高速鐵路軌道橋梁支座調(diào)高施工方法

韓學芳 上海鐵路局工務(wù)處

1 引言

近幾年，中國高速鐵路迅猛發(fā)展，截止2011年年底，已開通運營京津、武廣、鄭西、滬寧、滬杭、京滬高鐵六條無砟高速鐵路，營業(yè)長度共計3 124 km。高速鐵路的核心問題和技術(shù)關(guān)鍵是軌道平順性控制，無碴軌道平縱斷面的定位是在鋪設(shè)軌道板時就已經(jīng)完成了，鋪軌后的精調(diào)則主要通過調(diào)整墊板、軌距擋塊實現(xiàn)，可調(diào)整量很小，調(diào)整難度大，因此無砟軌道結(jié)構(gòu)平順性的前提是線路下部建筑(路基、橋梁、隧道等)的可靠性和平順性。

由于橋梁沉降相對路基沉降更容易控制，為控制線路下部建筑沉降，確保軌道平順性，同時節(jié)約用地，無砟高鐵多采用"以橋代路"，如京滬高鐵80%以上是以橋代路，橋梁長度達到了1 024 km，這決定了橋梁在無砟高鐵中的比重非常大（平均在80%以上）。雖然設(shè)計人員在橋梁設(shè)計時已經(jīng)采取了各種措施（ 如增加樁數(shù)、加長樁長、加大樁徑等）控制橋梁墩臺不均勻沉降，但在橋梁數(shù)量非常龐大的情況下，由于地質(zhì)、施工、人為活動影響、外部環(huán)境變化等因素，無砟高鐵橋梁墩臺仍然會出現(xiàn)較大的不均勻沉降，影響軌道平順性，影響連續(xù)梁支座反力、內(nèi)力分配，影響列車動力效應，進而影響列車舒適性和安全性。本文介紹采取調(diào)高支座恢復橋梁線型、軌道平順性的施工步驟、關(guān)鍵細節(jié)及實際施工過程。

2 工程概況

某無砟高鐵設(shè)計最高時速350 km/h，采用CRTS I型單元板式無砟軌道，運營中發(fā)現(xiàn)WY橋上線路（該區(qū)段為平坡直線段）垂加報警頻發(fā)并峰值較大（垂加最大為0.14 g），經(jīng)采用電子水準儀對線路縱斷面及橋墩標高進行測量，發(fā)現(xiàn)WY橋169#-165#墩有不同程度的下沉，最大相對沉降量達42.4 mm，且連續(xù)梁（40+64+40 m）的副墩169#墩不均勻沉降達39 mm，而相鄰的連續(xù)梁主墩170#墩沒有下沉，導致169#墩連續(xù)梁邊跨支座豎向力由原設(shè)計的540 t減少為380 t，連續(xù)梁已接近彈性變形極限。必須對165#-169#墩支座高度進行調(diào)整（各橋墩支座高度調(diào)整量見表1）

表1 各橋墩支座高度調(diào)整量

169#墩分別采用CKPZ-T5500-ZX、CKPZ-T5500-DX盆式橡膠支座。160#-168#墩為簡支箱梁，梁跨度為31.5 m，分別采用 PZ-T4500-GD、PZ-T4500-HX、PZ-T4500-ZX、PZT4500-DX，支座高190 mm。

WY橋梁體、墩結(jié)構(gòu)受力及空間均已考慮頂梁工況，所有簡支梁及連續(xù)梁邊支點處梁底至墩頂高度為564 mm，能滿足千斤頂頂升工作需要。（40+64+40）m連續(xù)梁邊支點在恒載作用下反力5 402 kN（兩個支座），簡支梁一端恒載支承反力5 258 kN（兩個支座）。

經(jīng)綜合分析比較，決定采用加墊鋼板調(diào)高支座方案，恢復連續(xù)梁線型、恢復軌道平順性。其中簡支梁支座調(diào)高鋼板置于梁底預埋鋼板與上支座板之間，當調(diào)高量不超過20 mm時，上座板的錨固螺栓無需更換，當調(diào)高量大于20 mm時，上座板的錨固螺栓需更換為加長螺栓；（40+64+40）m連續(xù)梁邊支座調(diào)高鋼板置于底盆與下錨碇板之間，本次連續(xù)梁邊支座調(diào)高量較大，考慮到錨固螺栓長度大于支座上下鋼板間距，縱向活動支座采用特制隼接螺栓。

根據(jù)梁底凈高及恒載反力和必要的頂力儲備量，選擇25臺500 t千斤頂（5臺備用），15臺油泵（5臺備用），千斤頂布置在梁底防落梁裝置處。每個千斤頂安排2人，油泵司機1人，指揮人員及配合測量14人，每個墩設(shè)一個指揮員，一個總指揮。其他設(shè)備：一臺16 t汽車吊，4臺叉車，運輸車2臺，電子水準儀2套，高度尺百分表10套，條碼尺4把，發(fā)電機2臺，電焊機3臺，汽車吊1臺，氧割設(shè)備2套，若干無線通信設(shè)備，線路工及測量工共54人及相應線路精調(diào)設(shè)備及材料。為盡可能確保梁體安全，不影響橋上軌道結(jié)構(gòu)，頂梁時同一橋墩上的四個支座需同步頂升及落梁，其高度差應不大于1.0 mm；同一孔梁梁端的兩個千斤頂?shù)捻斄ο嗖畈淮笥?%。

3 施工步驟及關(guān)鍵細節(jié)

3.1 支座調(diào)高施工步驟

支座調(diào)高施工步驟見圖1

圖1 支座調(diào)高施工步驟

3.2 施工關(guān)鍵細節(jié)

經(jīng)綜合分析，頂升高度、螺栓長度、鋼墊板形式及頂梁后梁體無橫向位移是頂梁施工關(guān)鍵細節(jié)，將決定施工成敗，針對這幾個關(guān)鍵問題分別采取了以下措施：

3.2.1 鋼墊板形式

采取整塊鋼墊板方案，必須卸下支座螺栓，因為支座施工精度及溫度應力等因素影響，可能出現(xiàn)螺栓安裝不上的情況，將嚴重影響行車安全。因此，決定采用了三塊板拼接方案，即支座調(diào)高鋼板在螺栓孔的位置分割成三塊并預留坡口，在塞入鋼板拼接 ，在預留坡口處施焊，牢固形成整體。

3.2.2 防止梁體出現(xiàn)橫向位移

（1）為防止梁被頂起后發(fā)生橫向位移，利用支承墊石和梁的防落梁裝置設(shè)置橫向限位裝置，確保梁被頂起后不發(fā)生橫向位移。（2）在頂梁前利用天窗點，先用設(shè)計要求的新螺栓全部換下舊螺栓，在換螺栓時必須拆一個裝一個，同一支座不能同時拆兩個，確保螺栓能準確更換；不用換的螺栓必須試擰，防止頂梁時發(fā)生螺栓擰不動的現(xiàn)象。簡支梁支座和連續(xù)梁多向活動支座螺栓短，更換螺栓空間滿足要求。連續(xù)梁縱向活動支座上下鋼板之間凈高為100 mm，而新螺栓長度135 mm，更換螺栓空間不夠，經(jīng)研究，決定新螺栓采用兩節(jié)特制螺栓，第一節(jié)螺栓長度為90 mm，第二節(jié)螺栓長度為70 mm，兩節(jié)螺栓之間可相互擰緊，共同受力。（3）在梁端橫向中心處吊垂線，并在橋墩面對應劃好十字線，等梁落位后，再核對垂線與十字線的相互關(guān)系，指導線路精調(diào)。

3.2.3 頂梁程序

頂梁分兩步進行，第一步試頂；簡支梁先在單數(shù)橋墩上按設(shè)計頂程頂?shù)轿唬倩芈?；第二次在雙數(shù)橋墩上按設(shè)計頂程頂?shù)轿唬倩芈?；連續(xù)梁邊墩起頂 5 mm為控制量，頂?shù)礁叱毯笤倩芈?。第二天正式頂梁：連續(xù)梁邊跨起頂量為本方案控制關(guān)鍵節(jié)點，首先進行連續(xù)梁邊跨頂升，根據(jù)連續(xù)梁頂起高度，若能頂起的最大高度小于20 mm，則簡支梁不需再頂，此方案不可行，需另行研究其它方案解決；若能頂起的最大高度大于20 mm但小于40 mm，則簡支梁按設(shè)計調(diào)高量一半進行支座調(diào)高；若能頂起的最大高度大于40 mm，則簡支梁按設(shè)計調(diào)高量進行支座調(diào)高；簡支梁按試頂順序進行頂梁。

3.2.4 線路精調(diào)

（1）通過調(diào)整軌下或鐵墊板下墊片來調(diào)整高程，施工前把高程調(diào)整段每塊板高程調(diào)整量用油漆標注在軌底。（2）以下股為基準軌，先調(diào)整基準股高程、軌向，再調(diào)整另一股高程、軌向。（3）作業(yè)前量好每塊板軌距、水平，并標注在軌底處，松扣件作業(yè)時嚴禁超松，緊扣件時用道尺在前控制軌距，以防軌距變化。（4）如果頂梁過程中出現(xiàn)梁體偏移，根據(jù)實際情況決定限速標準和限速時間。（5）頂梁結(jié)束后（封鎖開始95 min后）安排水準儀對上行線縱斷面進行測量，為第二天上行線高程調(diào)整提供準確數(shù)據(jù)。第二天同時安排水準儀對下行線縱斷面進行測量，為第三天下行線高程調(diào)整提供準確數(shù)據(jù)。（6）第二天根據(jù)測量數(shù)據(jù)對上行線高程進行調(diào)整作業(yè)，高程調(diào)整到位后上行線恢復常速。第三天根據(jù)測量數(shù)據(jù)對下行線進行高程調(diào)整，高程調(diào)整后下行線恢復常速。（7）頂梁施工結(jié)束后及時對頂梁區(qū)段內(nèi)的CPⅢ坐標重新定位。

4 施工過程

4.1 施工期間限速條件

⑴利用固定天窗，0:00-4:00。⑵上下行開通后上下行K100+000-K111+000范圍采取限速160 km/h 96 h、限速200 km/h 24 h，限速250 km/h 24 h，此后常速運行。

4.2 正式施工情況

4.2.1 11月9日-10日

充分做好施工準備工作，確保機具設(shè)備、材料、人員等全部準備到位，對所有作業(yè)人員進行交底。

4.2.2 11月11日，試頂

(1)封鎖開始前，將169#墩（連續(xù)梁活動支座）支座底盆與上錨碇板焊接在一起（防止梁體起頂時支座分離）。(2)封鎖開始后，松開 165#、166#、167#、168#、169# 墩梁縫兩端各 16個承軌臺扣件，此過程用時30 min。(3)松開165#、167#、169#墩臺支座螺栓，試頂165#、167#、169#墩臺上的梁體，頂升至規(guī)定值，持荷10 min，千斤頂回油，梁體回落原位，擰緊支座螺栓；此過程用時15 min。(4)松開166#、168#墩上支座螺栓，試頂166#、168#墩上梁體，頂升至規(guī)定值，持荷10 min，千斤頂回油，梁體回落原位，擰緊支座螺栓；此過程用時15 min。試頂過程與施工方案完全相符。

4.2.3 11月12日，正式頂梁（165#、166#、167#、168#墩）

(1)封鎖開始后，松開 165#、166#、167#、168#、169# 墩梁縫兩端各16個承軌臺扣件，此過程用時30 min。(2)松開165#、167#、169#墩上支座螺栓，頂升165#、167#墩上梁體各8 mm、36 mm，在支座上擺和梁體墊板間加塞相應尺寸鋼板，擰緊支座螺栓。在頂升169#墩（連續(xù)梁縱向活動支座）上連續(xù)梁時，由于當晚溫度突然降低（與試頂時溫度相差5度），因支座底盆與上錨碇板焊接在一起，梁體收縮帶動支座底盆移動，使固定支座底盆的螺栓頂死，不能松動，導致無法頂升梁體。經(jīng)現(xiàn)場研究決定，停止169#墩頂升。(3)松開166#、168#墩上支座螺栓，頂升166#、168#墩上梁體，166#墩頂升20 mm，在上支座板和梁底預埋鋼板間加塞相應尺寸鋼板，擰緊支座螺栓?？紤]到軌道平順性要求，對168#墩頂升20 mm(計劃頂升45 mm)，擰緊支座螺栓。

4.2.4 11月13日，繼續(xù)頂升（168#、169#墩）

針對169#墩具體情況，經(jīng)研究決定，將169#墩支座底盆與上錨碇板焊接的臨時固定板割斷，將連續(xù)梁頂升5 mm，使支座底盆不受壓力，再將支座底盆向梁體收縮的反方向移動，直至固定支座底盆的螺栓能自由松緊。然后將梁體落回原位，再對支座底盆與上錨碇板焊接在一起，頂升梁體。(1)封鎖開始后，松開168#、169#墩梁縫兩端各16個承軌臺扣件，(2)將169#墩連續(xù)梁縱向及多向支座底盆與上錨碇板焊接在一起的臨時固定板割斷，將169#墩（連續(xù)梁）頂升5 mm，再將支座底盆向梁體收縮的反方向移動，直至固定支座底盆的螺栓能自由松緊。然后將梁體落回原位，；(3)松開168#、169#墩臺簡支梁支座螺栓；(4)將169#墩連續(xù)梁縱向及多向支座底盆與上錨碇板焊接在一起，頂升168#、169#墩上梁體分別為25 mm、40 mm，加塞相應尺寸鋼板，擰緊支座螺栓。(5)對上行線進行水準測量，作為11月14日施工依據(jù)。

4.2.5 11月14日，線路精調(diào)（上行線）

(1)根據(jù)11月13日水準測量數(shù)據(jù)，對上行線進行精調(diào)。(2)對下行線進行水準測量，作為11月15日作業(yè)依據(jù)。

4.2.6 11月15日，線路精調(diào)（下行線）

根據(jù)11月14日水準測量數(shù)據(jù)，對下行線進行精調(diào)。精調(diào)完成后，線路恢復常速。

5 結(jié)論及建議

(1)WY橋經(jīng)頂梁調(diào)高支座，橋梁線型及軌道平順性恢復到設(shè)計值，達到整治目標。今后凡無砟軌道橋墩發(fā)生較大不均勻沉降，影響連續(xù)梁線型，軌道平順性無法通過調(diào)整墊板恢復時，可通過頂升梁體、調(diào)高支座恢復橋梁線型、恢復軌道平順性。

(2)在高鐵運營過程中，對橋上出現(xiàn)垂加報警頻發(fā)并峰值較大的地段，必須安排水準測量，檢查是否為橋墩下沉引起的垂加報警。