140m鋼箱系桿拱橋施工變形觀測(cè)與控制技術(shù)

王文勝 鄧文洪

武廣高速鐵路汀泗河特大橋140m鋼箱系桿拱橋是該類橋型首次應(yīng)用于高速鐵路無(wú)砟軌道,其在荷載與溫度變化作用下的變形都將對(duì)軌道狀態(tài)造成一定影響,從而影響到高速列車行駛的安全性及舒適性[1]。因此變形觀測(cè)與控制是貫穿整個(gè)施工過(guò)程質(zhì)量控制中重要的環(huán)節(jié),研發(fā)本橋的變形觀測(cè)與控制技術(shù)是非常有必要的。

1 工程概況

本橋跨度 140m,梁與拱剛性連接形成系桿拱結(jié)構(gòu)。系梁高3.5m,箱寬同拱肋均為 1.94m。兩拱肋變截面平行布置,橫向中心間距 16m,拱軸中心線型為二次拋物線,矢高 30m,矢跨比 1/4.67,吊桿間距 8m;全橋設(shè) 5道橫撐,各撐高度適應(yīng)拱肋變化,全橋均用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接,軌道采用CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道[2]。

2 施工變形觀測(cè)與控制的目的、思路和原則

2.1 施工變形觀測(cè)的目的

鋼箱系桿拱橋結(jié)構(gòu)的最終形成必須經(jīng)歷一個(gè)復(fù)雜的施工與體系轉(zhuǎn)換過(guò)程,且無(wú)砟軌道施工過(guò)程中,鋼橋本體隨荷載、溫度的變化而變化,因此施工變形觀測(cè)與控制的最終目的是保證鋼橋的最終線型在設(shè)計(jì)允許誤差范圍內(nèi),同時(shí)保證列車在高速行駛時(shí)的安全性和舒適性[3,4]。

施工變形觀測(cè)與控制分為兩部分:1)拼裝過(guò)程中的變形觀測(cè)與控制;2)無(wú)砟軌道施工過(guò)程中的變形觀測(cè)與控制。

拼裝過(guò)程中變形觀測(cè)與控制的目的:1)確保施工中結(jié)構(gòu)安全,使結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變?cè)谠O(shè)計(jì)控制范圍內(nèi)。2)確保拼裝過(guò)程中,應(yīng)力應(yīng)變及線型在設(shè)計(jì)誤差范圍內(nèi),確保順利合龍。3)確保成橋后的梁體、鋼箱拱應(yīng)力、線型在設(shè)計(jì)誤差范圍之內(nèi)。

無(wú)砟軌道施工過(guò)程中變形觀測(cè)與控制的目的:

1)確保無(wú)砟軌道施工過(guò)程中軌道幾何尺寸誤差滿足設(shè)計(jì)要求;

2)確保無(wú)砟軌道滿足高速列車舒適度的要求。

2.2 施工變形觀測(cè)與控制的思路

拼裝過(guò)程中,通過(guò)計(jì)算來(lái)確定鋼箱系桿拱橋施工過(guò)程中每個(gè)階段在受力和應(yīng)變方面的理想狀態(tài),以此為依據(jù)來(lái)控制施工過(guò)程中每個(gè)階段的結(jié)構(gòu)行為,使其最終成橋線型和受力狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求。

無(wú)砟軌道施工過(guò)程中,通過(guò)計(jì)算來(lái)確定每階段施工荷載和溫度變化引起的鋼橋變形對(duì)無(wú)砟軌道的影響,并以理論計(jì)算結(jié)果作為無(wú)砟軌道施工線型控制的重要依據(jù),同時(shí)隨著二期恒載逐步增加引起的鋼橋變形來(lái)印證、修訂計(jì)算結(jié)果,指導(dǎo)無(wú)砟軌道施工,確保無(wú)砟軌道線型的準(zhǔn)確與精確。

3 施工變形觀測(cè)

3.1 施工變形觀測(cè)流程

施工變形觀測(cè)與控制流程圖見(jiàn)圖1。

3.2 拼裝施工過(guò)程變形觀測(cè)

3.2.1 系梁施工過(guò)程

1)軸線。系梁節(jié)段施工放樣前先進(jìn)行測(cè)點(diǎn)設(shè)置,在節(jié)段前端截面上、下板中心位置設(shè)置測(cè)點(diǎn)或標(biāo)志(十字反光標(biāo)),放樣和檢查都以底板測(cè)點(diǎn)為主,頂板測(cè)點(diǎn)作為校核測(cè)點(diǎn)。2)高程。本橋系梁采用分段懸臂拼裝,懸臂拼裝過(guò)程中,在每一節(jié)段前端底板位置布置三個(gè)測(cè)點(diǎn),從墩頂臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量其高程,或采用全站儀從施工控制網(wǎng)點(diǎn)直接引測(cè)高程,與理論值比較,調(diào)整在預(yù)期精度范圍內(nèi),保障橋梁預(yù)拱度符合理論計(jì)算值。3)撓度。為保障橋梁局部線型平順,各箱梁施工節(jié)段頂板距前端約 10cm處設(shè)置 A,B兩撓度測(cè)點(diǎn)(焊接 2cm左右高的鋼筋頭),在其后各節(jié)段的安裝施工中,測(cè)定系梁的撓度變形,與理論值進(jìn)行比較。

3.2.2 吊桿安裝過(guò)程

吊桿安裝前,先用極坐標(biāo)法在系梁上標(biāo)定吊桿底部中心的安裝位置,用精密水準(zhǔn)儀測(cè)量其高程,鋼尺丈量吊桿長(zhǎng)度(精確到mm),計(jì)算吊桿頂高程,待吊桿吊裝就位后,先用垂球進(jìn)行初調(diào)。

3.2.3 拱肋拼裝過(guò)程

拱肋安裝時(shí)必須保證拱肋軸線位置,使拱肋軸線控制在精度范圍之內(nèi)。在拱肋拼裝過(guò)程中,在每一節(jié)段接頭軸線位置處的拱肋側(cè)面外壁上分別布置測(cè)點(diǎn),安裝專用測(cè)距反射片,通過(guò)在控制點(diǎn)上架設(shè)全站儀進(jìn)行測(cè)量,使測(cè)點(diǎn)在理論位置處。

對(duì)主拱肋鋼箱、系梁等應(yīng)進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè),以獲得與線型及位移相對(duì)應(yīng)的大氣溫度,以及主拱肋箱體溫度,為理論分析提供可靠的溫度值。由于溫差會(huì)引起拱肋和系梁等的長(zhǎng)度變化和側(cè)向變形,監(jiān)測(cè)應(yīng)選擇早晚溫差較小時(shí)進(jìn)行測(cè)量。

3.2.4 合龍監(jiān)測(cè)

合龍前,對(duì)合龍口兩端高程進(jìn)行對(duì)測(cè),檢查合龍精度(包括中線偏位和高差)。合龍后,進(jìn)行復(fù)測(cè),對(duì)系梁、拱肋的線型內(nèi)力進(jìn)行復(fù)測(cè)。體系轉(zhuǎn)換后,對(duì)系梁、拱肋的線型內(nèi)力進(jìn)行復(fù)測(cè)。橋面澆筑混凝土后,測(cè)量拱肋、系梁位移,并測(cè)試吊桿內(nèi)力。

3.3 無(wú)砟軌道施工變形觀測(cè)與控制

無(wú)砟軌道保護(hù)層、道床板標(biāo)高以軌面標(biāo)高為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算,測(cè)量控制網(wǎng)采用CPⅢ網(wǎng)。

以二期恒載鋪設(shè)完成后軌面應(yīng)達(dá)到的設(shè)計(jì)狀態(tài)為依據(jù)進(jìn)行反算,確定二期恒載每一步施工時(shí)的控制標(biāo)高,并以此為依據(jù)指導(dǎo)施工。每一步二期恒載施工完成后,對(duì)頂面標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè),并與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行核對(duì),分析結(jié)果的差異,修正下一步施工的計(jì)算結(jié)果。

二期恒載鋪設(shè)完成后,鋼橋同樣在溫度的影響下會(huì)產(chǎn)生一定變形,從而影響到軌道線型,為此需要對(duì)溫度引起的變形進(jìn)行觀測(cè)并作出調(diào)整,并在同等溫度下進(jìn)行復(fù)測(cè)。

觀測(cè)范圍:2-24m簡(jiǎn)支箱梁 +1-32m簡(jiǎn)支箱梁 +1-140m系桿拱 +3-32m簡(jiǎn)支箱梁。觀測(cè)步驟如下:

1)系桿拱部分,在 1/2,1/4兩端布點(diǎn),其余部分在橋墩上布點(diǎn),共 11個(gè)斷面。每個(gè)斷面在靠擋墻軌道頂、橋中線橋面上布置三個(gè)測(cè)點(diǎn)。軌道頂位置在側(cè)面做油漆標(biāo)記,橋中線橋面上埋設(shè)不銹鋼標(biāo)志。2)用DNS03電子水準(zhǔn)儀配合因瓦水準(zhǔn)尺測(cè)量各測(cè)點(diǎn)間相對(duì)高差,按二等水準(zhǔn)測(cè)量觀測(cè)要求進(jìn)行觀測(cè)。3)用 TCA 2003全站儀測(cè)定橋梁左側(cè)拱肋和橋面之間的相對(duì)伸縮。測(cè)點(diǎn)布設(shè)于1/2,1/4三個(gè)斷面,共 6個(gè)測(cè)點(diǎn)。4)連續(xù)觀測(cè)。軌道、橋面水準(zhǔn)測(cè)量,每天 8:30,14:30和 18:30觀測(cè) 3次;拱肋和橋面之間的相對(duì)伸縮,每天 10:00和 16:30觀測(cè) 2次。每次開(kāi)始、結(jié)束時(shí)測(cè)定氣溫。5)在連續(xù) 5 d觀測(cè)后,建立高精度軌道基準(zhǔn)測(cè)量控制點(diǎn),控制點(diǎn)間邊長(zhǎng) 100m～140m,相鄰點(diǎn)間垂直于軌道方向的點(diǎn)位中誤差小于 1mm,高差中誤差小于 1mm。6)用 TCA 2003全站儀、DNS03電子水準(zhǔn)儀,直接測(cè)量 5m間隔(8個(gè)軌枕間隔)處軌道的相對(duì)高程、獨(dú)立平面坐標(biāo),按線性回歸方法計(jì)算軌道水平和豎向的平順性,計(jì)算軌向高差。

4 結(jié)語(yǔ)

變形觀測(cè)與控制實(shí)際上就是一個(gè)“理論指導(dǎo)實(shí)踐,實(shí)踐印證理論,理論再指導(dǎo)實(shí)踐……”的循環(huán)過(guò)程,汀泗河特大橋根據(jù)施工監(jiān)測(cè)所得的參數(shù),來(lái)指導(dǎo)鋼橋拼裝和無(wú)砟軌道施工標(biāo)高,在施工過(guò)程中根據(jù)施工監(jiān)測(cè)的成果對(duì)誤差進(jìn)行分析、預(yù)測(cè),保證了鋼橋的最終線型在設(shè)計(jì)允許誤差范圍內(nèi),同時(shí)拼裝質(zhì)量得到保證,無(wú)砟軌道也滿足了客運(yùn)專線高速列車舒適性、平穩(wěn)性。

[1] 鐵建設(shè)函[2007]47號(hào),新建時(shí)速 300～350km客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定[S].

[2] 武漢至廣州客運(yùn)專線烏龍泉至花都段新建工程 140m下承式鋼箱系桿拱橋施工圖[Z].

[3] 黎順生.武廣客運(yùn)專線 140m下承式鋼箱系桿拱橋施工方案探討[J].橋梁建設(shè),2006(2):124-127.

[4] 李曉波.汀泗河特大橋 1～140m鋼箱系桿拱施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù),2009(1):38-39.