù)不準確甚至測量結(jié)果有誤而導(dǎo)致施工進度緩慢或者出現(xiàn)返工的現(xiàn)場，直接經(jīng)濟效益50萬元。對于斜拉橋關(guān)鍵性的連續(xù)性線形監(jiān)測技術(shù)，通過科學(xué)合理的監(jiān)測方案，及時準確地掌握斜拉橋形變情況，有效推動了整個施工的順利進行，最后將無砟軌道線形控制在規(guī)范以及預(yù)期的誤差范圍之內(nèi)。邊跨最大誤差為不超過4 mm，中跨最大誤差不超過7 mm[10]，保障了無砟軌道施工的安全和質(zhì)量，直接經(jīng)濟效益10 萬元。

6 結(jié)語

本項目實施的裕溪河特大橋斜拉橋為大跨度雙塔鋼箱桁梁斜拉橋，該橋結(jié)構(gòu)新穎、技術(shù)含量高、施工難度大，對于該橋的無砟軌道施工更是世界首例大跨度鋼箱桁梁斜拉橋無砟軌道施工。在無砟軌道施工過程中，在橋體變形情況不易掌握，無砟軌道線形很難得到保障的情況下，該項目的完成將此類橋體無砟軌道施工的精度調(diào)到了新的高度。針對CPⅢ的布設(shè)以及測量方案，可以推廣到高速鐵路所有非固定型橋梁的測量工作中；而斜拉橋的監(jiān)測方案，也可推廣到所有大型橋梁或大型構(gòu)筑物的施工作業(yè)當中，對今后國內(nèi)外高速鐵路大型橋梁建設(shè)項目具有較大的參考價值。

由于要保證施工精度和工程質(zhì)量，施工測量只能在良好天氣下的夜間進行，且每次施工前必須對CPⅢ控制網(wǎng)進行復(fù)測平差，導(dǎo)致有效施工時間短，且此類大跨度鋼箱桁梁斜拉橋無砟軌道施工針對性強、施工難度大，目前國內(nèi)外此類技術(shù)還未達到成熟階段，將進一步對大跨度斜拉橋無砟軌道施工技術(shù)進行全面、系統(tǒng)的研究。