長聯大跨度連續鋼桁梁無砟軌道施工線形控制

趙汗青 王小勇 金令 王海彬 楊登輝

1.中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055；2.中鐵大橋局第一工程有限公司，鄭州 450003

隨著高速鐵路的迅速發展，無砟軌道被廣泛運用到大跨度橋梁上。施工過程中大跨度橋梁的溫度敏感性高，且無砟軌道對線形精度要求高，這給無砟軌道施工線形控制帶來了嚴峻的挑戰。因此，針對大跨度橋梁，研究無砟軌道施工線形控制具有重要意義。

文獻［1］針對京張高速鐵路官廳水庫特大橋主橋，分析了溫度變化對無砟軌道的影響，提出應在夜間對該橋進行鋪軌和精調。文獻［2-3］分析了在大跨度連續剛構梁橋無砟軌道的鋪設過程中預拱度對成橋線形和軌道線形的影響。文獻［4］分析了當采用不同施工工序時簡支鋼桁梁橋的設計預拱度和施工實測預拱度，提出在鋼桁梁的加工和施工過程中應根據設計要求嚴格控制預拱度。文獻［5］根據鄭萬、鄭阜高速鐵路河南段的施工經驗，提出增加無砟軌道的管控流程并更新其管控措施，從而提高無砟軌道的平順性。文獻［6］在無砟軌道施工前采用橋面預壓試驗得到橋梁的實際剛度，從而修正無砟軌道的施工線形。

為了確保鄭州萬灘黃河公鐵大橋主橋（112+6 ×168+112）m 連續鋼桁梁無砟軌道的線形精度滿足規范和設計要求，本文在無砟軌道施工前對連續鋼桁梁進行施工線形控制試驗，測量連續鋼桁梁的施工撓度，并與撓度理論計算值進行對比，通過修正有限元模型中連續鋼桁梁的理論剛度來預測無砟軌道的施工撓度，為無砟軌道施工線形控制提供依據。

1 工程概況

1.1 橋梁簡介

鄭州萬灘黃河公鐵大橋主橋連續鋼桁梁（圖1）位于黃河主河槽（378#—386#墩），全聯共計8 跨，全長1 232 m，大橋為公鐵兩用橋，上層為六車道鄭新快速路，下層為四線鐵路（兩線為鄭濟高速鐵路，兩線為鄭新城際鐵路［7］）。其中，下層鐵路采用無砟軌道施工。

圖1 （112+6 × 168+112）m連續鋼桁梁布置（單位：m）

1.2 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道

連續鋼桁梁橋采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道。軌道結構由鋼軌、WJ-8B 扣件、道床板以及底座組成，見圖2。

圖2 CRTSⅠ型雙塊式減振無砟軌道（單位：cm）

2 施工線形控制試驗

通過澆筑橋面鋪裝層及防護墻的混凝土來施加荷載，測量連續鋼桁梁的實際撓度L1，結合理論計算撓度L2，推導連續鋼桁梁的施工剛度。通過連續鋼桁梁的施工剛度修正無砟軌道施工撓度，為無砟軌道施工線形控制提供依據。

2.1 試驗荷載

試驗前，統計試驗荷載（表1）并對其進行分析，擬定合理的試驗方案。

表1 試驗荷載

2.2 試驗測點

根據現場實際施工情況及試驗要求，選擇383#—386#墩的三跨連續鋼桁梁進行施工線形控制試驗。位移監測測點布置在鐵路層下弦桿頂部，按節間布置：每個節間為一個斷面，每個斷面按三桁布置4個測點，即鄭新城際鐵路側邊桁（簡稱市域側邊桁）和鄭濟高速鐵路側邊桁（簡稱高速鐵路側邊桁）的下弦桿布置1 個測點，中桁下弦桿處布置2 個測點。因此，383#—386#墩三桁共計156 個位移監測點。384#—383#墩的節點編號為24—38（圖3）；386#—384#墩的節點編號為0 —24。

圖3 383#—384#墩測點平面布置（單位：m）

2.3 試驗過程

1）第一次測量。在施工線形控制試驗開始前，測量下弦桿各監測點標高初始值。

2）第二次測量。澆筑384#—385#跨高速鐵路側鋪裝層和防護墻混凝土后，測量下弦桿各監測點位移。

3）第三次測量。澆筑383#—384#及385#—386#跨高速鐵路側鋪裝層和防護墻混凝土后，測量下弦桿各監測點標高。

4）第四次測量。澆筑383#—386#跨市域側鋪裝層和防護墻混凝土后，測量下弦桿各監測點標高。

3 試驗結果與理論結果的對比

3.1 有限元模型的建立

采用MIDAS/Civil軟件建立全橋有限元模型，采用板單元模擬鐵路鋼橋面板，采用梁單元模擬鋼桁架和縱橫梁，在橋墩處添加邊界約束條件來模擬橋墩的支撐作用。

3.2 第二次測量結果對比

澆筑試驗跨（384#—385#）高速鐵路側鋪裝層和防護墻混凝土后，測量下弦桿標高并減去對應的初始標高，得到第二次測量結果，見圖4。圖中負值表示節點向下移動，正值表示節點向上移動。

圖4 第二次測量結果

由圖4可知：①因為只完成了384#—385#跨高速鐵路側鋪裝層和防護墻混凝土的澆筑，所以在384#—385#跨中，高速鐵路側的邊桁下弦桿處撓度最大，且撓度實測值和理論計算值的相對誤差最小。②與384#—385#跨的撓度相比，383#—384#、385#—386#跨的撓度較小，實測值和理論計算值的相對誤差較大。③整體上撓度實測值小于理論計算值，說明在有限元模型中連續鋼桁梁的理論剛度小于施工剛度。為了能夠較為準確地預測出無砟軌道的施工撓度，應適當增大連續鋼桁梁的理論剛度。

3.3 第三次測量結果對比

第三次測量結果見圖5。因為現場有遮擋物，無法測到幾個測點的下弦桿標高，所以圖中缺少一些節點的撓度實測值。可知：①當383#—386#跨高速鐵路側鋪裝層和防護墻的混凝土均澆筑完成后，市域側邊桁下弦桿處撓度最小，且撓度實測值和理論計算值的相對誤差最大。②383#—384#和384#—385#跨中，各測點撓度的實測值均小于理論計算值。

圖5 第三次測量結果

3.4 第四次測量結果對比

為了能夠較為準確地預測出無砟軌道的施工撓度，為無砟軌道施工線形控制提供依據，對比分析了連續鋼桁梁撓度的理論計算值L2與實測值L1，見圖6。可知，L2/L1的擬合值為1.35，即連續鋼桁梁的施工剛度是理論剛度的1.35倍。因此，有限元模型中連續鋼桁梁的理論剛度增大到原設計值的1.35倍。

圖6 鋼桁梁撓度的理論計算值與實測值對比

4 無砟軌道施工線形控制措施

4.1 底座板施工線形控制

根據施工進度以及施工線形控制試驗的結果，修正連續鋼桁梁的理論剛度，計算出鄭濟高速鐵路側底座板施工標高控制預抬值。在底座板施工時，通過測量施工前后各節點的標高，獲得連續鋼桁梁鋼混結構的撓度，并與理論計算值進行對比分析，進一步修正連續鋼桁梁鋼混結構的理論剛度，為道床板施工線形控制提供數據支撐，保證無砟軌道施工線形。

4.2 無砟軌道施工線形控制

采用相對高差控制法控制無砟軌道施工線形。高差如圖7所示。

圖7 高差示意

具體實施方法如下：

1）在環境溫度恒定且溫度接近15 ℃時，測量全橋CPⅢ點的高程、坐標值，以及全橋CPⅢ斷面處鋪裝層頂面實際高程（無砟軌道中線處），得到鋪裝層頂面實際高程曲線。

2）根據設計圖紙提供的理論軌底標高曲線，得到軌底標高目標曲線①。

3）用目標曲線①減去實際曲線，就可以得到各斷面處的高程差，此高程差即為底座板和道床板施工厚度之和。

4）確定各斷面底座板及道床板的施工厚度，消除前期施工高度偏差。

5）按照確定的施工厚度，施工完全部底座板。

6）在溫度恒定且接近15 ℃時，再次測量CPⅢ點的高程及坐標，同時測量底座板頂面中心線高程。

7）用第6 步的測量結果減去第1 步的測量結果并進行分析。根據分析結果修正連續鋼桁梁鋼混結構的理論剛度。

8）根據設計圖紙提供的理論軌底標高曲線和第7步的計算結果，得到軌底標高目標曲線②。

9）將軌底標高目標曲線②測設放線至相應的防護墻上。

10）根據軌底標高目標曲線②，施工道床板。

11）全橋竣工測量。

4.3 施工線形控制的實測結果

測量市域側邊桁、中桁和高速鐵路側邊桁的最終線形，鋼梁相對高程設計值與實測值對比見圖8。可知，相對高程設計值與實測值之間的誤差非常小，這說明本文提出的措施可以很好地控制無砟軌道的施工線形。

圖8 鋼梁相對高程設計值與實測值對比

5 結語

連續鋼桁梁中各測點撓度的實測值均小于理論計算值，說明在有限元模型中連續鋼桁梁的理論剛度小于實際剛度。為了能夠較為準確地預測出無砟軌道的施工撓度，應適當增大連續鋼桁梁的理論剛度。根據第四次測量結果可知，連續鋼桁梁撓度的理論計算值是實測值的1.35倍，有限元模型中連續鋼桁梁的理論剛度應增大到原設計值的1.35倍。