高速鐵路雙線預(yù)制箱梁偏移整治原理和方法

1 工程概況

設(shè)計為時速250km/h 無砟軌道雙線鐵路，軌道采用CRTSⅠ型板式無砟軌道。某大橋位于3.2‰下坡，梁部為簡支梁，跨度32m，梁寬11.8m，梁高2.7m，梁重686.6t。橋墩采用雙線圓端形實體墩，墩頂布置固定支座、橫向活動支座、縱向活動支座及多向活動支座各一個。

2 病害情況

2018年夏季，場區(qū)遭遇1951年以來最強降雨，橋位附近山體地表開裂，局部甚至發(fā)生溜坍、滑移。有3個橋墩發(fā)生不同程度的沉降和偏移，上行線最大偏移量41.1mm，下行線最大偏移量39.9mm，上行線最大沉降量21.6mm，下行線最大沉降量10.5mm。從而導(dǎo)致線形線位異常突變，列車只能降速通過。

3 整治方案及原理

3.1 整治目的

在樁基、承臺已完成托換加固的情況下，利用天窗時間對梁體進行頂升和平移糾偏處理，精調(diào)線路軌道，改善線路現(xiàn)狀，恢復(fù)線路設(shè)計狀態(tài)，并消除軌道結(jié)構(gòu)偏移量，從而提高線路平順性。

3.2 方案設(shè)計原則

3.2.1 橫向偏移處理原則：區(qū)間線路采用WJ-7B型扣件，左右位置調(diào)整量為-6～+6mm，考慮1mm扣件調(diào)整富余程度，原則上應(yīng)對偏移量≥5mm的地段進行糾偏處理，以恢復(fù)橋梁正常的使用功能。

3.2.2 豎向沉降處理原則：對于豎向沉降量＜5mm的橋墩不進行頂升處理；而豎向沉降≥5mm的橋墩，要對梁體進行頂升和在梁底墊鋼板加高處理[1]。

按以上原則，對該大橋其中1個墩上的梁體進行頂升和平移處理，對其中2個墩上的梁體僅進行平移處理。

3.3 設(shè)計原理

3.3.1 首先在每個既有支座的內(nèi)側(cè)澆筑支承墊石，安設(shè)臨時支座，在整治過程中替代原有支座發(fā)揮承載作用。

3.3.2 利用梁底防落梁擋塊的預(yù)埋鋼板，通過增設(shè)一塊轉(zhuǎn)換鋼板，將臨時支座與梁底預(yù)埋鋼板連接起來，從而達到對箱梁進行縱向和橫向的限位，保證了施工過程中線路線形的穩(wěn)定性，確保施工過程中的線路運營安全。另外，在梁縫內(nèi)也設(shè)置千斤頂對箱梁進行了縱向限位。

3.3.3 選用多點液壓同步位移控制系統(tǒng)進行箱梁的頂升和平移，從而保證位移精確可控，并確保結(jié)構(gòu)安全。

3.3.4 布置豎向千斤頂進行頂升及水平千斤頂進行橫移。橫移的原理是在千斤頂1 和梁底之間、千斤頂2 和墩頂之間設(shè)置滑動面，先頂升，再橫移，然后利用千斤頂1 和墩頂之間的摩擦阻力以及千斤頂2 和梁底之間的摩擦阻力來提供水平橫移的反力，實現(xiàn)橫移。此法優(yōu)點在于僅利用橋墩即可為箱梁糾偏提供反力，不需采設(shè)置額外的結(jié)構(gòu)或裝置，原理簡單、施工簡便、費用經(jīng)濟。其工作原理如下圖所示：

3.4 頂升及平移系統(tǒng)布置

該橋跨單孔梁重約1208t（包括橋上附屬結(jié)構(gòu)，二期恒載按照曲線有聲屏障梁考慮），施工選用的千斤頂均為QFB-15040型，本體高度150mm，外徑220×200mm，頂升力150t，油頂活塞與梁體接觸采用2cm厚70×70cm的鋼板分散應(yīng)力。根據(jù)布置位置和作用不同，布置豎向千斤頂和水平千斤頂，施工時箱梁頂升由豎向布置的千斤頂完成，箱梁平移由橫向布置的千斤頂完成[2]。

3.4.1 豎向千斤頂

每個支座布置4個（即一組）豎向千斤頂，每個橋墩有4個支座，緊鄰每個支座布置1 組豎向千斤頂。每組豎向千斤頂中有2個豎向千斤頂下部與橋墩頂之間設(shè)鋼板支墊，頂升后形成偽固定，且不會發(fā)生相對橋墩的滑移，并提供平移反力。在這2個豎向千斤頂?shù)纳喜颗c梁底之間設(shè)置滑動面，另2個豎向千斤頂則相反，上部與梁底偽固定，下部與墩頂可相對滑移，這2個千斤頂和箱梁一起相對橋墩滑動，實現(xiàn)梁體的平移。每個豎向千斤頂可提供150t的額定頂升力，每個橋墩共16臺豎向千斤頂，可以提供2400t的頂升力，相對于需頂升重量1208t，其具有2倍的安全儲備系數(shù)。豎向千斤頂?shù)淖畲箢~定油壓為70MPa，實際工作時，千斤頂?shù)挠蛪盒∮?0/2=35MPa，千斤頂?shù)耐庥^底面積為39300mm2，油缸面積為21428mm2，則千斤頂?shù)酌娴膲簯?yīng)力為35×21428/39300=19.1MPa，能夠滿足C40混凝土的局部受壓要求，局部受壓是安全的。如果墩頂有局部坑洼不平的情況，應(yīng)先將墩頂表面鑿平處理，使用同標號支座砂漿補平，并在千斤頂與箱梁接觸面和橋墩接觸面之間加墊2～3cm厚的應(yīng)力分散鋼板后安放千斤頂，從而使其局部應(yīng)力集中減??；同時在豎向千斤頂上對應(yīng)箱梁內(nèi)的位置，設(shè)置臨時支柱，支撐在箱梁頂、底板之間，以改善梁體受力。

3.4.2 水平千斤頂

在每組豎向千斤頂中間設(shè)置1個水平千斤頂，即每孔梁下共有4個水平千斤頂，梁體每端有2個水平千斤頂。梁體的水平移動由右側(cè)的水平千斤頂完成，如實際平移量過多，且大于設(shè)計糾偏量，梁體的反向回移則由左側(cè)的水平千斤頂完成，由此可保證梁體的精確平移。水平千斤頂額定頂升能力為150t，每側(cè)2臺，單側(cè)平移時可提供300t 頂力。單孔橋梁重約1208t（加上橋上附屬結(jié)構(gòu)），利用不銹鋼板和四氟板作為滑移面，其單臺千斤頂需平移重量約為302t，按摩擦系數(shù)0.05 計，所需水平推力為15t，實際單臺千斤頂可提供150t 頂推力，具有10倍的安全儲備系數(shù)。

4 移梁對軌道結(jié)構(gòu)安全性影響分析

橋上鋪設(shè)的CRTSⅠ型板式無砟軌道，在橋梁糾偏過程中無砟軌道與橋梁為整體結(jié)構(gòu)，對無砟軌道結(jié)構(gòu)的影響較小。橋上鋪設(shè)的無縫線路，在橋梁糾偏過程中應(yīng)加強鋼軌的橫向變形觀測，無砟軌道道床剛度很大且無縫線路橫向變形過大，可能導(dǎo)致扣件損壞、失效，加劇軌道變形的不平順，影響列車的運營安全。相關(guān)工程測試數(shù)據(jù)和計算結(jié)果表明，單次頂升或糾偏10mm的條件下，鋼軌最大附加應(yīng)力為6.39MPa，換算成等效溫度為2.6℃，小于每日正常溫差值，由此可認為單次頂升或糾偏在10mm以內(nèi)時，對鋼軌基本無影響。綜合類似工程經(jīng)驗分析，建議施工時單次單點頂升量不超過10mm，單次單點移梁糾偏量控制在5mm左右，并加強糾偏施工過程中軌道結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力監(jiān)控，確保多次糾偏軌道結(jié)構(gòu)安全。

5 頂升、平移主要施工工序

5.1 工藝流程

搭設(shè)施工平臺→拆除梁底防落梁擋塊→施工臨時支承墊石和臨時支座→墊石開槽取出錨固螺栓→箱梁縱橫向限位→安裝千斤頂、位移控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)→箱梁同步頂升、平移→恢復(fù)原支座錨固螺栓、支座灌漿、螺栓錨固→軌道復(fù)位、檢查確認→泄壓、落頂→糾偏完成。

5.2 主要施工工序

5.2.1 將原支座墊石側(cè)面加寬20cm，可方便擺放千斤頂，亦可增加墩頂?shù)氖軌好娣e，保證墩頂混凝土不被局部集中荷載壓壞。安裝臨時支座時，下鋼板置于臨時支承墊石上，另外設(shè)置一塊轉(zhuǎn)換鋼板，并利用梁底防落梁擋塊的預(yù)埋鋼，將臨時支座與梁體安裝固定。

5.2.2 梁體豎向頂升前，將既有支座上下鋼板臨時焊接固定，松開臨時支座下錨固螺栓；然后進行梁體頂升，頂升到位后鎖豎向千斤頂，在梁底與支座上板間加塞鋼板，加塞鋼板的厚度按實際調(diào)整量控制；最后落梁，緊固臨時支座螺栓。

5.2.3 梁體橫移前，將既有支座上下鋼板臨時焊接固定，且松開臨時支座下錨固螺栓。首先將梁體同步頂升5mm 后，再按計劃進行平移，平移到位后鎖定水平千斤頂，豎向千斤頂泄壓、落頂，緊固臨時支座螺。各墩每個天窗期內(nèi)的平移量單次不大于5mm，一個天窗點按不大于20mm 控制，并重復(fù)上述施工步驟，直到所有梁體平面糾偏到位[3]。同時，施工中還應(yīng)注意，相鄰梁墩頂梁或移梁不能同時作業(yè)，要考慮移梁后的受力，在臨時支座的墊石上臨時支座下錨栓中心至其墊石的臨空面邊的距離不應(yīng)小于20cm；頂升和平移時，應(yīng)按橋墩偏移量大小，同步、逐級分次糾偏到位；頂、移梁過程中支座螺栓的松、擰作業(yè)均應(yīng)在天窗時段內(nèi)完成。

6 監(jiān)測監(jiān)控

成立專門的監(jiān)測組，對結(jié)構(gòu)的變形和沉降位移進行實時監(jiān)測，從而為移梁糾偏提供有力保障和支持；采用位移傳感器、標高及位移測量、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測、視頻監(jiān)控等方式對結(jié)構(gòu)位移、應(yīng)力應(yīng)變和軌道線位進行實時監(jiān)測，定時將監(jiān)測結(jié)果匯總上報；對比驗證各監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果，確保糾偏位移量滿足設(shè)計要求。當(dāng)監(jiān)測結(jié)果超出報警值時或出現(xiàn)異常情況，應(yīng)及時匯報，并提出處理建議。

7 結(jié)語

在營業(yè)線上整治此類病害治施工組織難度大、技術(shù)要求高，因此必須以保障行車安全為前提。通過充分的施工準備、精心組織施工、多專業(yè)密切配合，從而達到方案設(shè)定的目的，順利完成病害整治，使線路恢復(fù)正常的運營速度。