平豎曲線疊合段大梁縫伸縮軌道施工技術研究

任化慶

(中鐵十五局集團路橋建設有限公司 江蘇南京 210031)

1 工程背景

重慶軌道環線二期軌道工程，位于南岸區和九龍坡區，其中鵝公巖軌道專用橋橫跨長江。為確保貨輪通航要求，設計采用自錨式雙塔懸索鋼混結合橋梁，引橋采用混凝土箱梁，主橋采用鋼箱梁[1]。其西引橋端大梁縫處于直線段，東引橋端處于豎、緩曲線重疊段，如圖1所示。

圖1 鵝公巖軌道專用橋

鵝公巖大橋鋼軌伸縮調節器與梁端裝置均位于曲線段，最大設計車速100 km/h，平曲線半徑為2 000 m，圓曲線超高55 mm，緩和曲線超高順坡率不大于2‰；豎曲線半徑為3 550 m，坡度8.85‰。采用60 kg/m U75V鋼軌，標準軌距1 435 mm，軌底坡1∶40，設計梁縫寬800 mm。

鵝公巖大橋主橋段以隔離式減震墊無砟道床[2]為主，其東引橋混凝土梁P16橋墩位于平、豎曲線段梁縫處。為有效解決曲線超高段軌道變形與穩定性，設計安裝2組長枕埋入式無砟軌道鋼軌伸縮調節器與上承式抬枕裝置一體化設備[3]。抬枕裝置部分區段采用鋼枕埋入式，在主橋與引橋跨梁縫處采用鋼枕懸空式安裝方式。

在該橋施工前，為了解決東引橋超大梁縫大跨度施工難題，組織了專家評審會議，并進行室內伸縮阻力、靜載及300萬次疲勞試驗等系列驗證。試驗結果表明，具有縱梁防跳保護的梁段伸縮裝置能滿足鵝公巖大橋梁端使用要求，于2019年7月完成鋼軌伸縮調節器與梁端裝置安裝、施工任務。

2 結構形式與受力特點

(1)鋼軌伸縮調節與梁端裝置結構形式

鋼軌伸縮調節器是一種軌道溫調設備[4]，全長22.18 m，基本軌長19.335 m，尖軌長11.2 m，調節器位移量為-600 mm～+800 mm，適用于曲線半徑≥2 000 m地段。

鋼軌伸縮調節器至尖軌跟端范圍采用22根鋼筋桁架混凝土長枕，其中1#～3#、22#為B型桁架枕，4#～21#為A型桁架枕[5]。鋼軌伸縮調節器尖軌尖端至梁縫梁端裝置采用滑動扣件，基本軌始端至梁端裝置及尖軌跟端采用彈條扣件組裝，調節器采用硫化鐵墊板，與軌枕的連接采用偏心緩沖調距塊結構，如圖2所示。

圖2 鋼軌伸縮調節器安裝示意(單位：mm)

鵝公巖大橋曲線地段梁端抬枕裝置采用上承式“4-3-5”結構[6]，共12根鋼枕，其中中間3根(即⑤、⑥、⑦枕)鋼枕為懸空枕，其余為埋入式枕。①～④枕鋪設在引橋混凝土梁端，⑧～○12枕鋪設在主橋一側無砟道床內。

抬枕裝置采用具有低摩擦組件的縱梁(扁擔梁)并與②～④枕固定，可在⑤～○12枕間滑動，采用高強度剪刀叉結構，并采用精密銷軸和剪刀防鎖緊裝置[7]。在縱梁⑩～○12范圍安裝防跳裝置，部件包括鋼枕上三聯扣鐵、三聯扣鐵墊板及螺栓副等，三聯扣鐵安裝在⑩～○12枕；在⑩枕縱梁下安裝縱梁滑動墊板，在○11、○12枕縱梁下安裝三聯扣鐵墊板，如圖3所示。

圖3 抬枕裝置安裝示意(單位：mm)

(2)鋼軌伸縮調節與梁端裝置受力特點

鵝公巖大橋地處重慶，大橋主跨受夏天溫度變化影響較大，由溫度變化及豎向車輪荷載共同作用，橋梁結構本身及橋上軌道線路將產生較大的縱向力和位移。為了協調因溫度變化引起的梁軌相對位移，釋放軌道中較大的附加應力[8]，避免出現鋼軌碎彎、無砟軌道結構破損、扣件墊板竄動危害，保持軌道幾何狀態穩定，保證線路安全運營，在鵝公巖大橋曲線地段設置安裝伸縮調節器與梁端一體化設備有效地解決了這一難題。

3 超大梁縫伸縮對一體化設備的影響

重慶軌道鵝公巖大橋P16橋墩曲線段主橋與引橋設計梁縫為800 mm寬，而且鵝橋施工正值夏季，由于夏天溫度高，主橋與引橋受溫度影響變化快，對安裝鋼軌伸縮調節器與抬枕裝置施工有很大影響，需傍晚溫度變化緩慢時施工，對施工進度造成很大影響。

在調節器與梁端裝置鋪設時，若調節器基本軌與伸縮裝置⑧枕均處于伸縮零點位置，伸縮梁縫寬為800 mm，此時允許調節器與伸縮裝置最大伸縮量為-600 mm、+800 mm。如果調節器鋪設時所處位置的梁縫寬度不等于年平均梁縫寬度，則需在鋪設前根據公式(1)計算基本軌預留量[9]。如果計算值在±5 mm范圍內，鋪設時不需設置預留量，調節器可按基本軌處于零點時鋪設；否則，在鋪設時，應調整基本軌組裝位置，使其處于伸縮預留位置。

式中，Δ為基本軌預留伸縮量；W為調節器鋪設時梁縫寬度；Wmax為冬季梁縫寬度最大值；Wmin為冬季梁縫寬度最小值。

當Δ＞0時，基本軌伸出；當 Δ＜0時，基本軌縮進。

4 伸縮調節器與抬枕裝置施工工藝

4.1 控制網建立與測量方法

根據鵝公巖自錨式懸索橋結構特點設計了10對導線點，分別設在橋墩東、西塔臺處各1對，大、小里程引橋端防撞墻頂部各4對。高程控制點2處，大、小里程引橋各1處(導線點采用預埋套筒，東西塔臺采用外懸掛固定支架套筒，高程控制點采用預埋鋼棒)。采用該種導線構成立體交叉三維坐標體系[10]，在主跨鋼箱梁測量放樣時，能夠有效通過前后段導線點修正因橋梁受溫度與活載影響的收縮變形測量誤差，提高測量精度。

軌道中心測量根據精密導線點放樣左(右)線路中心線及每5 m左右橫向設2個斷面測量點位，根據橋梁特點，線路中心線在全橋最穩定時間段需一次性貫通放樣。鵝公巖大橋全橋設置3對共6個測量控制點，主橋墩東、西塔臺及跨中各1對。鑒于大橋受溫度影響較大，平面位置隨橋梁變化而變化，處于一個動態過程，以大橋兩端區間內勘測院導線點為依據，分別在混凝土梁(左右線)兩端各測設1個點位，以此為基準點在00:00至5:00時間段對大橋中心線進行貫通測量放樣，保證大橋線路與區間線路平順接駁。

軌道高程測量在全橋最穩定時間段按左(右)線路中心線偏樁每4.8～5.2 m橫向設2個斷面測量點。大橋預加荷載加載前對鵝公巖大橋鋼箱梁段進行橋面測量，加載完成后連續觀測7 d高程數據并記錄溫度，然后根據大橋撤除預加荷載的順序，再對橋面進行高程數據采集，待荷載完全撤除后對橋面進行二次復核測量。

4.2 調節器與抬枕裝置施工準備

調節器與抬枕裝置現場核對型號，確保伸縮裝置的鋼枕、支承梁、位移控制箱、吊架、連桿等鋼部件表面按金屬涂層+重防腐油漆涂層處理[11]，涂裝總厚度≥280 μm，高強度螺栓出廠時需進行臨時防腐處理。

在抬枕裝置及調節器鋪設、安裝之前，需要對基底混凝土梁面鑿毛，基底沖水清理干凈后，鋪設底層縱橫向鋼筋網片，與梁面預留L筋進行固定，以達到整體受力的效果。

4.3 調節器與抬枕裝置吊裝及粗調作業

抬枕裝置與調節器組裝時，需要廠家專人在現場進行指導，選取合理吊點進行吊裝。在吊裝過程中需要對調節器組件(含尖軌、基本軌、軌撐、軌撐螺栓、鐵墊板等)進行保護。必須輕拿輕放，嚴禁扔、撞擊、翻滾組件。

將抬枕裝置各部分吊裝至線路中心線位置處，開始進行組裝，抬枕裝置三部分由鋼枕上的三聯扣鐵進行連接，然后用全站儀進行放點校準。當抬枕裝置水平及豎直方向與線路中心線基本吻合后，用鋼軌支撐架將抬枕裝置起道一定水平位置，調節器開始進行組裝，調節器基本軌位于抬枕裝置①～○12枕上。調節器軌枕間距布置為600 mm，當調節器鋼軌與軌枕組裝完成，同樣用軌排支撐架起道一定水平位置后進行粗調。一體化設備鋪設、粗調完畢，如圖4所示。

圖4 抬枕裝置與軌道伸縮調節器安裝(單位：mm)

4.4 調節器與抬枕裝置精調作業

當調節器與抬枕裝置一體化鋪設后，在測量員的配合下，用千斤頂和撬棍微調抬枕裝置的縱、橫向位置及抬枕裝置頂面標高，當抬枕裝置頂面標高達到設計標高同時抬枕裝置前后左右位置到位后，檢查抬枕裝置⑧枕邊到梁縫邊距離是否為380 mm，用靠尺和卷尺測量；再檢查懸空鋼枕與梁縫邊枕下凈空是否＞3 cm；最后檢查抬枕裝置標尺刻度與梁縫伸縮量是否一致。當所有條件滿足后，將主橋抬枕滑動區與引橋鎖定，抬枕裝置的鋼枕用鋼筋與橋梁錨固筋進行焊接[12]，如圖5所示。

圖5 調節器精調與抬枕裝置焊接定位

這樣即可保證抬枕裝置與梁縫處于同一位置伸縮，曲線地段抬枕裝置的軌距調整量為±4 mm，正矢調整量為-4 mm～+20 mm，用調整墊片調節軌距和正矢[13]。在測量員以及施工隊伍配合下調整調節器頂面標高和正矢方向。鋼軌伸縮調節器的軌距調整量:1#枕～21#枕為±32 mm，其中一股鋼軌偏心套的軌距和矢距調整量為±6 mm，軌撐的軌距調整量為±10 mm；22#枕為±20 mm，一股鋼軌超高調整量為-4 mm～+20 mm。

4.5 整體道床澆筑作業

當伸縮調節器與梁端裝置一體化設備精調完成后，在道床澆筑前，為了防止道床混凝土收縮與抬枕裝置鋼枕之間產生離縫，雨水滲入離縫內銹蝕鋼枕，道床與鋼枕之間需設置凹槽，凹槽內填充高變形跟隨性、高耐久硅酮嵌縫材料，以適應道床混凝土收縮后離縫大小變化。凹槽在澆筑之前用寬25 mm、厚3 mm的藍色擠塑條貼邊，方便在澆筑后取出，然后填充硅酮嵌縫材料，如圖6所示。

圖6 抬枕裝置鋼枕四周凹槽嵌縫(單位：mm)

澆筑之前需將調節器與抬枕裝置作包裝處理，避免污染鋼軌扣件和抬枕防跳橫梁。澆筑一體化設備時，為保證尖軌軌尖到抬枕中心間距為2 300 mm，同時保證抬枕裝置滑動端隨梁縫伸縮變化而變化，應分為兩次澆筑。引橋調節器基本軌始端與抬枕裝置固定區鎖定，主橋抬枕裝置滑動區處于可滑動狀態，先澆筑引橋一側，當混凝土初凝后，松開引橋固定區基本軌和抬枕裝置軌撐扣件，然后將主橋抬枕裝置滑動區和調節器基本軌滑動區人為變為固定區，再澆筑主橋一側的抬枕裝置和伸縮調節器部分混凝土，混凝土初凝后松開主橋滑動區軌撐扣件，避免道床隨梁縫伸縮拉裂。

5 結束語

為了解決重慶軌道環線二期鵝公巖大橋東引橋端平、豎曲線地段超大梁縫對軌道運營后橋梁穩定性和行車舒適性的影響，通過專家論證、實驗室模擬，最終提出了采用鋼軌伸縮調節器與抬枕裝置一體化設備進行大梁縫的過渡方案。本文通過分析大梁縫、雙曲線軌道線形要素及一體化設備結構受力特點與疲勞指數，總結了平、豎曲線大梁縫處鋼軌伸縮調節器與抬枕裝置安裝調試工藝，為國內其他大跨度橋梁梁端伸縮裝置的施工提供借鑒。