城市軌道交通大跨度連續橋調線調坡設計研究

成志勇

（廣州瀚陽工程咨詢有限公司 廣東廣州）

1 概述

城市軌道交通工程調線調坡是土建主體結構完成后鋪軌設計、施工的重要環節。由于施工誤差、結構沉降變形等因素容易導致土建移交線形偏離原設計線形，尤其對單孔跨度超過100m的預應力混凝土連續梁橋，施工線形控制誤差、橋梁設計預拱度、鋪軌過程中隨著道床混凝土澆筑、軌枕、聲屏障等其他橋面附屬荷載上橋引起鋪軌測設基點是動態變化的、及考慮預應力混凝土橋梁長期收縮徐變下撓對遠期運營線路影響，造成大跨度橋梁調線調坡的復雜性。

以廣州市軌道交通某150m大跨度橋梁實際案例，設計綜合了橋梁結構專業、線路專業、軌道專業間協作提出線路鋪軌控制高程，提供鋪軌土建單位按基標高程轉換為相對標高進行軌道鎖定的方法，供同類工程參考。

2 主要技術標準

廣州市軌道交通某線路一期工程線路全長54.1km，其中地下線長15.6km，地上線長38.5km，設13座車站，其中地下站5座，高架站8座，換乘站2座。全線在三處斜跨路采用了主跨150m大跨度連續剛構橋的設計，橋梁跨度組合為（80+150+80）m。該橋結構新穎，橋梁主跨達150m，在城市軌道交通項目上為同類預應力混凝土梁橋橋型首例。本橋施工方法采用掛籃懸臂澆筑施工。

（1）設計使用年限：橋梁結構100年。

圖1 橋型立面布置圖

（2）設計活載：列車編組，初、近、遠期采用6輛編組，列車采用B型車，軸重140kN。

（3）行車速度：直線段設計速度為120km/h，小曲線段設計速度為85km/h。

（4）線路：城市軌道交通線路，正線為雙線，直線部分線間距4.2m，標準軌距1435mm。

（5）鋼軌：正線、輔助線均采用60kg/m鋼軌、U75V普通熱軋鋼軌。

（6）無縫線路：正線鋪設區間無縫線路，地下線鎖定軌溫25+5℃，地面、高架線鎖定軌溫為30+5℃。

（7）道床：采用鋼筋混凝土短軌枕式整體道床，高架線軌道結構高度540mm。

（8）扣件鋪設密度：直線及R＞400且坡度i＜20‰地段扣件鋪設密度1680對/km，R≤400或坡度i≥20‰地段扣件鋪設密度1760對/km。

（9）曲線超高：正線曲線地段軌道按《地鐵設計規范》（GB50157-2013）設置超高。[1]

（10）減振降噪措施：一般減振地段軌道減振措施，采用彈性分開式扣件、并配置高彈性墊板。嚴格控制軌道施工質量，并對軌道進行經常性的養護維修，保持軌道結構的良好狀態，保證列車的運行平穩。

3 調線調坡鋪軌工藝流程

在鋪軌基地將25m鋼軌、軌枕等組裝成軌排，用龍門吊吊裝至地鐵專用平板車上，軌道車運輸至作業現場，再由鋪軌門吊將軌排吊鋪到位，采用鋼軌支撐架架軌，調好軌道方向、水平、軌距、超高，使軌道幾何尺寸達到設計標準后，澆筑道床混凝土，完成整體道床施工。各種預埋管線等，在整體道床施工時，按設計要求一并完成。所鋪無孔鋼軌用無孔夾板連接。道床混凝土采用商品混凝土，用混凝土攪拌運輸車運送至施工地點或下料口處，通過泵送或漏斗輸送到地下線平板車混凝土料斗，軌道車推送至工作面進行澆筑。

4 大跨度預應力混凝土橋梁調線調坡重難點研究

本項目80+150+80m大跨度橋梁土建主體工程移交時經業主測量隊復測中線控制樁，線路平面線形符合原施工圖設計線形，即平面調線按原設計即可。但線路縱斷面線形按復測數據表明，橋面裸梁高程（即圖2中第一階段線形）擬合線形較差，主要原因分析為施工過程線形監控出現偏差。綜合橋梁預拱度度設計要求，本橋需要通過鋪軌調坡設計，擬合出勻順的軌頂控制高程。對大跨度預應力混凝土梁橋鋪軌調坡設計存在重難點如下：

圖2 80+150+80m跨中區域各階段豎向變形圖（單位：mm）

（1）土建施工誤差。本橋采用掛籃懸臂澆筑施工，按照橋梁設計規范，大跨度預應力混凝土連續梁橋施工中應設置預拱度，預拱度包括如下三部分：恒載預拱頂、活載預拱度（為靜活載的一半）和掛籃變形。懸臂澆筑段的各節段立模標高i立模標高；Hsji梁底的設計標高；∑fdi施工過程中由恒載引起的該點向下的累計撓度值；flj由靜活載引起的向下的撓度值；fgl掛籃彈性變形值）。由于土建施工隊伍及線形監控單位技術水平差異，圖2中第一階段裸梁線形與設計目標線形存在一定差異，需通過線路調坡設計重新擬合線形。

（2）混凝土的徐變效應。預應力混凝土梁橋的梁體在預應力荷載作用下的撓度變形緩慢發展，因而對橋梁設計及施工中的徐變變形分析尤為重要。如果徐變變形的預測不準，在運營階段梁體徐變變形的發展將會引起橋面的立面線形不平順，嚴重影響行車安全和旅客舒適度，甚至將造成梁體下撓過大而無法使用。后期徐變由于其在線路鋪裝完成后發生，且其發生的時間歷程很長，對線路的平順性存在較大影響。施工中，往往將其視為恒載變形考慮至恒載預拱度中，而實質上線路鋪裝時改徐變變形量尚未發生，則產生兩類問題：①若線路鋪裝中不考慮該部分變形，則徐變發生后（2～3年），由于后期徐變的影響，軌道線形將呈曲線狀；②若線路鋪裝中予以考慮，則線路開通前期軌頂呈曲線狀，需等到后期徐變全部發生完成，軌頂線形理論上方能達到設計線形[2]。即線路鋪軌調坡設計時需考慮徐變效應影響。

（3）“橋動基標動”。裸梁成橋時橋面附屬設施暫未上橋，附屬包含防水層、短枕式整體板式道床、鋼軌結構、橋梁擋板、電纜及支架、緊急疏散平臺、橫坡墊層、聲屏障等重量。測設基標一般采用膨脹螺栓錨在點位上，設置于道床外側，基標頂面標高低于行車前進方向右側鋼軌頂面400mm。存在重難點：①鋪軌時道床混凝土澆筑過程、鋼軌及軌枕上橋過程橋梁跨中發生下撓變形，即橋動引起基標豎向移位變形，若采用基標復測絕對高程來控制鋼軌鎖定高程則存在測量復雜（基標受附屬重量上橋引起豎向發生移位變形）；②業主測量隊復測高程基標為橋面左線、右線的線路中心高程作為調坡設計輸入數據，而基標是設置與道床外側的，需要調坡設計輸出數據提交鋪軌單位重新進行換算基標控制高程。

5 工藝措施

為解決上述鋪軌設計疑難點，提出以下工藝措施：

（1）土建主體工程移交時要檢查土建主體結構寬度及高度，主體結構標高應滿足施工規范要求。根據土建單位提供坐標表、中線控制樁表、水準基點表、主體結構限界等資料雙方進行現場交接，包括檢查控制樁是否穩固，標識是否清楚，所交樁點是否與資料相符等。土建單位貫通測量并向調坡調線設計單位移交測量資料；調坡調線設計單位根據測量資料進行復核，合格后根據外業測量資料進行調坡調線設計。

（2）線路專業根據橋面實測數據及后期恒載變形值進行調線調坡，并將調線調坡后的線路縱斷面（軌道目標線形）反饋給橋梁專業及軌道專業復核。

（3）如果與理論計算基本符合，橋梁專業反饋同意意見。如果軌道荷載變化較大，引起橋梁變形有較大差異，橋梁應反饋給線路專業重新協商調坡事宜。

（4）調線調坡設計成果資料提交鋪軌土建施工單位，對“橋動基標動”的情況，土建單位應根據調坡設計成果資料換算與橋面各基標的相對高差，采用相對值控制軌道結構高度，即軌道鎖定后能適應橋動基標動的特點。

按外業測量資料，按以下原則計算鋪軌施工高程預告表：

表1

（1）鋪軌軌道結構高度=線路專業提供線路縱斷面軌面設計高程-橋梁專業提供橋梁變形后橋面理論高程（二期附屬上完階段的高程）。

（2）橋梁專業提供橋梁變形后橋面理論高程（二期附屬上完階段的高程）=業主測量隊提供實測橋面高程-二期附屬重量產生的理論變形量。

（3）施工控制軌面高程=業主測量隊提供實測橋面高程+鋪軌高度。

6 結語

（1）按《鐵路橋涵設計規范》（TB10002-2017）3.9.9條“橋梁設計應根據橋上線路總體軌頂豎曲線高程和梁體上拱度設計值，擬合出勻順的軌頂控制高程”。

（2）大跨度預應力混凝土橋調線調坡設計需橋梁結構專業、線路專業、軌道專業間協作提出鋪軌控制高程。

（3）“橋動基標動”需采用相對高差控制軌道結構高度。

（4）對土建施工誤差、橋梁預拱度設計及徐變影響，需土建主體施工完成后，重新復測成橋橋面線形，提交設計單位進行調線調坡設計。其中調坡設計綜合考慮實際成橋線形，提交線路專業重新擬合線路平順性，若成橋線形預拋高量偏低，線路擬合時宜上拋平衡二期附屬重量產生的階段下撓量。

（5）全橋附屬設施完成后，若存在少量線形偏差及運營階段徐變影響產生線形變化，需要在運營過程中通過軌道扣件加以調整。

[1]《地鐵設計規范》（GB50157-2013）[S].北京：中國建筑工業出版社，2013.

[2]《鐵路橋涵設計規范》（TB10002-2017）[S].北京：中國鐵道出版社，2017.