高速鐵路斜拉橋CRTSIII型無(wú)砟軌道施工技術(shù)研究

張旭東

(中鐵十六局集團(tuán)第五工程有限公司 河北唐山 063000）

1 工程概述

1.1 大橋概況

新建鐵路南昌至贛州客運(yùn)專線贛州贛江特大橋主橋?yàn)?35+40+60+300+60+40+35）m斜拉橋及相鄰一孔32 m簡(jiǎn)支梁，是國(guó)內(nèi)首座設(shè)計(jì)時(shí)速350 km大跨度鐵路斜拉橋。設(shè)計(jì)采用CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道，軌道結(jié)構(gòu)高度為785 mm。其中軌道板厚200 mm，自密實(shí)混凝土層厚103 mm，隔離層14 mm，底座厚度220 mm。

1.2 工程難點(diǎn)

(1）贛州贛江特大橋主橋?yàn)?00 m斜拉橋，在斜拉橋上鋪設(shè)無(wú)砟軌道在國(guó)內(nèi)外尚屬首次，沒(méi)有可借鑒的經(jīng)驗(yàn)[1]。

(2）無(wú)砟軌道施工精度要求高與柔性橋相遇帶來(lái)的新挑戰(zhàn)[2-3]。無(wú)砟軌道施工精度高，而主橋是柔性橋，溫度、風(fēng)速及荷載對(duì)主橋無(wú)砟軌道測(cè)量影響大。

(3）主橋恒載產(chǎn)生撓度大與CPⅢ測(cè)量條件不相符帶來(lái)的新挑戰(zhàn)。主橋二期恒載為150 kN/m，恒載產(chǎn)生的撓度最大為27 cm，CPⅢ測(cè)量數(shù)據(jù)貫穿整個(gè)無(wú)砟軌道施工難度大。

2 總體思路

在贛州贛江特大橋上鋪設(shè)無(wú)砟軌道，通過(guò)結(jié)合本橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和風(fēng)速、溫度等環(huán)境因素及不同施工階段橋梁荷載對(duì)線形的影響，建立實(shí)時(shí)修正模型。通過(guò)模型和實(shí)際采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，得出最合理的CPⅢ布點(diǎn)方式和CPⅢ點(diǎn)測(cè)量的最佳時(shí)間。根據(jù)主橋二期恒載分布情況，施工過(guò)程中通過(guò)對(duì)主橋?qū)嶋H線形監(jiān)測(cè)與理論分析對(duì)比，掌握風(fēng)速、溫度等環(huán)境因素及不同施工階段橋梁荷載對(duì)主橋線形的影響情況，并采取主橋無(wú)砟軌道底座和CRTSⅢ型板精調(diào)為一次精調(diào)成型施工工藝，確保主橋無(wú)砟軌道施工精度[4]。

3 主要施工技術(shù)

3.1 橋面系施工

連續(xù)2 d(6:00～24:00，時(shí)間間隔為1 h）觀測(cè)鋼箱梁的標(biāo)高與大氣溫度的關(guān)系，以便修正主橋二期恒載的理論預(yù)拱度[5]，同時(shí)得出橋面系荷載對(duì)大橋產(chǎn)生的線形變化值。橋面系施工完成后，對(duì)主橋線形進(jìn)行對(duì)比分析，確定調(diào)索范圍和索力值，進(jìn)行第一次調(diào)索[6]。

3.2 CPⅡ、CPⅢ點(diǎn)布設(shè)

3.2.1 CPⅡ布設(shè)

主橋上分別在每個(gè)橋塔處布設(shè)兩對(duì)CPⅡ點(diǎn)，位于人字形橋塔高于橋面的內(nèi)側(cè)，橋塔處兩對(duì)CPⅡ點(diǎn)與CPⅢ點(diǎn)共點(diǎn)，因此其埋設(shè)高度應(yīng)利于CPⅢ高程測(cè)量和安置棱鏡，具體埋設(shè)位置如圖1所示。

圖1 橋塔處CPⅡ、CPⅢ埋設(shè)示意

在大小里程簡(jiǎn)支梁上距離大小里程主塔600 m和300 m處分別布設(shè)CPⅡ點(diǎn)，共計(jì)4個(gè)。具體布設(shè)如圖2所示。

圖2所示8個(gè)CPⅡ點(diǎn)埋設(shè)時(shí)使用的標(biāo)志與昌吉贛客專全線CPⅢ標(biāo)志一致。除主塔上4個(gè)CPⅡ點(diǎn)外，其余4個(gè)CPⅡ點(diǎn)埋設(shè)于簡(jiǎn)支梁固定支座上方防撞墻頂面。

圖2 CPⅡ埋設(shè)布置示意

3.2.2 CPⅢ點(diǎn)布設(shè)

主橋上CPⅢ點(diǎn)對(duì)按如下原則布設(shè):

(1）在大小里程靠近主塔的第一個(gè)過(guò)渡墩頂面(即贛江特大橋的34#和37#墩）分別布設(shè)一對(duì)CPⅢ點(diǎn)。

(2）在大小里程的主塔內(nèi)側(cè)面分別布設(shè)一對(duì)CPⅢ點(diǎn)。

(3）在中跨的五等分處，分別布設(shè)一對(duì)CPⅢ點(diǎn)。

(4）在大小里程的伸縮縫簡(jiǎn)支梁橋上靠近主橋的防撞墻頂面，分別布設(shè)一對(duì)CPⅢ點(diǎn)[7]。

主橋上中跨CPⅢ點(diǎn)布置在防撞墻頂端，埋設(shè)立式基座，其他橋梁段布置在防撞墻頂端。若為簡(jiǎn)支梁，則布設(shè)在固定支柱端上方防撞墻頂端。橋塔處的兩對(duì)CPⅢ點(diǎn)埋設(shè)于橋塔之上，位于人字形橋塔內(nèi)側(cè)，與主橋上CPⅡ點(diǎn)共點(diǎn)(見(jiàn)圖3）。

圖3 主跨中間段CPⅢ點(diǎn)埋設(shè)示意

3.3 CPⅡ、CPⅢ點(diǎn)測(cè)量時(shí)環(huán)境因素的確定

3.3.1 風(fēng)速對(duì)主橋的影響

計(jì)算工況:如圖4、5所示，對(duì)主梁側(cè)面施加橫向風(fēng)荷載，并考慮風(fēng)速分別為 4、5、6、10 m/s。

圖4 主梁橫向風(fēng)荷載示意

圖5 贛江特大橋風(fēng)荷載示意

主梁的位移如表1所示。

表1 不同風(fēng)速對(duì)主梁產(chǎn)生的位移

3.3.2 日照溫差計(jì)算

(1）計(jì)算工況一

如圖6所示，分別考慮主梁橋面板豎向溫差(T1-T2） =1、2、3、4、5 ℃時(shí)，主梁的位移情況。

主梁豎向溫差，主梁跨中最大豎向位移如表2所示。

圖6 主梁豎向溫差示意

表2 日照溫差主梁跨中最大豎向位移

(2）計(jì)算工況二

如圖7所示，分別考慮主梁橋面板溫度(T3-T4） =1、2、3 ℃時(shí)，主梁的位移情況。

主梁橫向溫差，主梁跨中最大水平位移如表3所示。

圖7 主梁橫向溫差示意

表3 主梁橫向溫差主梁跨中最大水平位移

3.3.3 大氣溫度計(jì)算

計(jì)算工況二，分別考慮大氣溫度變化1、2、3、4、5℃時(shí)，主梁的位移情況。

主梁大氣溫度變化，主梁跨中最大豎向位移如表4所示。

表4 大氣升溫主梁跨中最大豎向位移

3.3.4 CPⅢ測(cè)量邊界條件

從上面分析溫度與風(fēng)速對(duì)主橋的影響結(jié)論得出CPⅢ測(cè)量邊界條件:

(1）風(fēng)速小于 5 m/s。

(2）主梁不允許有梯度溫度，因此CPⅢ測(cè)量時(shí)間為22:00～4:00。

(3）在CPⅢ測(cè)量期間，大氣溫度溫差不大于3℃。

(4）主橋范圍內(nèi)隨著荷載變化，CPⅢ數(shù)據(jù)易隨之發(fā)生變化，因此每期CPⅢ數(shù)據(jù)使用過(guò)程中不允許橋面荷載發(fā)生變化。

3.4 底座施工

施工過(guò)程中利用CPⅢ控制網(wǎng)對(duì)每塊軌道板對(duì)應(yīng)的底座進(jìn)行測(cè)量放樣。根據(jù)布板數(shù)據(jù)計(jì)算出每塊底座以伸縮縫為界的4個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，放樣完成后做好標(biāo)記，用墨線彈出底座邊線，并記錄每個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的高程，作為底座立模的依據(jù)[8]。主橋邊跨每次單側(cè)施工60 m，主橋主跨為單側(cè)300 m一次澆筑。底座施工完成后，對(duì)主橋?qū)嶋H線形與理論線形進(jìn)行對(duì)比分析，修正模型參數(shù)。根據(jù)主橋線形及目前索力情況，確定調(diào)索范圍和索力值，進(jìn)行局部索力調(diào)整。

3.5 CRTSⅢ型板鋪設(shè)施工

(1）在隔離墊層及自密實(shí)鋼筋施工完成后，將主橋范圍內(nèi)的CRTSⅢ型板全部鋪設(shè)到底座上去。

(2）粗鋪軌道板前對(duì)板底沖洗，既可清理雜物，又可充分濕潤(rùn)板底混凝土。精調(diào)軌道板之后及時(shí)安裝模板，并對(duì)板腔進(jìn)行封閉，盡量維持板腔濕度、盡早灌板。

(3）確定理論線形與實(shí)際線形相吻合后，對(duì)CPⅢ第二次測(cè)量。主橋范圍內(nèi)的CRTSⅢ型板一次精調(diào)到位[9-10]。

(4）軌道板粗鋪到位后，由測(cè)量班通過(guò)精調(diào)爪將軌道板調(diào)整至略高于自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)厚度(103 mm）后，抽出墊木。

(5）鋪設(shè)完成后，對(duì)主橋?qū)嶋H線形與理論線形進(jìn)行對(duì)比分析，修正模型參數(shù)，確定CRTSⅢ型板線形，進(jìn)行CPⅢ聯(lián)測(cè)。

3.6 自密實(shí)混凝土施工

(1）根據(jù)無(wú)砟軌道工期要求，結(jié)合軌道板粗鋪及精調(diào)進(jìn)度，自密實(shí)混凝土灌注采用左右線同步或左右線錯(cuò)開(kāi)施工。

(2）精調(diào)完成后及時(shí)灌注自密實(shí)混凝土，灌注時(shí)由跨中向邊跨兩側(cè)同時(shí)灌注，灌注過(guò)程中要對(duì)稱施工。

(3）軌道板精調(diào)完成后，及時(shí)安裝封邊模板，模板采用 14的槽鋼加工，模板內(nèi)側(cè)粘貼模板布。并在模板轉(zhuǎn)角處設(shè)置排氣孔，防止氣泡質(zhì)量通病。為了防止自密實(shí)混凝土灌注過(guò)程中軌道板上浮超限，應(yīng)在灌注前在軌道板頂安裝壓緊裝置，同時(shí)在曲線內(nèi)側(cè)還應(yīng)設(shè)置防側(cè)移裝置[11-12]。

4 結(jié)論

贛州贛江特大橋主橋無(wú)砟軌道施工中，建立無(wú)砟軌道施工修正模型，確定了合理的CPⅢ布點(diǎn)方式及聯(lián)測(cè)時(shí)間，確保了主橋300 m大跨無(wú)砟軌道施工的安全質(zhì)量，保證了施工工期，積累了大跨度橋梁無(wú)砟軌道施工數(shù)據(jù)和施工經(jīng)驗(yàn)，具有廣泛的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

(1）結(jié)合本橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和風(fēng)速、溫度等環(huán)境因素及不同施工階段橋梁荷載對(duì)線形的影響，建立實(shí)時(shí)修正模型。

(2）通過(guò)模型和實(shí)際采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，得出最合理的CPⅢ布點(diǎn)方式和CPⅢ點(diǎn)測(cè)量的最佳時(shí)間。

(3）主橋無(wú)砟軌道底座，CRTSⅢ型板精調(diào)一次精調(diào)成型，解決了由于多次精調(diào)多次施工而導(dǎo)致的現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法掌握主橋線形變化規(guī)律的難題。