劉平均

(中鐵六局集團(tuán)有限公司，北京 100000)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，綜合國力日益提升，高新技術(shù)應(yīng)用廣泛，高速鐵路工程建設(shè)得到全面推進(jìn)，設(shè)計(jì)速度從160km/h到350km/h逐步提高，橋梁結(jié)構(gòu)類型也變得越來越多，跨度越來越大，這就對(duì)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(jié)構(gòu)大范圍應(yīng)用，在面對(duì)撓度可能變形量較大的大跨徑、特殊結(jié)構(gòu)橋型方面，難以保證高速列車通過的平穩(wěn)性與舒適性，而從根本上控制軌道結(jié)構(gòu)變形尤為重要，本文總結(jié)了高速鐵路系桿拱橋無砟軌道施工線形控制技術(shù)，通過對(duì)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(gòu)造形式，主梁截面為單箱三室直腹板，采用預(yù)應(yīng)力混凝土，橋面寬17.1m，梁高2.5m；豎直平面內(nèi)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(nèi)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C55自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土。吊桿為縱向雙吊桿體系，共18對(duì)吊桿，吊點(diǎn)間距為6.0m，雙吊桿中心間距0.6m，吊桿材料為73根φ7高強(qiáng)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(yīng)力防腐蝕索體結(jié)構(gòu)。無砟軌道構(gòu)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(xiàn)澆法，預(yù)應(yīng)力張拉，安裝及灌注鋼管拱，按順序進(jìn)行吊桿張拉，橋面附屬施工，軌道結(jié)構(gòu)施工，檢測(cè)并調(diào)整吊桿索力滿足設(shè)計(jì)要求。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 無砟軌道施工線形控制技術(shù)

在對(duì)無砟軌道進(jìn)行施工前，二期荷載、吊桿張拉索力、主梁后期徐變都會(huì)對(duì)軌道標(biāo)高產(chǎn)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(diào)節(jié)和后期主梁徐變等梁體理論變形與實(shí)際提前施加的荷載做對(duì)比，最終確定軌道結(jié)構(gòu)施工預(yù)拱度，確保施工滿足靜態(tài)驗(yàn)收條件。

2.2 吊桿索力調(diào)整技術(shù)

本文利用 MIDAS/Civil軟件對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值分析。首先，利用反推分析，得到拱橋的初值(不計(jì)徐變等時(shí)間特征)，再利用正裝迭代法進(jìn)行數(shù)值模擬，得到施工架設(shè)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(shù)值對(duì)吊桿張拉力進(jìn)行控制，另一方面通過索力動(dòng)測(cè)儀對(duì)吊桿張拉力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使吊桿索力達(dá)到在各施工階段張拉力要求，最后在道床板施工時(shí)采取預(yù)加二期恒載施工方案調(diào)整吊桿力到成橋狀態(tài)。

3 施工工藝及操作要點(diǎn)

3.1 工藝流程(見圖1)

3.2 橋面系施工的主要變形計(jì)算與預(yù)拱度設(shè)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(jù)擬定的施工步驟，將二期恒載分為2個(gè)階段：①第1階段二期恒載 人行道欄桿、橋面系四墻、保護(hù)層、四電接觸網(wǎng)及電纜、電纜槽蓋板、無砟軌道底座板，合計(jì)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(jì)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(shí)間進(jìn)行計(jì)算。

3)二分之一靜活載撓度

考慮到實(shí)際運(yùn)行列車活載相對(duì)較小，長短波擬合也可導(dǎo)致二期恒載變化，工況復(fù)雜后不利于軌道精調(diào)及驗(yàn)收，經(jīng)專家評(píng)審后，可不考慮二分之一靜活載撓度的設(shè)置。

經(jīng)計(jì)算分析，72m系桿拱橋的后期變形和預(yù)拱度理論計(jì)算與設(shè)置如表2所示。

表2 后期變形與預(yù)拱度設(shè)置

橋梁建成時(shí)，在橋梁跨中會(huì)有一定的下?lián)现担缰凶畲笾禐?4.9mm。二期恒載上橋后，主梁也會(huì)有下?lián)献冃危缰凶畲笞冃沃禐?8.6mm；對(duì)吊桿進(jìn)行最后階段的張拉后，在橋梁跨中最大下?lián)?1.1mm。

3.3 無砟軌道施工線形控制方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，采取預(yù)加二期恒載施工方案對(duì)無砟軌道道床板施工標(biāo)高進(jìn)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(shí)，采用砂袋模擬道床板及鋼軌自重，然后進(jìn)行吊桿索力檢測(cè)及橋梁線形監(jiān)測(cè)，當(dāng)?shù)鯒U內(nèi)力與設(shè)計(jì)理論值相差>3%時(shí)，對(duì)吊桿索力進(jìn)行二次調(diào)整，同時(shí)根據(jù)實(shí)測(cè)值重新計(jì)算軌道結(jié)構(gòu)成橋預(yù)拱度。經(jīng)驗(yàn)收合格后對(duì)配置進(jìn)行卸載，然后進(jìn)行后續(xù)施工。

基于設(shè)計(jì)單位及監(jiān)測(cè)單位提供的二期恒載、徐變等進(jìn)行分析可知：

1)施工結(jié)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?lián)现凳?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(huì)產(chǎn)生下?lián)?，變形最大處為跨中，其值可達(dá)-4.4mm，而主梁兩端的最大變形僅為-0.4mm。

3)吊桿索力調(diào)整，對(duì)梁體影響呈跨中下?lián)?、梁端上拱現(xiàn)象，其梁端最大上拱值為0.3mm，跨中最大下?lián)现禐?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(diào)整吊桿索力的情況考慮在內(nèi)，那么主梁會(huì)產(chǎn)生下?lián)献冃?，主梁兩端變形值?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(diào)整等不利工況，則主梁整體產(chǎn)生下?lián)?，主梁兩端變形值?0.6mm，跨中變形為-0.1mm。

如軌道排及其模板等臨時(shí)作用(8.6kN/m)和除不計(jì)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(diào)整吊桿索力的綜合作用考慮在內(nèi)，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?yàn)槭┕て陂g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(shì)有一定縮減，跨中最大變形為-(0.6+4.4×77%)=-4.0mm，可達(dá)到施工無砟軌道的靜態(tài)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。在無砟軌道的道床板、調(diào)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(biāo)高調(diào)整-4～26mm，則后期無砟軌道標(biāo)高可通過扣件進(jìn)行調(diào)整。此外，在理論計(jì)算的施工后徐變比實(shí)際情況下的徐變要大，也就是在梁整體變形值減小時(shí)，對(duì)扣件的調(diào)節(jié)更有利。為此，確定了在無砟軌道施工中，將預(yù)拱度設(shè)為0的精調(diào)方案，并按設(shè)計(jì)標(biāo)高執(zhí)行。

施工中的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)如下。

1)橋面系施工前全橋通測(cè)裸梁頂面實(shí)際高程，測(cè)量時(shí)間務(wù)必為5：00—8：00。

2)軌道板底面施工標(biāo)高按表1所列的位置逐點(diǎn)控制，施工標(biāo)高=設(shè)計(jì)標(biāo)高+鋪裝預(yù)拱度，測(cè)量時(shí)間務(wù)必為5：00—8：00。

3)第1階段二期恒載施工中，加強(qiáng)主梁變形的監(jiān)測(cè)，如遇理論計(jì)算值不一致，則需分析原因，調(diào)整理論計(jì)算值，重新計(jì)算最終軌道結(jié)構(gòu)的預(yù)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(yán)格遵循左右對(duì)稱的原則，即從梁體兩端向中間進(jìn)行的2個(gè)工作面，分別在2個(gè)工作面的左、右兩側(cè)線上同時(shí)進(jìn)行，每個(gè)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(jìn)行預(yù)壓，同時(shí)進(jìn)行模板與鋼軌安裝，盡量減小精調(diào)及澆筑后梁體的變形量。在澆筑前后，再測(cè)量軌枕，并與道床板荷載的線形進(jìn)行比較，并逐段加以調(diào)整，避免變形量過大或過小。

6)在施工前，對(duì)該路段 CPIII進(jìn)行了再測(cè)量，以保證其準(zhǔn)確度符合設(shè)計(jì)要求。CPIII評(píng)定完成后，在施工期間要進(jìn)行多次復(fù)查，如有任何變化，應(yīng)立即再進(jìn)行復(fù)查。在施工過程中，如出現(xiàn)大的變化，可考慮增加1個(gè)測(cè)點(diǎn)建網(wǎng)。

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(jìn)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(shè)計(jì)及規(guī)范要求。施工過程中，吊桿在橋跨結(jié)構(gòu)中嚴(yán)格按設(shè)計(jì)順序進(jìn)行施作，同時(shí)采用索力動(dòng)測(cè)儀對(duì)吊桿索力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)(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(jié)構(gòu)的拱肋，最后傳到橋梁墩身。由于吊桿的不同張拉順序會(huì)影響吊桿索不同受力，如在施工過程中對(duì)吊桿索進(jìn)行及時(shí)調(diào)整及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，會(huì)造成局部吊桿索力增大，彈性變形過大造成梁體出現(xiàn)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(nèi)力張拉順序如下。

1)梁體混凝土強(qiáng)度及彈性模量達(dá)到100%后，對(duì)梁體內(nèi)預(yù)應(yīng)力橫向束以及第1階段的縱向束進(jìn)行張拉。

2)拱肋混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后進(jìn)行吊桿索安裝，按D02-D03-D04-D05-D01順序及對(duì)應(yīng)的張拉力施工。

3)吊桿索張拉完成后，對(duì)混凝土系梁內(nèi)剩余預(yù)應(yīng)力束進(jìn)行張拉。

4)橋梁二期恒載上橋后，監(jiān)測(cè)實(shí)際吊桿內(nèi)力與理論值偏差，當(dāng)>3%時(shí)，對(duì)吊桿索力進(jìn)行調(diào)整，直至滿足設(shè)計(jì)文件要求。

4 安全控制措施

4.1 保證安全生產(chǎn)組織措施

1)每個(gè)施工班組都必須有專職安全質(zhì)檢員。

2)雙塊式軌枕吊裝上橋時(shí)，應(yīng)當(dāng)在作業(yè)面周圍掛有明顯標(biāo)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(tài)下才能操作。

3)各起重機(jī)設(shè)備在起重過程中必須配備專門的工作人員，嚴(yán)禁由非相關(guān)人員進(jìn)行操作；相關(guān)操作和指揮人員必須經(jīng)過培訓(xùn)，并取得相應(yīng)證書。

4)起重機(jī)械要每隔一段時(shí)間進(jìn)行檢驗(yàn)，標(biāo)識(shí)要清楚、醒目；經(jīng)常為鋼絲繩上潤滑油，檢查其磨損情況，及時(shí)換掉有磨損的鋼絲繩。

5)施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置吊裝作業(yè)區(qū)，并用彩條布進(jìn)行封閉，并設(shè)有專業(yè)的保安人員，在吊裝時(shí)嚴(yán)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(wěn)、緩慢，并嚴(yán)謹(jǐn)把握起重機(jī)與橋墩、橋面間的距離。避免碰傷事故。

7)操作工人應(yīng)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(yán)禁酒后及高度疲勞狀態(tài)下上橋作業(yè)。

9)一切起重機(jī)械、電氣機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械等定時(shí)進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)，確保其工作狀態(tài)良好，并有完善的安全措施，對(duì)各種機(jī)械裝置的作業(yè)人員應(yīng)當(dāng)進(jìn)行規(guī)范培訓(xùn),持證就業(yè), 并嚴(yán)格遵循規(guī)則，嚴(yán)禁違章操作。

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

11)橋上照明、動(dòng)力用電設(shè)備較多，必須按規(guī)定由專業(yè)電工進(jìn)行線路敷設(shè)，并按規(guī)定設(shè)置“一機(jī)一箱一閘一漏電”。

12)橋上非標(biāo)運(yùn)輸及吊裝機(jī)械加工完成后要進(jìn)行試用，做到方便使用的同時(shí)，能確保作業(yè)人員安全。

13)所有在梁面上運(yùn)輸車輛時(shí)速≤5km/h，且制動(dòng)系統(tǒng)良好。

14)遇雷雨等惡劣天氣時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)對(duì)施工用電進(jìn)行切斷處理。

4.2 保證安全生產(chǎn)技術(shù)措施

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

交叉施工時(shí)，應(yīng)制定安全施工技術(shù)交底，在施工前，一定要讓施工人員互相了解工作內(nèi)容、安全注意事項(xiàng)等，并安排特定人員進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)，以保證施工安全。

4.3 雨天施工安全措施

雨天施工時(shí)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)、原物料存放、運(yùn)輸通道及基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)的防洪、防雨、排澇等進(jìn)行全方位細(xì)致檢測(cè)，對(duì)存在的問題及時(shí)解決。

設(shè)專人提前掌握未來3d的天氣變化，做好防范工作?，F(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電應(yīng)按規(guī)范規(guī)定進(jìn)行，嚴(yán)禁使用損壞或絕緣不良的導(dǎo)線，嚴(yán)禁亂接電線，所有配電箱鎖上，并設(shè)防雨罩，設(shè)置危險(xiǎn)標(biāo)志。

5 應(yīng)用效果

經(jīng)有關(guān)部門專家論證，批準(zhǔn)使用，該段軌距已達(dá)到靜態(tài)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，符合行車平順性規(guī)定。

6 結(jié)語

通過對(duì)新建福州—廈門鐵路客運(yùn)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(shí)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(shí)為撓度可能變形量較大的大跨徑、特殊結(jié)構(gòu)橋形方面無砟軌道施工提供了借鑒。