跨坐式單軌線路蓋梁支座錨箱橫坡超差的調(diào)整工藝*

陳德超

(中鐵十一局集團有限公司投資公司， 430061， 武漢∥高級工程師)

預(yù)應(yīng)力混凝土(PC)軌道梁既是跨坐式單軌列車的承重軌道，又是列車的走行軌道，其線形調(diào)整質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到列車運行的舒適性和安全性。工程實踐中，PC軌道梁在工廠內(nèi)預(yù)制成形，相關(guān)指標控制良好。但因墩柱蓋梁施工主要處于城市主干道的綠化隔離帶內(nèi)，施工的干擾因素較多，且蓋梁支座錨箱安裝工藝復雜，精度控制難度大[1]，因而在重慶軌道交通3號線的一期工程、二期工程及其南(北)延伸段，以及重慶軌道交通2號線延伸段等工程中均不同程度地出現(xiàn)了蓋梁支座錨箱橫坡超差甚至返坡的現(xiàn)象，進而造成軌面橫坡、錨固螺栓外露螺距等關(guān)鍵指標超差。本文重點針對此問題，提出有效的解決措施。

1 工程背景

本文以重慶軌道交通3號線二期工程雙龍站—碧津站區(qū)間出現(xiàn)的跨坐式單軌軌道梁蓋梁支座錨箱橫坡超差問題為案例進行論述。該區(qū)間的18#墩柱(QJ28-D18)至27#墩柱(QJ28-D27)位于該市渝北區(qū)綠夢廣場區(qū)域，線路區(qū)間的最小曲線半徑為298.05 m,最大設(shè)計橫坡為12%,主要集中在QJ28-D22、QJ28-D23兩處。該區(qū)間線路平面布置如圖1所示，蓋梁(含支座錨箱)構(gòu)造詳圖如圖2所示。

單位：mm圖1 案例線路QJ28-D22至QJ28-D27區(qū)間的線路平面布置截圖Fig.1 Layout plan of the case line between QJ28-D22 to DJ28-D27 interval

a) 平面圖

調(diào)整該區(qū)段的線形后發(fā)現(xiàn)：PC梁橫坡偏差在規(guī)范允許范圍內(nèi)，偏差的最大值為-6.1‰； QJ28-Y22大里程端調(diào)整墊片最大厚度為36 mm，超差6 mm；錨固螺栓外露-2個螺距，不滿足外露3個螺距的要求。經(jīng)調(diào)查，該蓋梁支座墊石施工控制不當，造成墊石橫坡超差較大，超差最大值發(fā)生在QJ28-D22的Y1#錨箱(以下簡稱“D22Y1#錨箱”)處。實測該處的橫坡為15.5%，較設(shè)計要求的12%超出了3.5%，這是造成PC梁線路調(diào)整指標不能滿足規(guī)范要求的主要原因。該區(qū)間橫坡超標的主要部位為QJ28-D22和QJ28-D23，其具體指標值如表1所示。

表1 案例線路橫坡超標的主要部位及具體指標值Tab.1 Main parts and specific index values of case line cross slope exceeding standards

梁頂橫坡采用長200 mm的框式水平儀測量，測量部位為PC梁大里程固定端接縫板,得到的測量結(jié)果如表2所示。

表2 梁頂橫坡的測量結(jié)果Tab.2 Measurement results of beam top cross slope

對QJ28-Z(Y)22和QJ28-Z(Y)23對應(yīng)蓋梁支座錨箱的調(diào)整墊片及錨固螺栓外露螺距進行統(tǒng)計。

左(右)線PC梁對應(yīng)蓋梁上設(shè)8個測點，其布置示意圖如圖3所示。調(diào)整墊片與螺栓外露螺距的測量結(jié)果如表3所示。

圖3 蓋梁測點布置示意圖Fig.3 Layout of bent cap measuring points

2 橫坡超差的解決思路

GB 50614—2010《跨坐式單軌交通施工及驗收規(guī)范》的表3.5.7要求：PC軌道梁梁端軌面橫坡安裝精度為(7/1 000) rad。經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較，擬在本區(qū)間進行第二次線形調(diào)整，使得梁端軌面橫坡按上限值(7/1 000) rad進行控制[2-3]，并將原有較薄的調(diào)整墊片更換為加厚梯形調(diào)整活動板。第二次線形調(diào)整后，根據(jù)支座兩側(cè)加墊活動板所形成的傾斜度實測值，加工改制部分斜鍥緊塊，以保證鍥緊塊的面接觸及自鎖性能。隨后驗證當支座調(diào)整角度控制在2°以內(nèi)時錨固螺栓與球面螺母座、2#球面螺母座之間是否會發(fā)生干擾。若無干擾，則可認為錨固螺栓與支座安裝正確。

表3 調(diào)整墊片及錨固螺栓外露螺距的測量結(jié)果Tab.3 Measurement results of exposed pitch of adjusting gasket and anchor bolt

以錨箱超高最大點位的D22Y1#錨箱為例，其所對應(yīng)的梁號QJ28-Y22 5#、8#測點的墊片高度為36 mm，螺栓外露螺距為-4 mm。該處梁頂軌面的設(shè)計橫坡為12.0%，實測橫坡為11.5%。將橫坡加大至12.7%后，橫坡可調(diào)整1.2%，因左右側(cè)墊片間距為850 mm，則反映在墊片上的可調(diào)整高度Δh約為10.2 mm。在現(xiàn)有基礎(chǔ)上去掉厚度為10.2 mm的墊片，則墊片高度可調(diào)整值約為25 mm，螺栓外露螺距可調(diào)整值約為6 mm，從而滿足調(diào)整墊片最大厚度不得超過25 mm、螺栓外露螺距不少于3個螺距(6 mm)的高度要求。

調(diào)整后支座下擺處的調(diào)整角度α為：

α=arc tan[(ha-hb-Δh)/b]

(1)

式中：

ha——表3中QJ28-Y22對應(yīng)5#、8#測點處的墊片高度；

hb——表3中QJ28-Y22對應(yīng)6#、7#測點處的墊片高度；

Δh——墊片的可調(diào)整高度；

b——兩測點處墊片的外邊寬度。

式(1)中，ha取36.0 mm，hb取2.0 mm，Δh取10.2 mm，b取780 mm，可得到調(diào)整后支座下擺處的調(diào)整角度α為1.7°。

以上思路可解決橫坡超差問題。實際操作中需兼顧線間距、接縫板安裝面高差等指標的合規(guī)性，并考慮鋼制品構(gòu)件本身存在的加工誤差和裝配間隙。各項指標是否滿足要求應(yīng)以最終工況檢查驗收數(shù)據(jù)為準。

3 橫坡超差解決措施的技術(shù)驗證

3.1 理論依據(jù)

該線的施工和監(jiān)理單位提供了《雙龍站—碧津站區(qū)間錨箱成品測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計》的相關(guān)數(shù)據(jù)[4]，鑄鋼拉力支座設(shè)計單位對該區(qū)間最不利工況下支座調(diào)整角度取2°時，錨固螺栓與球面螺母座、2#球面螺母座之間的位置關(guān)系，以及錨固螺栓與調(diào)整墊板受力狀況及應(yīng)力值進行了檢算。

3.1.1 主要構(gòu)件受力狀況與位置關(guān)系

圖4為錨箱基座板上平面的最大荷載工況，α=2°。楔形調(diào)整板無定位時，單根錨桿豎向力P在最大荷載工況下為230 kN，在預(yù)應(yīng)力工況下為115 kN。調(diào)整墊板橫向力，使得最大荷載工況下調(diào)整墊板與錨箱基座板頂面間橫向力F=8 kN，預(yù)應(yīng)力工況下調(diào)整墊板與錨箱基座板頂面間橫向力F1=4 kN，預(yù)應(yīng)力下錨固螺栓所承受的最大彎矩M=1 000 Nm。

如圖5所示，支座的基座板預(yù)埋在蓋梁中，即支座安裝基面隨超高斜面也有15.5%的橫坡。若不調(diào)整支座的超高偏差，待支座安裝完畢后，支座中心與基座中心是重合的。若采取糾偏措施，在支座凸輪板下添加成型的楔形板，將支座反向調(diào)整2°，則支座與基座板上平面將出現(xiàn)2°的夾角，錨固螺栓中心、球面螺母座上平面與錨箱連接板也將產(chǎn)生2°的夾角，進而導致錨固螺栓下端球面螺母座臺階面產(chǎn)生一定偏轉(zhuǎn)位移。

單位：mm圖5 調(diào)整角度前、后各部件的位置示意圖Fig.5 Position diagram of components before and after angle adjustment

圖6為球面螺母座與2#球面螺母座的偏轉(zhuǎn)示意圖。按照GB/T 73—2017《開槽平端緊定螺釘》的術(shù)語定義，M12×30中M為螺釘，12表示其直徑為12 mm，30表示其長度為30 mm。

單位：mm圖6 球面螺母座與2#球面螺母座偏轉(zhuǎn)示意圖Fig.6 Deflection diagram of spherical nut seat and 2#spherical nut seat

3.1.2 錨固螺栓安裝驗算

1) 球面螺母座下端螺釘安裝驗算。該處臺階面的位移S為23 mm，調(diào)整角度為2°；球面螺母座兩處M12螺釘下端的位移S1均為2.9 mm；2#球面螺母座定位槽的直徑為18 mm，單邊間隙為3.0 mm(實際加工中孔偏大、軸偏小)。由此可知，S1小于單邊間隙，螺釘與定位槽間不會發(fā)生干擾。

2) 球面螺母座安裝驗算。該處臺階面的中心位移為2.2 mm；錨固螺栓尺寸為M36，球面螺母座孔直徑為41 mm，單邊間隙為2.5 mm。由此可知，球面螺母座臺階面的中心位移小于單邊間隙，臺階面與球面螺母座孔間不會發(fā)生干擾。

3.1.3 理論工況下錨固螺栓的應(yīng)力值驗算

重慶輕軌3號線二期鑄鋼支座技術(shù)條件7.2.12規(guī)定：錨固螺栓材質(zhì)為1Cr17 Ni2，其設(shè)計容許應(yīng)力值[σ]為：

[σ]=σS/kS

(2)

式中：

σS——材料屈服強度；

kS——材料的安全系數(shù)。

式(2)中，σS取700 MPa，kS取2，可得到錨固螺栓的[σ]為350 MPa。

理論工況下，錨固螺栓的應(yīng)力值σ應(yīng)符合如下要求：

σ=P/AS≤[σ]

(3)

式中：

AS——單根錨桿的截面積。

式(3)中，P取230 kN，AS取865 mm2，可得到理論工況下的σ為266 MPa，小于350 MPa，符合鑄鋼支座技術(shù)條件的要求。

3.2 實際安裝效果驗證

根據(jù)上文的解決思路，并依據(jù)設(shè)計與理論計算結(jié)果，本文采取標準件與加工配件配合模擬現(xiàn)場實際工況的方式，驗證實際安裝與理論計算的一致性，以確保錨固螺栓與支座錨固可靠[5-6]。

3.2.1 支座下擺、蓋板、凸輪板等組件

按照模擬尺寸匹配數(shù)據(jù)，需將蓋板、墊片、凸輪板的寬度改為80 mm，其余技術(shù)要求按設(shè)計標準執(zhí)行。改制后各組件的具體尺寸及數(shù)量如表4所示。

表4 改制后組件的規(guī)格及數(shù)量Tab.4 Specification and quantity of components after revision

3.2.2 驗證的過程及結(jié)果

在預(yù)設(shè)支架上定位1個錨箱基座組件，支座下擺與錨箱基座板間的一端加墊高度為26 mm墊片，另一端不加墊片。安裝錨固螺栓組件，并與支座下擺進行連接固定。通過測量、觀察與計算，得到的驗證結(jié)果如下：① 支座下擺處的α為1.9°；② 2#球面螺母座與球面螺母座自動調(diào)心定位時，球面螺母座上的螺釘不會干涉球面螺母座的調(diào)心，保證錨固可靠；③ 可保證安裝后抗剪榫高于下擺面15 mm，錨固螺栓螺紋高于防松螺母3個螺距。

4 橫坡超高的工藝方法

QJ28D18-D27段橫坡超高的處理工藝應(yīng)滿足跨坐式單軌PC軌道梁第二次線形調(diào)整的技術(shù)工藝要求。與第二次線形調(diào)整不同的是，該區(qū)間軌道梁兩側(cè)匯流排已安裝完成，需對其進行臨時的拆除、固定，待作業(yè)完成后再予以恢復。本文對該段橫坡超高的工藝方法進行闡述。

1) 計劃工期。拆除和恢復匯流排的工期為4 d，PC梁線形調(diào)整工期為8 d，施工工期共計12 d。

2) 人員配置。分兩個作業(yè)面同步作業(yè)，施工人員共計8人，分別為4名工人、1名檢測人員、1名技術(shù)人員、1名安全防護人員和1名機動人員。

3) 材料與設(shè)備配置。除常規(guī)線形調(diào)整所配的材料與機具設(shè)備外，還需配置加工加厚梯形斷面活動板和改制楔緊塊。加配的活動板和楔緊塊僅對斷面尺寸進行調(diào)整，其余材質(zhì)及性能仍按原技術(shù)規(guī)格參數(shù)執(zhí)行。其中：梯形斷面活動板有2種規(guī)格，共計18件；改制楔緊塊有3種規(guī)格，共計64件。

4) 作業(yè)流程。分別為：① 辦理停電作業(yè)令，確認線路斷電后，進行匯流排短路連接；② 施作地面安全防護及檢修通道成品防護，防止損壞檢修通道表面涂層；③ 拆除匯流排的固定螺栓，做好臨時固定支撐及防護；④ 拆除PC梁兩端的接縫板、鍥緊塊。曲線梁頂起前，左右側(cè)下擺與抗剪榫之間要有不少于15 mm厚的平鍥緊塊。采用便攜式薄型液壓油缸頂升PC梁，以便于更換和加減活動板、調(diào)整墊片。需注意每一個點位增設(shè)的加厚梯形活動板不得超過3塊，加墊墊片的總高度不得大于30 mm。其余作業(yè)與常規(guī)線形調(diào)整作業(yè)的要求類同。

5 橫坡超差調(diào)整后的檢查與驗收

以D22Y1#錨箱為例，經(jīng)實測與計算，調(diào)整后的α=1.9°，且錨固螺栓是在自由活動狀態(tài)下完成安裝的。QJ28D18-D27段的其他超差點位也均嚴格按照要求，重新進行了線形調(diào)整。實測數(shù)據(jù)顯示，軌面實際橫坡均按照規(guī)范規(guī)定的上限值7‰要求，向錨箱超差方向進行了調(diào)整，調(diào)整后軌面的最大橫坡值為12.7%。整改段各項技術(shù)指標均滿足《跨坐式單軌交通施工及驗收規(guī)范》的要求。

6 結(jié)語

軌道梁橋施工過程中，必須精確控制蓋梁支座錨箱的施工誤差，誤差過大將影響結(jié)構(gòu)的安全性及列車運行的平穩(wěn)性、舒適性。本文結(jié)合工程實踐，找出了影響跨坐式單軌線路平曲線大橫坡區(qū)段精度控制的關(guān)鍵因素，通過用加厚梯形調(diào)整活動板替換原有較薄的平面調(diào)整板、改制楔緊塊及第二次線形調(diào)整等措施，有效解決了蓋梁支座錨箱橫坡超差問題，確保了錨固螺栓的有效使用壽命及結(jié)構(gòu)安全。本文的技術(shù)改進措施可為類似線路問題提供技術(shù)思路，對跨坐式單軌制式關(guān)鍵受力部件后續(xù)在設(shè)計上的改進與創(chuàng)新具有一定的借鑒作用。