高速鐵路某系桿拱橋無砟軌道施工技術研究*

劉平均

(中鐵六局集團有限公司，北京 100000)

0 引言

隨著我國經濟的持續發展，綜合國力日益提升，高新技術應用廣泛，高速鐵路工程建設得到全面推進，設計速度從160km/h到350km/h逐步提高，橋梁結構類型也變得越來越多，跨度越來越大，這就對橋梁線形控制精度要求越來越高，尤其是近年來高速鐵路無砟軌道結構大范圍應用，在面對撓度可能變形量較大的大跨徑、特殊結構橋型方面，難以保證高速列車通過的平穩性與舒適性，而從根本上控制軌道結構變形尤為重要，本文總結了高速鐵路系桿拱橋無砟軌道施工線形控制技術，通過對梁體二期恒載模擬分析、吊桿索力張拉控制等方法，較好地完成了施工，為今后類似工程提供了借鑒。

1 工程概況

本工程采用1-72m下承式鋼管混凝土系桿拱橋構造形式，主梁截面為單箱三室直腹板，采用預應力混凝土，橋面寬17.1m，梁高2.5m；豎直平面內拱肋矢高為14.4m，拱肋線形為懸鏈線。拱肋橫斷面為具有3m高的啞鈴形鋼管混凝土截面，鋼管內混凝土強度等級為C55自密實補償收縮混凝土。吊桿為縱向雙吊桿體系，共18對吊桿，吊點間距為6.0m，雙吊桿中心間距0.6m，吊桿材料為73根φ7高強度低松弛鍍鋅平行鋼絲束，錨具為冷鑄鐓頭錨，采用PFS(F)低應力防腐蝕索體結構。無砟軌道構造形式為CRTS-i型雙塊式。系桿拱橋施工采取先施工主梁后施工拱肋方式，采用支架現澆法，預應力張拉，安裝及灌注鋼管拱，按順序進行吊桿張拉，橋面附屬施工，軌道結構施工，檢測并調整吊桿索力滿足設計要求。

2 關鍵技術

2.1 無砟軌道施工線形控制技術

在對無砟軌道進行施工前，二期荷載、吊桿張拉索力、主梁后期徐變都會對軌道標高產生影響，控制難度較大。施工期間基于二期荷載、吊桿索力的調節和后期主梁徐變等梁體理論變形與實際提前施加的荷載做對比，最終確定軌道結構施工預拱度，確保施工滿足靜態驗收條件。

2.2 吊桿索力調整技術

本文利用 MIDAS/Civil軟件對其進行了數值分析。首先，利用反推分析，得到拱橋的初值(不計徐變等時間特征)，再利用正裝迭代法進行數值模擬，得到施工架設過程中各階段吊桿的張拉力。而在施工過程中一方面是通過張拉油表數值對吊桿張拉力進行控制，另一方面通過索力動測儀對吊桿張拉力進行監測，使吊桿索力達到在各施工階段張拉力要求，最后在道床板施工時采取預加二期恒載施工方案調整吊桿力到成橋狀態。

3 施工工藝及操作要點

3.1 工藝流程(見圖1)

3.2 橋面系施工的主要變形計算與預拱度設置

按上述施工步驟，引起主梁后期變形的主要作用如下。

1)二期恒載(見表1)

表1 二期恒載

依據擬定的施工步驟，將二期恒載分為2個階段：①第1階段二期恒載 人行道欄桿、橋面系四墻、保護層、四電接觸網及電纜、電纜槽蓋板、無砟軌道底座板，合計約占二期荷載的52.4%；②第2階段二期恒載 無砟軌道道床板、鋼軌(含扣件)，合計約占二期恒載的47.6%。

2)工后徐變

工后徐變按鋪軌后5年時間進行計算。

3)二分之一靜活載撓度

考慮到實際運行列車活載相對較小，長短波擬合也可導致二期恒載變化，工況復雜后不利于軌道精調及驗收，經專家評審后，可不考慮二分之一靜活載撓度的設置。

經計算分析，72m系桿拱橋的后期變形和預拱度理論計算與設置如表2所示。

表2 后期變形與預拱度設置

橋梁建成時，在橋梁跨中會有一定的下撓值，跨中最大值為-4.9mm。二期恒載上橋后，主梁也會有下撓變形，跨中最大變形值為-8.6mm；對吊桿進行最后階段的張拉后，在橋梁跨中最大下撓-1.1mm。

3.3 無砟軌道施工線形控制方案

根據現場施工條件，采取預加二期恒載施工方案對無砟軌道道床板施工標高進行控制及吊桿索力終張拉施工，即在橋梁二期恒載剩余道床板未施工時，采用砂袋模擬道床板及鋼軌自重，然后進行吊桿索力檢測及橋梁線形監測，當吊桿內力與設計理論值相差>3%時，對吊桿索力進行二次調整，同時根據實測值重新計算軌道結構成橋預拱度。經驗收合格后對配置進行卸載，然后進行后續施工。

基于設計單位及監測單位提供的二期恒載、徐變等進行分析可知：

1)施工結束后的徐變是主梁端部向下變形、跨中向上變形，其梁端最大下撓值是-0.5mm，跨中上撓最大值為4.9mm。

2)主梁梁體受無砟軌道道床板作用會產生下撓，變形最大處為跨中，其值可達-4.4mm，而主梁兩端的最大變形僅為-0.4mm。

3)吊桿索力調整，對梁體影響呈跨中下撓、梁端上拱現象，其梁端最大上拱值為0.3mm，跨中最大下撓值為-0.6mm。

如忽略施工后的徐變過程，僅將無砟軌道道床板荷載和調整吊桿索力的情況考慮在內，那么主梁會產生下撓變形，主梁兩端變形值為-0.1mm，跨中變形值為-5.0mm。

如綜合考慮工后徐變、無砟軌道道床板荷載和吊桿索力調整等不利工況，則主梁整體產生下撓，主梁兩端變形值為-0.6mm，跨中變形為-0.1mm。

如軌道排及其模板等臨時作用(8.6kN/m)和除不計算道床板荷載之外的其余二期荷載(11.4kN /m)接近，那么便可忽略道床板的最后變形形狀。所以只將道床板作用、調整吊桿索力的綜合作用考慮在內，主梁兩端的最大變形值為-0.1mm，跨中最大變形值為-5mm；而且因為施工期間的軌枕和鋼筋(約為道床板荷載的23%)等二期荷載已施加完畢，所以道床板向下變形的趨勢有一定縮減，跨中最大變形為-(0.6+4.4×77%)=-4.0mm，可達到施工無砟軌道的靜態驗收標準。在無砟軌道的道床板、調整吊桿索力及施工后主梁的徐變(5年后：跨中向上變形值為3.1mm、主梁兩端向下變形值為-0.5mm) 共同作用下，主梁向下變形值為-0.6mm，跨中向下變形值為-0.1mm，差值為0.5mm；軌道的扣件需將標高調整-4～26mm，則后期無砟軌道標高可通過扣件進行調整。此外，在理論計算的施工后徐變比實際情況下的徐變要大，也就是在梁整體變形值減小時，對扣件的調節更有利。為此，確定了在無砟軌道施工中，將預拱度設為0的精調方案，并按設計標高執行。

施工中的幾點注意事項如下。

1)橋面系施工前全橋通測裸梁頂面實際高程，測量時間務必為5：00—8：00。

2)軌道板底面施工標高按表1所列的位置逐點控制，施工標高=設計標高+鋪裝預拱度，測量時間務必為5：00—8：00。

3)第1階段二期恒載施工中，加強主梁變形的監測，如遇理論計算值不一致，則需分析原因，調整理論計算值，重新計算最終軌道結構的預拱度值。

4)為了防止不均勻澆筑造成的梁體不均勻，在施工過程中嚴格遵循左右對稱的原則，即從梁體兩端向中間進行的2個工作面，分別在2個工作面的左、右兩側線上同時進行，每個施工段的道床的板長為20m。

5)施工前將軌枕及砂袋均勻分布在底座板上進行預壓，同時進行模板與鋼軌安裝，盡量減小精調及澆筑后梁體的變形量。在澆筑前后，再測量軌枕，并與道床板荷載的線形進行比較，并逐段加以調整，避免變形量過大或過小。

6)在施工前，對該路段 CPIII進行了再測量，以保證其準確度符合設計要求。CPIII評定完成后，在施工期間要進行多次復查，如有任何變化，應立即再進行復查。在施工過程中，如出現大的變化，可考慮增加1個測點建網。

3.4 吊桿索力吊裝方案

吊桿索的張拉采用張拉力和伸長量進行雙重控制，以張拉力為主、伸長量為輔，張拉力及伸長量的偏差不得超過設計及規范要求。施工過程中，吊桿在橋跨結構中嚴格按設計順序進行施作，同時采用索力動測儀對吊桿索力實時監測(見表3)。

表3 施工各階段吊桿受力 kN

橋梁恒載先通過梁體至吊桿索，再傳遞給鋼混結構的拱肋，最后傳到橋梁墩身。由于吊桿的不同張拉順序會影響吊桿索不同受力，如在施工過程中對吊桿索進行及時調整及實時監測，會造成局部吊桿索力增大，彈性變形過大造成梁體出現裂縫，直接影響拱肋線形和橋梁使用。系桿拱橋系梁及吊桿內力張拉順序如下。

1)梁體混凝土強度及彈性模量達到100%后，對梁體內預應力橫向束以及第1階段的縱向束進行張拉。

2)拱肋混凝土強度達到100%后進行吊桿索安裝，按D02-D03-D04-D05-D01順序及對應的張拉力施工。

3)吊桿索張拉完成后，對混凝土系梁內剩余預應力束進行張拉。

4)橋梁二期恒載上橋后，監測實際吊桿內力與理論值偏差，當>3%時，對吊桿索力進行調整，直至滿足設計文件要求。

4 安全控制措施

4.1 保證安全生產組織措施

1)每個施工班組都必須有專職安全質檢員。

2)雙塊式軌枕吊裝上橋時，應當在作業面周圍掛有明顯標志，防止掉落傷害。操作手必須檢查吊裝裝置的工作情況，在無任何安全隱患的狀態下才能操作。

3)各起重機設備在起重過程中必須配備專門的工作人員，嚴禁由非相關人員進行操作；相關操作和指揮人員必須經過培訓，并取得相應證書。

4)起重機械要每隔一段時間進行檢驗，標識要清楚、醒目；經常為鋼絲繩上潤滑油，檢查其磨損情況，及時換掉有磨損的鋼絲繩。

5)施工現場設置吊裝作業區，并用彩條布進行封閉，并設有專業的保安人員，在吊裝時嚴禁任何人員站在起重臂下或從下面通過。

6)施工起吊過程要平穩、緩慢，并嚴謹把握起重機與橋墩、橋面間的距離。避免碰傷事故。

7)操作工人應配備安全帽、防滑工作鞋，操作期間要佩戴齊全，不得穿拖鞋上班。

8)嚴禁酒后及高度疲勞狀態下上橋作業。

9)一切起重機械、電氣機械、運輸機械等定時進行保養維護，確保其工作狀態良好，并有完善的安全措施，對各種機械裝置的作業人員應當進行規范培訓,持證就業, 并嚴格遵循規則，嚴禁違章操作。

10)上橋的步梯下部要夯填平整密實，上部要與梁體連接固定，搭設的步梯要定期檢查基礎是否下陷和鋼管架是否有松脫現象。

11)橋上照明、動力用電設備較多，必須按規定由專業電工進行線路敷設，并按規定設置“一機一箱一閘一漏電”。

12)橋上非標運輸及吊裝機械加工完成后要進行試用，做到方便使用的同時，能確保作業人員安全。

13)所有在梁面上運輸車輛時速≤5km/h，且制動系統良好。

14)遇雷雨等惡劣天氣時，現場及時對施工用電進行切斷處理。

4.2 保證安全生產技術措施

要在工地上進行合理布置，牢固安裝機械，物料堆放整齊，用電裝置都裝有觸電保護裝置，營造安全生產的良好條件。對于夜間施工，在工地上安裝充足的照明設備，并有一定的備用設備；在夜間施工過程中，白天值班時，要對安全狀況進行檢查，并做好記錄。

交叉施工時，應制定安全施工技術交底，在施工前，一定要讓施工人員互相了解工作內容、安全注意事項等，并安排特定人員進行統一協調，以保證施工安全。

4.3 雨天施工安全措施

雨天施工時，對施工現場、原物料存放、運輸通道及基礎設施內的防洪、防雨、排澇等進行全方位細致檢測，對存在的問題及時解決。

設專人提前掌握未來3d的天氣變化，做好防范工作。現場臨時用電應按規范規定進行，嚴禁使用損壞或絕緣不良的導線，嚴禁亂接電線，所有配電箱鎖上，并設防雨罩，設置危險標志。

5 應用效果

經有關部門專家論證，批準使用，該段軌距已達到靜態驗收標準，符合行車平順性規定。

6 結語

通過對新建福州—廈門鐵路客運專線工程九龍江特大橋1-72m下承式鋼管混凝土系桿拱橋無砟軌道線形控制方案及實施情況的分析論證，有效解決了該橋無砟軌道線形精確控制的難題，同時為撓度可能變形量較大的大跨徑、特殊結構橋形方面無砟軌道施工提供了借鑒。