焦國臣

（中鐵大橋局集團(tuán)第二工程有限公司，江蘇 南京210015）

0 引 言

單軌交通歷史悠久，至今已有一個多世紀(jì)的發(fā)展歷程，尤其是第二次世界大戰(zhàn)以后有較大發(fā)展，技術(shù)應(yīng)用逐漸成熟。單軌交通起源和技術(shù)革新在歐洲，影響力形成在美國，興盛在亞洲。我國單軌交通起步較晚，目前投入運營的僅有重慶市軌道交通2 號線和3 號線，屬于跨座式單軌交通形式。因其具有諸多明顯優(yōu)點，近年來國內(nèi)許多城市修建了試驗線、觀光線或城市軌道線路。目前國內(nèi)跨座式單軌交通按列車制式及軌道類型逐漸形成了日立、龐巴迪、比亞迪3 種技術(shù)形式，有相似性卻又各不相同?？缱絾诬壗煌☉?yīng)用前景廣闊，軌道梁制造難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通橋梁，所以對其制造技術(shù)的研究具有重要意義。

1 項目簡介

蕪湖市是繼重慶市之后國家批準(zhǔn)的第2 個建設(shè)跨座式單軌交通的城市，采用的是龐巴迪技術(shù)形式，首次采用大跨度連續(xù)剛構(gòu)PC 軌道梁（見圖1），填補(bǔ)了國內(nèi)技術(shù)空白。

1.1 概況

蕪湖市軌道交通1 號、2 號線采用跨座式單軌技術(shù)，線路總長46.2 km，沿城市主干道路布設(shè)，共設(shè)車站35 座，大部采用高架線，局部采用地下線路。車輛采用CMRⅡ型單軌車，最高運行速度80 km/h，1 號線按6 節(jié)編組設(shè)計，2 號線初期按4 節(jié)、遠(yuǎn)期按6 節(jié)編組設(shè)計。線路最小曲線半徑一般情況下不小于100 m，困難情況下不小于75 m，最大坡度不大于6%。

圖1 跨座式單軌效果圖

1.2 軌道梁介紹

跨座式單軌交通，列車采用橡膠車輪騎跨在軌道梁頂面及側(cè)面環(huán)抱行駛，見圖2。軌道梁既是承重結(jié)構(gòu)，又是列車行駛軌道及系統(tǒng)設(shè)備通道。軌道梁為“梁軌合一”結(jié)構(gòu)，線路的平、豎曲線，橫向超高以及預(yù)拱度均在一次澆筑完成的梁體上實現(xiàn)。

圖2 車輪與軌道梁位置關(guān)系圖

PC 軌道梁即鋼筋混凝土軌道梁，按結(jié)構(gòu)形式分為簡支和連續(xù)剛構(gòu)2 種。簡支PC 軌道梁又分為正線簡支軌道梁和車輛基地內(nèi)簡支軌道梁。軌道梁寬度均為0.69 m，正線簡支梁梁高1.6 m，車輛基地內(nèi)簡支梁梁高1.8 m；連續(xù)剛構(gòu)軌道梁底部為拱形變截面，梁高從2.2 m 漸變到1.6 m，采用先簡支后連續(xù)的施工工藝。軌道梁呈空間曲線線形設(shè)計，跨徑覆蓋10 m 至30 m 范圍，曲線半徑從75 m 至1 000 m 不等，橫向超高達(dá)到10%。全線PC 軌道梁共計4 500 榀，其中直線簡支梁1 549 榀，直線連續(xù)剛構(gòu)梁1 329 榀，曲線簡支梁657 榀，曲線連續(xù)剛構(gòu)梁867 榀。全線設(shè)置2 個預(yù)制梁場，每個梁場承擔(dān)全部制梁任務(wù)的一半，本文以白馬山梁場為例介紹。

1.3 軌道梁施工特點、難點

世界公認(rèn)的PC 軌道梁制造技術(shù)是單軌交通的3 大技術(shù)難點之一。蕪湖市單軌PC 軌道梁以大跨度連續(xù)剛構(gòu)梁為主，以簡支梁為輔，整體技術(shù)難度大，其特點為：

（1）梁型變化多樣。梁型有連續(xù)剛構(gòu)梁、正線簡支梁、車輛基地簡支梁，每種梁型又有直線梁、曲線梁之分，每榀梁的梁長、梁高、平曲線、豎曲線、超高等線形要素均不相同，所有梁的線形要素疊加，基本上沒有完全相同的2 榀梁。由此可見，軌道梁鋼筋加工、模板制造、混凝土澆筑、存梁臺座布置等難度較大。

（2）精度要求高。為滿足行車速度和舒適性要求，一次澆筑成型的軌道梁截面尺寸、線形偏差等均以毫米計，比如在梁寬690 mm 范圍內(nèi)允許偏差1.5 mm、在頂面及側(cè)面長度方向3 m 范圍內(nèi)允許偏差3 mm，在頂面及側(cè)面長度方向20 m 范圍內(nèi)允許偏差6 mm；曲線梁同樣符合長度方向3 m 范圍內(nèi)矢高允許偏差3 mm 要求，且曲線梁是絕對的曲線線形，而非直線段連成的曲線。

（3）線形動態(tài)控制。根據(jù)運營時線路情況，考慮后澆筑、2 次張拉、隨時間徐變等眾多工況變化反推算混凝土澆筑時的線形參數(shù)，并在施工過程中不斷復(fù)核及修正，即線形動態(tài)控制：按設(shè)計參數(shù)施工放樣—復(fù)測各工況線形參數(shù)—數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析—調(diào)整施工參數(shù)，如此反復(fù)進(jìn)行，使得梁體實際值不斷趨近于設(shè)計值。

2 總體施工方案

軌道梁預(yù)制采用工廠化生產(chǎn)模式，直曲梁分開設(shè)置專用生產(chǎn)線，配備直曲自動化模板，制定適應(yīng)性施工工藝流程。軌道梁場規(guī)劃為制梁區(qū)域、存梁區(qū)域。制梁區(qū)域布置鋼筋加工區(qū)、制梁區(qū)；存梁區(qū)布置不同類型存梁臺座。直線生產(chǎn)線采用移動側(cè)模加固定臺座形式，配備適應(yīng)直線梁生產(chǎn)的自動化模板；曲線生產(chǎn)線采用固定側(cè)模加移動臺車形式，配備適應(yīng)曲線梁生產(chǎn)的智能模板；制定先進(jìn)的施工工藝以滿足高標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.1 生產(chǎn)線布置

統(tǒng)計軌道梁梁型數(shù)量及分布特點，深入分析軌道梁預(yù)制工藝及方法，綜合考慮資源配置數(shù)量及效益，改變國內(nèi)外沿用的“1 套模板既要生產(chǎn)直線梁又要生產(chǎn)曲線梁”的方式，將預(yù)制梁生產(chǎn)線分為2 個大類，即直線梁生產(chǎn)線和曲線梁生產(chǎn)線，從而提高了制造精度、降低了施工成本。

直線梁生產(chǎn)線采用移動側(cè)模加固定臺座形式，即生產(chǎn)線縱向布置，臺座線形分布，模板沿軌道縱向走行。曲線梁生產(chǎn)線采用固定側(cè)模加移動臺車形式，即生產(chǎn)線縱向布置，模板固定在混凝土澆筑區(qū)側(cè)墻上，臺車連同底模沿軌道在鋼筋綁扎區(qū)、澆筑區(qū)、養(yǎng)護(hù)區(qū)、張拉區(qū)走行。

預(yù)制梁場共設(shè)置3 條曲線梁生產(chǎn)線和6 條直線梁生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線均設(shè)置鋼筋綁扎區(qū)、混凝土澆筑區(qū)、蒸汽養(yǎng)護(hù)區(qū)、預(yù)應(yīng)力初張區(qū)，設(shè)計月生產(chǎn)能力150 榀。

2.2 直線梁模板設(shè)計

直線梁模板滿足軌道梁制造的功能、精度、壽命及自動化要求。功能方面能夠制造出全部設(shè)計梁型，達(dá)到通用性效果；精度方面滿足規(guī)范及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求，合格率達(dá)到100%；壽命方面滿足全部生產(chǎn)任務(wù)周期內(nèi)質(zhì)量要求，按每套模板生產(chǎn)300 榀梁設(shè)計；自動化方面將模具變?yōu)檠b備，達(dá)到減少人工、提高效率的目的。

直線梁模板設(shè)計為移動側(cè)模加固定底模形式，模板體系將計算機(jī)系統(tǒng)、電動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)集于一體（見圖3），具有“一鍵開合、自動走行、三維可調(diào)、精確控制”的功能。模板采用計算機(jī)系統(tǒng)控制，通過液壓系統(tǒng)立、脫側(cè)模；通過電動滑輪在臺位間縱向移動；通過底模、端模和線形條變化調(diào)整梁高、梁長、梁面豎曲線、梁端傾角等參數(shù)，達(dá)到設(shè)計要求。移動側(cè)模與固定底模按照1∶4 的比例配置，提高了模板利用率和施工效率。直線PC 軌道梁模板主要由側(cè)?？偝?、側(cè)模液壓橫移系統(tǒng)、側(cè)模電動縱移系統(tǒng)、內(nèi)模壓緊機(jī)構(gòu)、底模和端?？偝傻冉M成。

2.3 曲線梁模板設(shè)計

曲線梁模板滿足軌道梁制造的功能、精度、壽命及自動化要求，在功能方面比直線梁模板要求更高。模板功能方面應(yīng)滿足梁長、梁高、平曲線、豎曲線、超高及梁端傾角變化，并達(dá)到全部通用的效果。

曲線梁模板設(shè)計為固定側(cè)模加移動底模形式，模板系統(tǒng)將計算機(jī)系統(tǒng)、電動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)集于一體（見圖4），具有“智能控制，臺車走行、側(cè)模彎曲、線形精調(diào)”的特點。模板采用計算機(jī)系統(tǒng)控制，通過機(jī)械牽引臺車底模就位；通過液壓或電動推桿調(diào)節(jié)側(cè)模彎曲傾斜；通過底模、端模、線形條變化來調(diào)整梁高、梁長、豎曲線、梁端傾角和轉(zhuǎn)角等參數(shù)，達(dá)到設(shè)計線形要求。固定側(cè)模與移動底模臺車按照1∶4 的比例配置，提高了模板利用率和施工效率。曲線PC軌道梁模板主要由側(cè)?？偝伞?cè)模液壓橫移系統(tǒng)、側(cè)模彎曲傾斜系統(tǒng)、內(nèi)模壓緊機(jī)構(gòu)、底模臺車及端?？偝傻冉M成。

圖3 直線梁模板

圖4 曲線梁模板（側(cè)模及可視化數(shù)控操作系統(tǒng)）

3 軌道梁預(yù)制工藝

生產(chǎn)線設(shè)置的不同軌道梁預(yù)制工藝并不相同，分為直線梁預(yù)制工藝、曲線梁預(yù)制工藝。本文重點介紹難度較大的曲線梁側(cè)模、端模安裝拆除工藝，其他常規(guī)工藝不再贅述。

3.1 直線梁施工工藝流程

直線PC 軌道梁（見圖5）預(yù)制采用移動側(cè)模加固定臺座流水線施工，根據(jù)作業(yè)流向，施工工藝流程為：

施工準(zhǔn)備→臺座底模安裝→綁扎鋼筋（安裝內(nèi)模、支座）、管道定位→安裝預(yù)埋件、安裝端?！鷤?cè)模走行至臺位→合模、調(diào)整線形條→模板調(diào)整驗收→澆筑混凝土→拆模→養(yǎng)生→穿鋼絞線、初張拉→梁體吊至存梁→終張拉→管道壓漿、封錨→存梁→齡期3 個月出廠[1]。

圖5 連續(xù)剛構(gòu)P C 軌道梁

3.2 曲線梁施工工藝流程

曲線PC 軌道梁的預(yù)制采用的是固定側(cè)模加移動臺車的流水線施工，根據(jù)作業(yè)流向，施工工藝流程為：

施工準(zhǔn)備→臺車底模安裝→綁扎鋼筋（安裝內(nèi)模、支座）、管道定位→安裝預(yù)埋件、安裝端模→臺車進(jìn)入澆筑區(qū)→側(cè)模合模、調(diào)整線形條→模板調(diào)整驗收→澆筑混凝土→拆模→養(yǎng)生→穿鋼絞線、初張拉→梁體吊至存梁區(qū)→終張拉→管道壓漿、封錨→存梁→齡期3 個月出廠。

3.3 曲線梁端模安裝、拆除

曲線簡支梁梁端有3 個方向的傾角、夾角要求，梁端側(cè)邊傾角、梁端與側(cè)面夾角、梁端與頂面夾角均不大于（1/8）°。梁高為1.6 m，梁縫寬度設(shè)計為3 cm，因此端模位置精度不僅關(guān)系到梁體能否順利架設(shè)完成，更關(guān)系到運行后梁體的伸縮功能。此外，因梁體設(shè)有反拱，端部高度通常高于設(shè)計梁高（小曲線梁內(nèi)側(cè)有可能小于設(shè)計梁高），所以端模制作高度應(yīng)充分考慮以上情況，高度不足部分可采用木板墊高。

曲線梁端模（見圖6）安裝及拆除過程：鋼筋綁扎完成后，臺車進(jìn)入混凝土澆筑區(qū)前，進(jìn)行端模安裝，具體步驟如下：

步驟一：測量放樣梁端線，計算端模標(biāo)高及傾角，制作調(diào)整木板，進(jìn)行精確抄墊。

步驟二：按梁端線安放端模并固定，此時端模側(cè)邊傾角、與側(cè)面夾角基本滿足要求。

步驟三：調(diào)整斜向絲桿，使端模與頂面夾角滿足要求，此時3 個夾角初調(diào)完成，經(jīng)測量復(fù)核，如超限再通過斜向及水平絲杠微調(diào)。

步驟四：拆除端模時，采用倒鏈及千斤頂交替作業(yè)，使模板平行脫出，防止卡住或破壞梁體混凝土。

3.4 曲線梁側(cè)模板安裝、拆除

曲線梁超高是通過梁體傾斜形成的，即梁體的頂面與側(cè)面相互垂直，梁底面為水平面，其截面為直角梯形?？此坪唵蔚男螤罱o模板設(shè)計及操作帶來很大困難，側(cè)模板“彎曲后傾斜”時其頂、底邊線將不在一個水平面上，從側(cè)面看呈曲線狀，側(cè)模由兩端到中間與上部橫梁距離（即吊桿長度）逐漸變大。這就要求模板不僅在水平方向設(shè)置頂推裝置使模板彎曲，而且在豎直方向能夠滿足模板位移及受力要求，機(jī)械動作難度大。模板設(shè)計時技術(shù)要點有：（1）橫向拉壓桿與模板為球頭聯(lián)結(jié)，桿件具有左右及上下轉(zhuǎn)動功能；（2）側(cè)模上吊桿具備長度調(diào)整及角度變化功能；（3）側(cè)模底部兩端安裝螺旋頂升裝置。

曲線梁側(cè)模安裝及拆除過程：綁扎完鋼筋的底模臺車沿鋼軌走行至混凝土澆筑區(qū)，即固定于混凝土側(cè)墻上的模板中間后，通過操作計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行合模。具體步驟如下：

步驟一（見圖7）：將安裝鋼筋骨架的底模臺車走行至澆筑區(qū)，此時側(cè)模通過吊桿懸掛在橫梁上。

圖6 曲線簡支梁端模

圖7 曲線梁模板安拆步驟一

步驟二（見圖8）：（1）電動推桿拉伸實現(xiàn)模板平曲線；（2）拆除側(cè)模兩端頂部吊桿，側(cè)模中間吊掛在橫梁上，兩端通過螺旋頂升裝置支撐在底模小車上。

步驟三（見圖9）：操作上、下排推桿使模板傾斜，同時調(diào)整吊桿及頂升裝置距離，滿足超高要求。

圖8 曲線梁模板安拆步驟二

圖9 曲線梁模板安拆步驟三

步驟四（見圖10）：（1）操作推桿使模板整體平移與底模合模；（2）調(diào)整線型條，經(jīng)檢查合格后澆筑混凝土。

圖10 曲線梁模板安拆步驟四

步驟五（見圖11）：（1）混凝土達(dá)到要求強(qiáng)度后，操作推桿整體橫移打開側(cè)模；（2）安裝吊桿使側(cè)模懸掛在橫梁上；（3）所有推桿回歸零位；（4）底模臺車移動至蒸養(yǎng)區(qū)。

4 線形動態(tài)控制方法

為滿足行車舒適性要求，軌道梁制造精度要求很高，而在施工過程中其線形是動態(tài)變化的，因此找到軌道梁線形動態(tài)控制的方法至關(guān)重要。

4.1 工法指導(dǎo)書

預(yù)應(yīng)力軌道梁制作工法指導(dǎo)書是為控制預(yù)應(yīng)力混凝土軌道梁預(yù)制生產(chǎn)過程中鋼筋和預(yù)埋件布置、支座安裝、預(yù)應(yīng)力張拉、混凝土收縮與徐變、梁體線形誤差等制作質(zhì)量的一種施工技術(shù)文件。工法指導(dǎo)書是根據(jù)設(shè)計文件，按照線路線形構(gòu)造、孔跨布置、梁體結(jié)構(gòu)等要素結(jié)合施工模板、工藝、材料等特點編制的，每榀梁一對一專用，主要用來指導(dǎo)軌道梁線形放樣值、各工況下測量值，并通過統(tǒng)計、分析來調(diào)整后續(xù)參數(shù)值的重要線形控制資料。施工前根據(jù)設(shè)計文件結(jié)合施工條件編制工法指導(dǎo)書，施工中嚴(yán)格按照工法指導(dǎo)書規(guī)定參數(shù)進(jìn)行控制，如模板尺寸、混凝土標(biāo)高、預(yù)應(yīng)力位置等，在重要工況施工前后均要對梁體線形參數(shù)進(jìn)行測量，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、分析，找到影響線形偏差的主要因素，為后續(xù)軌道梁的線形控制提供依據(jù)。

圖11 曲線梁模板安拆步驟五

4.2 影響線形的主要因素

PC 軌道梁主要是由鋼筋、預(yù)應(yīng)力、混凝土材料組成的一種分均質(zhì)彈塑性體，在預(yù)應(yīng)力張拉、混凝土收縮和徐變等工況下，梁體線形參數(shù)會發(fā)生變化。造成軌道梁線形變化的因素很多，主要有混凝土彈性模量及收縮徐變（粗細(xì)骨料、混凝土水灰比、和易性、齡期等）、施工條件（模板偏差、振搗方式、養(yǎng)護(hù)情況等）、預(yù)應(yīng)力張拉（管道偏差、張拉順序、千斤頂性能等）等[2]。因此在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土原材料、減少施工條件變化、加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力張拉控制等，如某項因素發(fā)生變化應(yīng)做好詳細(xì)記錄，為線形變化因素分析提供有效數(shù)據(jù)。

4.3 線形監(jiān)測及參數(shù)調(diào)整

為獲取軌道梁線形變化規(guī)律，在重要工況變化前后對軌道梁線形進(jìn)行測量，將實測值與設(shè)計值進(jìn)行對比，結(jié)合影響線形變化的主要因素，經(jīng)過統(tǒng)計、分析，找到造成軌道梁線形偏差的原因，從而調(diào)整后續(xù)軌道梁線形控制參數(shù)，如此反復(fù)進(jìn)行，最終使得實際值無限接近于設(shè)計值，達(dá)到軌道梁線形動態(tài)控制的目的。重要工況變化前后測量時間節(jié)點主要有拆模后、初張拉前后、終張拉前后、28 d、60 d、出場前。從數(shù)理分析的角度，理論上，參考的影響因素越多則分析的結(jié)果越準(zhǔn)確，但實際操作中，數(shù)據(jù)過于復(fù)雜、離散性較大不利于結(jié)果的判定。因此實際操作中統(tǒng)計的影響參數(shù)有梁體重量偏差、彈性模量差異、張拉應(yīng)力偏差、收縮徐變量。施工中將取得的成果應(yīng)用到后續(xù)軌道梁的線形控制中，以滿足高精度線形要求。

5 結(jié) 語

（1）跨座式單軌PC 軌道梁的制造難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通橋梁，先進(jìn)可靠的施工方法是其成功的關(guān)鍵，蕪湖市軌道交通工程PC 軌道梁已全部預(yù)制完成，其質(zhì)量及線形合格率達(dá)到100%，先行段行車體驗舒適度滿足且優(yōu)于設(shè)計預(yù)期。

（2）近5 年國內(nèi)跨座式單軌發(fā)展迅猛，形成了多種軌道體系并進(jìn)的局面，現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《跨座式單軌交通施工及驗收規(guī)范》（GB 50614—2010）起草于重慶市單軌交通建設(shè)期間，已無法滿足目前多種體系軌道梁的施工要求，亟需修編適應(yīng)性的國家標(biāo)準(zhǔn)。本文采用的直曲梁專用生產(chǎn)線、智能三維可調(diào)節(jié)模板、線形動態(tài)控制方法可提供有益借鑒。