高速鐵路無砟軌道橋梁頂升平移糾偏技術研究

徐家棟

(中國鐵路上海局集團有限公司上海高鐵維修段 上海 200439)

1 概況

橋梁是高速鐵路的重要組成部分，目前我國大部分高速鐵路中橋梁占線路總長70%以上。近幾年來，高速鐵路運營管理發(fā)現(xiàn)，軟土地區(qū)外部環(huán)境的變化易引起橋梁的下沉和偏移，嚴重影響高鐵列車的運行質量和安全，及時對變位的橋梁線形進行糾正，確保高速鐵路運輸安全和運行品質是亟待解決的問題。高速鐵路橋梁的糾正施工，必須在不中斷列車運營的前提下實施，而且要盡可能減小對列車正常運行的影響。因此，必須對橋梁糾偏措施進行充分研究和論證[1-7]。

我國的高速鐵路橋梁以簡支箱梁為主，分為基礎、下部結構和上部結構三部分。橋梁的糾正施工，分為基礎糾偏和上部結構糾正兩種，基礎糾偏主要是在橋墩一側一定范圍內(nèi)施工高壓旋噴樁，利用高壓旋噴樁的壓力擠壓土體，推動基礎樁群和承臺位移，從而達到橋梁整體線形糾偏的目的，其前提是橋梁基礎樁群必須置于一定層厚的軟弱土層中，且樁基礎只是彈性變形，沒有遭到破壞，基礎糾偏只能實現(xiàn)橋梁線形橫向偏移的糾正；上部結構糾正是拆除梁體與橋墩的連接部件，即橋梁支座，改變梁體空間位置，使梁體回到設計線形位置。上部結構糾正主要是通過梁體橫移或抬升來實現(xiàn)其在橫向和豎向兩個方位的糾正，往往需要重新安裝橋梁支座、加高支承墊石等[8-14]。本文主要對橋梁上部結構糾偏施工措施進行研究。

2 頂升移梁糾偏措施

高速鐵路無砟軌道，鋼軌與梁體之間為混凝土結構的剛性連接，橋梁發(fā)生沉降或橫向偏移后，直接導致鋼軌的沉降或橫向偏移，且無法采用傳統(tǒng)有砟鐵路的填砟和撥道的方法對線形進行糾正，當扣件調整不能滿足線形調整需要時，必須通過改變梁體空間位置實現(xiàn)線形糾偏。

2.1 頂升移梁糾偏機理

頂升移梁對高速鐵路橋梁進行糾偏的具體思路為：利用千斤頂對箱梁進行頂升和平移，頂升和平移施工均利用橋墩作為反力系統(tǒng)，通過千斤頂對箱梁施加豎向頂升力和水平推力，調整梁體位置，達到線路軌道糾偏的目的，糾偏機理見圖1。

圖1 頂升移梁糾偏機理

當橋梁線形同時存在橫向和豎向偏差時，或采用頂梁加墊鋼板不能滿足設計要求時，需要通過拆除支承墊石內(nèi)預埋套筒或加高支承墊石來實現(xiàn)線形糾偏。此工況下，原有支座錨栓需拆除，支承墊石需加高，原支座的所有作用均失去，必須采用與原有支座功能相同的臨時支座予以過渡，即需增設四只臨時支座，見圖2。

圖2 臨時支座設置

因為臨時支座位置會影響到錨栓的拆除空間，所以安裝臨時支座前就必須限制列車速度，限速后先拆除靠近臨時支座的1只錨栓，支座的其余3只錨栓保持完好。

臨時支座設置完畢，在天窗內(nèi)頂梁，提升臨時支座高度，考慮臨時支座壓縮量，可適當加大頂升高度，也可采用多次抽墊鋼板來調整臨時支座高度，保證落梁后達到梁體設計標高。落梁后，原有支座功能全部轉移到臨時支座，臨時支座發(fā)揮作用期間，列車限速80 km/h運行。

考慮到箱梁支座承載力位置發(fā)生了變化，臨時支座設置前箱梁內(nèi)部需增加支撐進行加固，墩臺面不足以設置臨時支座時，可考慮加寬墩面。臨時支座高度不夠時，可澆筑臨時支承墊石，橋墩面大小不滿足增設臨時支座時，可在橋墩側面增加支撐塊，見圖3。

圖3 箱梁加固和墩臺面加寬

2.2 頂升移梁糾偏工藝

移梁糾偏頂升及平移作業(yè)需全部利用天窗時間施工，其它如腳手架搭設、施工機具吊裝、套筒掏孔等，不影響行車及線路設備的正常使用，不受天窗時間控制，可安排點外作業(yè)，頂升移梁的施工工藝有以下幾點。

(1)準備工作

①搭設安裝腳手架、操作平臺、吊籃，改遷或保護墩頂管線，清理墩頂形成工作面。②建立軌道及梁體位移量測監(jiān)控體系，測量初值。③設置箱梁縱向限位設施。

(2)支座內(nèi)側螺栓孔改造

拆除箱梁偏移方向一側的固定支座和縱向支座內(nèi)側的下錨碇螺栓，切割并取出下錨碇鋼棒。重新安裝下錨碇鋼棒，并通過下錨碇螺栓與支座下錨碇板連接。焊接修復或植筋修復支撐墊石內(nèi)鋼筋網(wǎng)。

(3)臨時墊石澆筑和既有墊石加寬

為便于千斤頂擺放，且保證千斤頂?shù)撞繉Χ枕斶吘壍募羟凶饔脻M足鋼筋混凝土的抗沖切能力要求，對原支座墊石在順橋向加寬20 cm。在墩頂放線開鑿剪力齒槽，每條凹槽長度90 cm，深度5 cm，寬度5 cm，凹槽間距10 cm，橋墩頂部鋼筋保護層厚度達10 cm，開鑿的凹槽不影響橋墩鋼筋，開鑿完成后清理干凈墩頂。安裝臨時墊石模板，采用PVC管預留支座套筒位置，澆筑C50混凝土。臨時墊石尺寸為81 cm×90 cm×29 cm。預留臨時支座頂面轉換鋼板厚度40 mm和預留灌漿厚度20 mm，臨時墊石高度較既有支撐墊石低60 mm左右。

(4)安裝臨時支座

在臨時墊石混凝土強度超過設計強度80%后，安裝臨時支座。臨時支座采用與既有支座同型號的支座，分別為固定型和縱向活動型，安裝在既有固定支座和縱向支座對應的臨時墊石位置。安裝轉換鋼板(厚度40 mm)，通過螺栓與梁底防落梁鋼擋塊的預埋鋼板連接。臨時支座上部與轉換鋼板采用螺栓連接，下部通過螺栓連接錨碇鋼棒，置于臨時支撐墊石內(nèi)。設置鋼模，在套筒孔及臨時支座與臨時墊石之間按照重力灌漿法澆筑專用灌漿料。澆筑完成之后，用覆蓋材料對混凝土表面加以覆蓋并澆水養(yǎng)護，使混凝土在一定時間內(nèi)保持水化作用所需要的適當溫度和濕度條件。

(5)既有支座錨固體系改造

對支座下錨固體系進行改造，通過鉆孔、切割、打鑿的方式，取出支座螺栓套筒，擴大支撐墊石上的套筒孔。拆除支座下錨碇螺栓，改造其下錨固體系，切割并取出其位于支撐墊石內(nèi)的下錨碇鋼棒。切割深度根據(jù)糾偏量確定，但不小于20 mm。對完成的擴孔必須安排專人進行擴孔深度復測并記錄。重新安裝下錨碇鋼棒，并通過下錨碇螺栓與支座下錨碇板連接，焊接修復或植筋修復支撐墊石內(nèi)鋼筋網(wǎng)。

(6)頂升及平移系統(tǒng)布置

采用千斤頂進行箱梁的頂升和平移。千斤頂分為豎直千斤頂和水平千斤頂，豎直千斤頂作用為箱梁頂升；水平千斤頂作用為箱梁平移。為避免豎向千斤頂對支座墊石產(chǎn)生較大的剪切力導致墊石潰裂，在千斤頂與墊石之間放置鋼板。安放千斤頂之前，如果墩頂或箱梁頂部有不平情況，可以將表面鑿平，并用快速水泥砂漿找平，以減小局部的應力集中。水平千斤頂2個為一組，每個橋墩布置兩組千斤頂，共4臺水平千斤頂。一組千斤頂用于梁體的平移糾偏，推動梁體向偏移對側移動；另一組千斤頂用于限位，如果梁體位移量大于設計糾偏量，則用千斤頂將梁體向對側推移，保證移梁的精準性。

(7)建立施工位移監(jiān)控體系

監(jiān)控體系包括4套相互獨立的監(jiān)測系統(tǒng)：采用拉線式位移傳感器控制實時頂升糾偏量；采用獨立的標高及位移測量系統(tǒng)測量箱梁的實時位移；橋面底座板、鋼軌應力測試系統(tǒng)；線上軌檢系統(tǒng)進行軌道線型檢測。4套系統(tǒng)的監(jiān)測結果相互對比驗證，確保糾偏位移量滿足設計要求。另外配置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對施工全過程進行監(jiān)控。

(8)箱梁頂升及平移

為了觀察和考核整個頂升施工系統(tǒng)的工作狀態(tài)，在正式頂升之前，應進行試頂升，試頂升前將臨時支座處的下錨碇螺栓進行拆除，試頂升高度為3 mm。試頂升合格后方可進行正式頂升，正式頂升高度為5 mm。正式平移之前也需要進行試平移，試平移結束后，檢查橋梁各支座頂部有無變形和加載點有無局部破壞，同時提供測點應變、整體姿態(tài)、結構變形等情況，并檢驗系統(tǒng)的糾偏效果，為正式平移提供依據(jù)。試平移后，觀察若無問題，進行正式平移。平移需在一個天窗點進行，保證梁體一次性糾偏到位。

(9)支座灌漿及墩頂清理

平移到位后，在墊石頂部抹一層環(huán)氧樹脂，豎向千斤頂泄壓，梁體回落，使支座下錨碇板底面與支撐墊石密貼，鎖定豎向千斤頂。支座套筒孔切割處設置鋼模，按照重力灌漿法澆筑專用灌漿料。切割解除支座上下錨碇板之間的鋼條焊接。拆除臨時支座，撤除頂升平移設備，安裝恢復防落梁鋼擋塊，改遷管線復原，清理墩頂。

3 工程案例

3.1 工程病害及地質條件

某城際鐵路于2016年3月30日建成通車，以時速200 km正常運營。2016年以來，K91+800～K111+200段線路受兩側市政道路工程建設(地基處理、樁基施工、道路填筑等)影響，工程范圍內(nèi)部分鐵路橋梁發(fā)生較大偏移，嚴重影響了線路正常運營。其中K95+720～K99+320、K101+330～k104+000、K111+040～K111+280三處為限速120 km/h運營狀態(tài)。

某城際鐵路K91+810～K107+470段和K109+950～K111+260段，工程范圍屬于沖積平原，地形平坦開闊，沿線村落星羅棋布，道路及河流溝渠交織，交通便利，目前橋梁兩側均為新修建的市政道路。地下水主要發(fā)育有第四系孔隙水及基巖巖溶水兩種類型，地下水主要接受大氣降水垂直入滲補給及地表河流側向補給，地下水位受季節(jié)性降雨及地表水體的水位影響，埋深約0～2.5 m。

3.2 工程糾偏效果

2018年8月，對橋梁偏移地段的軌道線形進行測量，測量數(shù)據(jù)表明，工程范圍內(nèi)梁縫處軌道平面偏差大于5 mm的共174處。其中偏差量40 mm以上的3處，偏差量30～40 mm的2處，偏差量20～30 mm的10處，偏差量10～20 mm的54處，偏差量5～10 mm的105處。線路精測檢查資料和動檢車檢查資料表明，2018年3月以來，各偏移處已基本穩(wěn)定，具備糾偏整治條件，2018年8月典型地段平面線形見圖4。

圖4 2018年8月典型地段平面線形示意圖

從2019年04月11日開始整治施工，截至2019年06月29日，典型地段的糾偏效果見圖5。

圖5 頂升移梁糾偏效果

通過對比圖4和圖5，城際鐵路糾偏整治工程取得了很好的效果，經(jīng)過頂升移梁糾偏后，軌道線形偏差均控制在5 mm以內(nèi)，線路平面經(jīng)擬合處理后，軌道平順度大大改善，可滿足200 km設計時速要求，取得了理想的整治效果。

4 結論

本文結合某城際鐵路梁體橫向位移糾偏實例，介紹了頂升移梁在線路糾偏中的應用。通過頂升移梁的基本原理、施工工藝以及糾偏實測效果，闡述了一種線路橫向偏移的處理方法，得到以下結論：

(1)橋梁糾偏施工利用布置在墩臺上的豎向千斤頂作為反力支座，分別通過豎向和水平千斤頂對箱梁施加頂升力和水平推力，調整梁體位置，即可達到線路軌道糾偏目的，不需另設反力系統(tǒng)，施工簡便，效率高。

(2)對于文中城際鐵路糾偏項目，通過約60 d的移梁糾偏施工，無砟軌道線路線形得到了明顯改善，未施工前的最大偏移量為11.1 mm，糾偏施工后均位于5 mm以下。

(3)高速鐵路梁體橫向位移糾偏，目前在國內(nèi)外沒有成熟經(jīng)驗可供參考，城際鐵路糾偏整治工程取得了圓滿成功，為本類高鐵病害的整治提供了一種新的思路。