跨座式單軌曲線PC軌道梁線形控制技術

黃紅林，秦環兵

(中鐵大橋局集團第二工程有限公司，江蘇 南京 210015)

0 引 言

在跨座式單軌交通中，PC軌道梁既是列車行駛軌道、系統設備通道，同時也是承受列車荷載的承重結構[1]，列車通過橡膠輪胎環抱梁體進行行駛，以保持行駛的穩定性。

蕪湖軌道交通1號線、2號線一期工程，采用跨座式單軌列車，是龐巴迪單軌技術在國內的首次應用，它以大跨度連續剛構形式取代大部分簡支體系，填補了國內大跨度連續剛構軌道梁建設的空白。

1 梁體線形控制的難度

PC軌道梁作為列車荷載的承重結構，其線性控制的難度有：① 平、豎曲線以及橫向超高均由軌道梁自身實現，要求一次澆筑成型；②梁型多樣、線形多變。每榀梁長度、高度、端部傾角、頂部超高等技術指標均不相同，需要制作專門的工法指導書；③ 線形精度要求高，軌道梁頂面和側面平順性要求達到3 mm/4 m；④ 曲線梁預制采用直鋼模板拼裝，給梁體線形過程控制帶來極大的難度；⑤與傳統的預制梁比較，曲線梁體線形控制沒有成熟的經驗可借鑒。

2 控制網布設

梁場測量控制網分為2級，首級控制網為邊角加密網，次級控制網為制梁臺座方格網。

2.1 首級控制網

首級控制網采用測量塔的形式布設[2]，共10個點。根據制梁場地形，布置于制梁區四周，按大地四邊形布點(圖1)，測點采用強制對中基座(圖2)，以消除儀器及棱鏡的對中誤差。首級網作用是對臺車軌道、制梁臺座軌道，存梁臺座沉降及臨建設施進行控制，同時對次級方格網起到檢查和復核作用。

圖1 首級控制網點分布圖

圖2 測量塔示意圖

因為梁體控制精度要求高，而控制網邊長較短(平均邊長130 m)，首級網不宜用GNSS測量，而采用帶有自動照準功能的測量機器人(0.5＂/0.6+1×10-6)，按照規范[3]以三等邊角網的要求測量。網平差后最弱邊長相對中誤差為1/95 000，測角中誤差1.4＂，滿足了規范要求。

2.2 次級控制網(方格網)

次級控制網由首級網加密而成，是由制梁臺座的軸線及平移一定距離后的測量控制線組成的矩形方格網(圖3)，其作用是對梁體底模放線，底模拼裝、底模檢查、梁體竣工檢查等工序進行測量控制，保證預制梁體的線形精度，控制線也可起到復核檢測制梁中軸線及臺座變形的作用。此外，在施工過程中當中軸線點被破壞時，可以根據網格點的相對關系及時恢復。次級控制點與首級控制點應定期進行復測，及時更新測量成果。

圖3 梁場區方格網圖

2.3 高程控制網

水準點布設遵循與平面點共用原則，按二等水準施測。作用是對臺車軌道、制梁臺座軌道，移動(固定)側模、制梁臺座、存梁臺座及大型臨時設施進行沉降觀測。

3 曲線梁預制線形控制

曲線軌道梁測量工作貫穿于軌道梁制作的各個階段，主要包括臺座模板放線與調整、支座定位、側模及端模檢查與線形條調整、沉降及變形監測、梁體張拉前后撓度監測、梁體竣工測量等幾個階段。

3.1 工藝原理及流程

根據不同梁型的工法指導書，分別計算出曲線軌道梁各截面的長度、寬度、高度、橫縱傾角、橫縱坡率、垂直度、順直度等線形參數，在工廠化生產，流水線作業模式下[4]，配置可移動底模檢查卡尺、支座精準定位器、鏈條式橫向讀數裝置、可移動竣工檢查小車等專用工裝設備，測量工藝如下：

(1)施工準備(編制軌道梁施工測量專項方案、軌道梁線形參數計算復核、技術交底)→(2)控制網布設→(3)臺座(底模)檢查并調整→(4)支座精確定位→(5)側模及端模檢查并調整→(6)線形條檢查并調整→(7)臺座沉降及梁體撓度觀測→(8)竣工檢測(線形參數、撓度)→(9)初張拉前后、終張拉前后撓度觀測→(10)梁體竣工測量。

3.2 臺座底模放線與調整

測量內容包括臺座模板中線及高程的調整，梁體端面底邊線、支座中心位置等(圖4)。

圖4 臺座底模分塊示意圖(單位/m)

曲線軌道梁中線沿縱向是平曲線，曲線臺座模板中線調整實質就是底模圓順度的調整。調整時首先將全站儀架在方格網點上，分別后視臺座底模兩端部中點，將此兩點的連線作為參考線，在臺座底模上放樣出模板縱向中線和兩側邊線，將移動式底模檢查卡尺安裝在中線上，以模板縱向中線的中點為里程零點，將移動式底模檢查卡尺依次推到各小塊段模板接縫處，利用曲線橫向偏距差對每塊段模板進行圓順度調整。

高程調整時，將水準儀架設在底模側任意一處，借助1 m鋼直尺，以梁體模板跨中點為高程零點，利用相對高差對每塊段模板進行高程及平整度的調整。

中線及高程檢查合格后，以臺座模板縱向中線為基準線，由中心向兩側對稱放樣，在臺座兩端分別放樣出梁體端部底邊線、支座中心十字線等，并用墨線彈出做好標記。

3.3 支座定位

支座定位調整應用支座調節工裝進行調節。首先在臺座輔助框架上放樣支座十字線，然后根據支座調節工裝使支座縱橫向中心線與理論中心線重合。用水準儀檢查支座頂面與臺座頂面的高差，將支座調平。

3.4 側模及端模調整

側面模板調整包括側面垂直度、頂面線形、頂面梁寬與中線偏差3個方面。

首先在模板框架的固定端的正面，每隔1 m一個斷面，分別對應模板頂口與底口高度處安裝鏈條式自動伸縮讀數裝置，安裝時必須確保各斷面上的讀數裝置的底座都在一條直線上。以此作為基準，通過模板各斷面外矢距及垂直度較差值計算各斷面的上下頂底口處橫向偏差，通過液壓裝置使模板作橫向移動，測出模板各斷面橫向偏距，與理論偏距比較進行調整，直至各斷面處的橫向偏距與設計值一致。另外一側的模板線形調整方法同上。

當兩側模板都調整到位后，可通過量取模板頂面寬度來復核該榀曲線梁的線形精度。

端模的安裝精度對曲線梁長有較大影響。按設計要求梁端模需形成3個面的轉角：一是端模豎直面需與梁頂面的縱向曲線垂直，二是端模豎直面需與梁頂面的橫向曲線垂直，三是端模豎直面需與梁頂超高面垂直。首先調節底端左右兩根拉桿，使端模底部內邊線與臺座上的梁底端邊線重合，然后分別在端模頂部的左、右、側面3處將防風的線墜吸在端模頂部，通過端模頂部與底部的理論相對較差值，調節頂端左右兩根拉桿，使端模傾角、轉角和端模底部邊線，梁體中心線夾角符合設計要求。

3.5 線形條調整

模板頂面線形關系到曲線梁頂面的平順性，影響著列車行駛的平穩性，其調整依據是設計縱斷面坡度及橫向超高參數。將水準儀固定在模板頂面鋼架上，調整模板調節絲桿，使梁體跨中處梁高與設計符合。依據該榀梁工法指導書中設置的梁體反拱值，以已調節好的跨中截面處的線形板臺面高度為基準，調整其他斷面處的豎曲線調節絲桿，使各截面處線形板臺面與跨中截面處的線型板臺面高差，與設計值符合。調整好的線形條用螺栓固定在側模頂口，作為梁體砼的收面基準。

4 成品梁線形觀測

4.1 臺座沉降觀測

為防止制梁臺座在制梁過程中發生非彈性形變、保證存梁臺座在存梁期間的安全穩定性，需要定期對制梁、存梁臺座進行沉降觀測(圖5)。

圖5 存梁臺座觀測點布置圖

沉降觀測時按照儀器固定、觀測人員固定、觀測路線和方法、工作基點固定的“四固定”原則進行，精度等級為二等水準，往返測形成附合路線[5]。

觀測頻次：制梁臺座在每榀梁澆筑前后進行觀測；存梁臺座在存梁后立即進行，若無明顯沉降可按第3 d、5 d、7 d、15 d、30 d逐漸延長觀測周期。當存梁臺座累計沉降量大于20 mm時，需及時調整臺座存梁數量，采取加固措施，避免引起梁體結構的損傷。

4.2 梁體撓度觀測

梁體撓度是指觀測梁體頂面在張拉前后的高差變化，目的是修正設計參數，驗證設計數據與梁體張拉前后起拱變化是否對應。撓度觀測只測量梁頂各點的相對高差。外業觀測按國家二等水準要求進行，往返測形成閉合路線(圖6)。儀器第一站觀測1～2點間高差，第二站觀測2～3點間高差，取往返觀測的平均值進行比較。

圖6 軌道梁撓度觀測順序示意圖

梁體撓度觀測頻率為：脫模后初張拉前、初張拉后(4 d)、終張拉前(14 d)、終張拉后(14 d)、28 d、60 d、出場前(104 d)。

5 梁體竣工檢測

按照工法指導書要求，應對成品梁進行張拉前后、脫模28 d、60 d進行竣工測量。梁體竣工測量采用軌道梁檢測小車和全站儀掃描的方式結合進行，前者可測出跨度、工作面線形、走行面垂直度、局部不平度等線性參數，后者可測出任意高度和斷面的梁長、梁寬、梁高、端面傾斜度、夾角等參數。竣工測量內容及要求如表1所示[6]。

表1 PC軌道梁的梁體精度要求

5.1 軌道梁檢測小車

移動式+固定式曲線軌道梁線形檢測小車，其原理是固定標架不動，全站儀測量移動標架上各斷面特征點的坐標(圖7)，利用專業軟件畫出梁體三維圖，計算出梁體各斷面的竣工偏差。

圖7 軌道梁檢測小車進行竣工測量

檢測前，將兩固定標架安裝在梁頂面上，位置與兩端設計支座中心分別對應，然后將活動標架安裝在待檢斷面上，固定標架與活動標架間用聯動細鋼絲繩連接。全站儀架設在一側梁端，后視兩固定標架上的棱鏡，建立梁體基準線，依次測出各斷面上移動標架特征點的數據。用相同方法測量梁體另外一側數據，完成梁體所有斷面的數據采集工作。內業處理時將全站儀所測數據導入專業軟件中，得到梁體各斷面竣工成果表。

5.2 三維激光掃描技術

萊卡MS60全站掃描儀，擁有0.5＂的ATR測角精度，具有1 000點/s的掃描速度和0.6 mm的掃描精度[7]。因此，使用該儀器對梁體進行掃描檢測在精度和作業效率上都能滿足要求。

檢測時，將全站掃描儀置于空曠地帶超過梁體高度的平臺上，儀器設站于梁跨中位置，后視2至3個固定點進行后方交會，建立梁體獨立坐標系統；隨后進入掃描程序，分別設置點云名稱、掃描范圍、掃描間隔、掃描速度等參數；點擊開始掃描，對梁體頂面、一側側面和梁端進行點云數據采集；隨后將儀器設站于梁體另一側面，后視同樣的固定點進行后方交會，對梁體另一側面和梁端進行點云數據采集，兩組數據自動放在一起，避免了拼接造成的精度損失。

將梁體掃描點云數據導入專業軟件中，進行去噪處理，將去噪后的點云數據及梁體模型文件導入3DReshaper軟件，完成點云和模型的匹配，導出梁體各斷面的線性偏差成果。

6 結 語

跨座式單軌曲線PC軌道梁線形控制技術在國內應用較少，沒有成熟的經驗可以借鑒，該技術在項目應用過程中采用了許多新方法、新設備和新工裝，比如可移動底模檢查卡尺、支座精準定位器、鏈條式橫向讀數裝置、軌道梁檢測小車、三維激光掃描技術等，部分工裝設備還獲得了專利證書。通過對已經完成的400多榀成品曲線梁進行竣工檢測，合格率為100%，達到了預期的效果。使用該技術還有效縮短了施工工期，提高了測量效率，對于同類型工程建設具有重要的指導和借鑒意義。