高速鐵路大跨度鋼箱桁梁斜拉橋無砟軌道施工技術

趙云飛， 員利軍， 楊少龍， 陳海， 劉偉， 石永剛， 趙偉強

（1. 中鐵三局集團橋隧工程有限公司，四川成都 610000；2. 京福鐵路客運專線安徽有限責任公司，安徽合肥 230001）

0 引言

隨著我國鐵路事業(yè)的迅速發(fā)展，乘客對交通舒適性的追求日益提高，為進一步提高我國高鐵的建設質量，王平等［1］對高速鐵路軌道結構理論研究發(fā)展進行論述，對比提出不同軌道結構的優(yōu)缺點。陳登玉［2］采用揭板試驗方法，研究在CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實混凝土澆筑過程中，施工工藝與混凝土配合比對工程質量的影響。林松紅等［3］通過實踐應用與理論計算相結合的方法，得出不同軌道結構在高速鐵路大跨度斜拉橋的應用特點及其適用性。高軍［4］通過建立有限元模型方法，考慮各種工況進行計算，得出時速350 km 高速鐵路斜拉橋計算要考慮的各項要素，解答了二期恒載、溫度荷載、風荷載及活荷載等對斜拉橋線形影響。

由此可知，關于高速鐵路大跨度斜拉橋以及CRTSⅢ型板式無砟軌道結構特點的研究，眾多學者進行了探討，理論與實踐成果較為豐富，但在高速鐵路建設中，大跨度鋼箱桁梁斜拉橋無砟軌道鋪設技術尚為空缺。在此，以商合杭高鐵裕溪河特大橋為背景，對高速鐵路大跨度斜拉橋無砟軌道施工技術開展研究與實踐。

1 工程概況

新建商合杭高鐵為設計時速350 km 的雙線客運專線，裕溪河特大橋位于安徽省馬鞍山市含山縣與蕪湖市鳩江區(qū)境內，主橋采用（60+120+324+120+60）m 雙塔鋼箱桁梁斜拉橋，全長686 m，主橋平面曲線位于直線上，縱坡為“人”字形，坡度為1.6‰，軌道形式為CRTSⅢ型板式無砟軌道，斜拉橋無砟軌道起訖里程為DK487+112.145—DK487+926.645，長度814.5 m（含主橋及兩端各2 孔簡支箱梁）。斜拉橋支座采用單向滑動支座與縱向滑動支座，屬于半漂浮體系。

斜拉橋無砟軌道主要結構層包括混凝土墊層、混凝土底座、自密實混凝土、CRTSⅢ型軌道板和橋面防水層以及其他橋面附屬結構，鋼梁與兩邊簡支梁通過伸縮調節(jié)器連接。

2 工程重難點

裕溪河特大橋為大跨度鋼箱桁梁斜拉橋，橋梁支座全部為縱向支座和多向支座，主橋屬半漂浮體系。橋梁在溫度和風荷載作用下，位移和變形較大且復雜。本工程重難點如下：

（1）該橋在溫度和風荷載作用下，變形較大且復雜，研究主橋在風和溫度影響下的橫向位移和變形的規(guī)律是重點，也是難點。

（2）施工精度和測量技術要求高，現(xiàn)場在不同時段和環(huán)境下鋼箱梁變形大，現(xiàn)場測量控制難度大。

（3）有效施工時間短，施工測量只能在良好天氣下的夜間進行，且每次施工前必須對CPⅢ控制網(wǎng)進行復測平差，導致有效施工時間短。

（4）在斜拉橋無砟軌道施工項目中，裕溪河特大橋首次采用橋軌一體化溫度調節(jié)伸縮裝置，并結合采用多項新技術、新工藝。過程中監(jiān)測、試驗、計算工序復雜，對工序的銜接要求高，是項目把控的重點之一。

（5）受鋼箱梁上部桁架影響，無砟軌道施工空間狹小，加之主跨在裕溪河上方，軌道板及自密實混凝土只能通過主橋兩端吊裝上橋，采用線間運輸物流組織方案，施工工效低。

因此，研究橋梁變形和位移的規(guī)律，實現(xiàn)無砟軌道施工中線形控制與橋梁變形相適應是保證軌道結構高平順性、高穩(wěn)定性及高可靠性的重要基礎。

3 施工方案

3.1 總體施工方案

在無砟軌道施工前，通過Midas及ANSYS等有限元軟件對橋體結構進行建模分析，通過計算得到斜拉橋在無砟軌道施工過程中各工況下的線形變化及規(guī)律，并采用水袋壓重的方式對橋體進行預加載，以保證理論值與實際值的統(tǒng)一（見圖1）。

圖1 水袋預壓

由于該橋為半漂浮體系，在二期恒載及風荷載等外界因素影響下，橋面標高處于波動狀態(tài)，所以橋面埋設的CPⅢ控制網(wǎng)成果也在隨之變化。為解決這一難題，對CPⅢ控制網(wǎng)進行實時控制，做到隨用隨測，即每次進行測量工作前，先對CPⅢ控制網(wǎng)進行復測校核，以確保測量的準確性。與此同時，利用全程實時監(jiān)測的方式對橋面線形變化進行監(jiān)控，將理論變化值與實際變化值進行擬合分析，用數(shù)據(jù)指導無砟軌道施工［5］。為減少環(huán)境因素對橋梁線形的不利影響，通過試驗方法，確定無砟軌道施工必須在溫度梯度不大于3 ℃、風速小于5 m/s的特定環(huán)境下進行。

3.2 鋼梁墊層施工

裕溪河特大橋斜拉橋防護墻內側設置厚度153 mm稀釋混凝土墊層，根據(jù)軌道板位置每隔4.23～6.00 m 設置1 道伸縮縫，分段長度與軌道板同步［6］，伸縮縫寬20 mm，采用硅酮膠填充。

墊層混凝土設2層HPB300φ10@100 mm鋼筋網(wǎng)片，并按梅花形間隔40 cm 設置架立鋼筋，鋼筋保護層為30 mm（見圖2）?；炷翂|層與鋼梁面之間采取栓釘連接，栓釘間距600 mm。

混凝土墊層施工順序為：先澆筑兩端次邊跨以及邊跨（1 次成型），再澆筑中跨?；炷辽蠘虿捎闷嚤幂斔?，中跨河道上方采用地泵接力的方式進行運輸。

圖2 鋼梁混凝土墊層鋼筋網(wǎng)片鋪設

3.3 底座施工

底座為現(xiàn)澆分塊式結構［7］，混凝土強度C40，配置雙層鋼筋網(wǎng)片。鋼梁范圍底座板采用預埋鋼筋與橋面連接，簡支箱梁范圍采用植筋方式與橋面連接。

鋼軌伸縮調節(jié)器區(qū)軌枕埋入式無砟軌道底座板長度、寬度與道床板的長度、寬度相同。CRTSⅢ型板式無砟軌道簡支梁范圍每塊軌道板對應長度設置單元底座板，相鄰底座板間設置寬度50 mm 伸縮縫，較軌道板每側寬20 cm。底座板之間不填充。底座板兩側與梁面墊層縱向間采用有機硅酮嵌縫材料密封，密封材料20 mm（深）×15 mm（寬），其性能滿足Q/CR 601—2017《鐵路無砟軌道嵌縫材料》的相關規(guī)定。每塊底座板上設置2個限位凹槽，用于道床板下限位凸臺的鑲嵌。底座板表面設置6%的橫向排水坡，變坡點位于自密實混凝土層邊緣往軌道中心線方向5 cm處?；炷恋鬃┕ひ妶D3。

圖3 混凝土底座施工

底座板混凝土的澆筑順序與混凝土墊層一致，同樣是從兩端到中間，使用汽車泵與地泵接力的方式運輸混凝土上橋。與常規(guī)底座板施工不同的是，斜拉橋底座板施工需要抵消混凝土墊層施工中所產生的誤差，所以底座板厚度以及設計標高需要等墊層施工完成后橋面標高趨于穩(wěn)定的情況下方能確定［8-9］，在混凝土澆筑過程中，不僅要對底座板厚度進行實時測量，而且還要測量其標高，以便更好地控制施工質量。

3.4 隔離層鋪設

在伸縮調節(jié)器范圍內，沿用傳統(tǒng)4 mm 厚土工布隔離層［10］，鋪設時將底座清理干凈，鋪設要求無褶皺、無空鼓、無隆起、無破損、無搭接。鋼梁處調節(jié)器范圍外，采用新型橡膠隔離緩沖墊層，厚14 mm，材質為合成橡膠，力學性能良好，具有減振性能好、耐久性好、不怕水等優(yōu)點。鋪設時使用手持射釘槍使其與底座板有效連接，并且使用手持槍進行搭接縫合，搭接長度為10 cm。限位凹槽四周依舊沿用傳統(tǒng)的彈性緩沖墊層，采用魚珠膠粘接，鋪設密實、牢固（見圖4）。

圖4 彈性緩沖墊層

3.5 軌道板鋪設及自密實混凝土澆筑

軌道板上橋采用龍門吊吊裝的方式，從兩側邊跨起吊，先鋪設邊跨，后鋪設中跨。先進行軌道板粗鋪，采用機械吊裝，人工配合輔助鋪設。粗鋪完成后，待斜拉橋標高趨于穩(wěn)定時，計算自密實混凝土理論厚度以及軌道板精調數(shù)據(jù)，隨后開始軌道板精調。

在軌道板精調完成后，立即進行自密實混凝土灌注，澆筑順序為先邊跨、后中跨，澆筑過程中需對軌道板平面位置及標高進行測量（見圖5）。

圖5 自密實混凝土澆筑

3.6 橋面防水施工

為保證軌道板線形，防水層施工將在軌道板精調前進行，其中防護墻外側的防水與底座板同步實施，防護墻內側的防水在軌道板精調前施工。每塊底座板的長度設置一段防水層坡度，標高一端為最大值，另一端為最小值。先縱向排水，然后沿底座板板縫橫向排出，再穿過防護墻上的排水孔，最后通過鋼梁泄水孔排出。

4 結論

針對高速鐵路大跨度鋼箱桁梁斜拉橋無砟軌道施工項目，從橋面CPⅢ控制、橋體線形監(jiān)測、無砟軌道施工工藝等各方面進行了優(yōu)化設計，并成功應用于裕溪河特大橋無砟軌道施工，對其關鍵技術總結如下：

（1）全橋線形監(jiān)測技術。對不同環(huán)境溫度下鋼梁變形值進行連續(xù)觀測［11］，結合觀測數(shù)據(jù)分析鋼梁在不同環(huán)境溫度下的變形規(guī)律，得到橋梁剛度實際值為理論值的1.042 倍，與理論計算吻合良好，該數(shù)據(jù)為無砟軌道施工及試運營期間的控制提供了理論支持。

（2）水袋預加載技術。在無砟軌道施工中，首次采用等效荷載預壓的方法，全面考慮混凝土底座、軌道板、自密實混凝土等結構層施工前后、施工過程中的各項活載，以及其他二期恒載作用下的多種工況，選用水袋預加載的方法，充分發(fā)揮水袋加載節(jié)能環(huán)保、利于控制、方便調整等多項優(yōu)點。

（3）斜拉橋CPⅢ控制技術。斜拉橋線形對溫度比較敏感，橋面線形受構件溫差（如索與梁、索與塔）影響較大，受系統(tǒng)整體升降溫影響相對較小。為了最大程度地降低線形受結構構件溫差的影響，使實測線形與計算線形相吻合，通過對橋面進行連續(xù)觀測，找到線形波動最小時刻，確定最佳溫度點，方便指導現(xiàn)場施工及CPⅢ控制測量工作。