平豎曲線疊合段大梁縫伸縮軌道施工技術(shù)研究

任化慶

(中鐵十五局集團(tuán)路橋建設(shè)有限公司 江蘇南京 210031)

1 工程背景

重慶軌道環(huán)線二期軌道工程，位于南岸區(qū)和九龍坡區(qū)，其中鵝公巖軌道專用橋橫跨長(zhǎng)江。為確保貨輪通航要求，設(shè)計(jì)采用自錨式雙塔懸索鋼混結(jié)合橋梁，引橋采用混凝土箱梁，主橋采用鋼箱梁[1]。其西引橋端大梁縫處于直線段，東引橋端處于豎、緩曲線重疊段，如圖1所示。

圖1 鵝公巖軌道專用橋

鵝公巖大橋鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器與梁端裝置均位于曲線段，最大設(shè)計(jì)車速100 km/h，平曲線半徑為2 000 m，圓曲線超高55 mm，緩和曲線超高順坡率不大于2‰；豎曲線半徑為3 550 m，坡度8.85‰。采用60 kg/m U75V鋼軌，標(biāo)準(zhǔn)軌距1 435 mm，軌底坡1∶40，設(shè)計(jì)梁縫寬800 mm。

鵝公巖大橋主橋段以隔離式減震墊無砟道床[2]為主，其東引橋混凝土梁P16橋墩位于平、豎曲線段梁縫處。為有效解決曲線超高段軌道變形與穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)安裝2組長(zhǎng)枕埋入式無砟軌道鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器與上承式抬枕裝置一體化設(shè)備[3]。抬枕裝置部分區(qū)段采用鋼枕埋入式，在主橋與引橋跨梁縫處采用鋼枕懸空式安裝方式。

在該橋施工前，為了解決東引橋超大梁縫大跨度施工難題，組織了專家評(píng)審會(huì)議，并進(jìn)行室內(nèi)伸縮阻力、靜載及300萬次疲勞試驗(yàn)等系列驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明，具有縱梁防跳保護(hù)的梁段伸縮裝置能滿足鵝公巖大橋梁端使用要求，于2019年7月完成鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器與梁端裝置安裝、施工任務(wù)。

2 結(jié)構(gòu)形式與受力特點(diǎn)

(1)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)與梁端裝置結(jié)構(gòu)形式

鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器是一種軌道溫調(diào)設(shè)備[4]，全長(zhǎng)22.18 m，基本軌長(zhǎng)19.335 m，尖軌長(zhǎng)11.2 m，調(diào)節(jié)器位移量為-600 mm～+800 mm，適用于曲線半徑≥2 000 m地段。

鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器至尖軌跟端范圍采用22根鋼筋桁架混凝土長(zhǎng)枕，其中1#～3#、22#為B型桁架枕，4#～21#為A型桁架枕[5]。鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器尖軌尖端至梁縫梁端裝置采用滑動(dòng)扣件，基本軌始端至梁端裝置及尖軌跟端采用彈條扣件組裝，調(diào)節(jié)器采用硫化鐵墊板，與軌枕的連接采用偏心緩沖調(diào)距塊結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器安裝示意(單位：mm)

鵝公巖大橋曲線地段梁端抬枕裝置采用上承式“4-3-5”結(jié)構(gòu)[6]，共12根鋼枕，其中中間3根(即⑤、⑥、⑦枕)鋼枕為懸空枕，其余為埋入式枕。①～④枕鋪設(shè)在引橋混凝土梁端，⑧～○12枕鋪設(shè)在主橋一側(cè)無砟道床內(nèi)。

抬枕裝置采用具有低摩擦組件的縱梁(扁擔(dān)梁)并與②～④枕固定，可在⑤～○12枕間滑動(dòng)，采用高強(qiáng)度剪刀叉結(jié)構(gòu)，并采用精密銷軸和剪刀防鎖緊裝置[7]。在縱梁⑩～○12范圍安裝防跳裝置，部件包括鋼枕上三聯(lián)扣鐵、三聯(lián)扣鐵墊板及螺栓副等，三聯(lián)扣鐵安裝在⑩～○12枕；在⑩枕縱梁下安裝縱梁滑動(dòng)墊板，在○11、○12枕縱梁下安裝三聯(lián)扣鐵墊板，如圖3所示。

圖3 抬枕裝置安裝示意(單位：mm)

(2)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)與梁端裝置受力特點(diǎn)

鵝公巖大橋地處重慶，大橋主跨受夏天溫度變化影響較大，由溫度變化及豎向車輪荷載共同作用，橋梁結(jié)構(gòu)本身及橋上軌道線路將產(chǎn)生較大的縱向力和位移。為了協(xié)調(diào)因溫度變化引起的梁軌相對(duì)位移，釋放軌道中較大的附加應(yīng)力[8]，避免出現(xiàn)鋼軌碎彎、無砟軌道結(jié)構(gòu)破損、扣件墊板竄動(dòng)危害，保持軌道幾何狀態(tài)穩(wěn)定，保證線路安全運(yùn)營(yíng)，在鵝公巖大橋曲線地段設(shè)置安裝伸縮調(diào)節(jié)器與梁端一體化設(shè)備有效地解決了這一難題。

3 超大梁縫伸縮對(duì)一體化設(shè)備的影響

重慶軌道鵝公巖大橋P16橋墩曲線段主橋與引橋設(shè)計(jì)梁縫為800 mm寬，而且鵝橋施工正值夏季，由于夏天溫度高，主橋與引橋受溫度影響變化快，對(duì)安裝鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器與抬枕裝置施工有很大影響，需傍晚溫度變化緩慢時(shí)施工，對(duì)施工進(jìn)度造成很大影響。

在調(diào)節(jié)器與梁端裝置鋪設(shè)時(shí)，若調(diào)節(jié)器基本軌與伸縮裝置⑧枕均處于伸縮零點(diǎn)位置，伸縮梁縫寬為800 mm，此時(shí)允許調(diào)節(jié)器與伸縮裝置最大伸縮量為-600 mm、+800 mm。如果調(diào)節(jié)器鋪設(shè)時(shí)所處位置的梁縫寬度不等于年平均梁縫寬度，則需在鋪設(shè)前根據(jù)公式(1)計(jì)算基本軌預(yù)留量[9]。如果計(jì)算值在±5 mm范圍內(nèi)，鋪設(shè)時(shí)不需設(shè)置預(yù)留量，調(diào)節(jié)器可按基本軌處于零點(diǎn)時(shí)鋪設(shè)；否則，在鋪設(shè)時(shí)，應(yīng)調(diào)整基本軌組裝位置，使其處于伸縮預(yù)留位置。

式中，Δ為基本軌預(yù)留伸縮量；W為調(diào)節(jié)器鋪設(shè)時(shí)梁縫寬度；Wmax為冬季梁縫寬度最大值；Wmin為冬季梁縫寬度最小值。

當(dāng)Δ＞0時(shí)，基本軌伸出；當(dāng) Δ＜0時(shí)，基本軌縮進(jìn)。

4 伸縮調(diào)節(jié)器與抬枕裝置施工工藝

4.1 控制網(wǎng)建立與測(cè)量方法

根據(jù)鵝公巖自錨式懸索橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了10對(duì)導(dǎo)線點(diǎn)，分別設(shè)在橋墩東、西塔臺(tái)處各1對(duì)，大、小里程引橋端防撞墻頂部各4對(duì)。高程控制點(diǎn)2處，大、小里程引橋各1處(導(dǎo)線點(diǎn)采用預(yù)埋套筒，東西塔臺(tái)采用外懸掛固定支架套筒，高程控制點(diǎn)采用預(yù)埋鋼棒)。采用該種導(dǎo)線構(gòu)成立體交叉三維坐標(biāo)體系[10]，在主跨鋼箱梁測(cè)量放樣時(shí)，能夠有效通過前后段導(dǎo)線點(diǎn)修正因橋梁受溫度與活載影響的收縮變形測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度。

軌道中心測(cè)量根據(jù)精密導(dǎo)線點(diǎn)放樣左(右)線路中心線及每5 m左右橫向設(shè)2個(gè)斷面測(cè)量點(diǎn)位，根據(jù)橋梁特點(diǎn)，線路中心線在全橋最穩(wěn)定時(shí)間段需一次性貫通放樣。鵝公巖大橋全橋設(shè)置3對(duì)共6個(gè)測(cè)量控制點(diǎn)，主橋墩東、西塔臺(tái)及跨中各1對(duì)。鑒于大橋受溫度影響較大，平面位置隨橋梁變化而變化，處于一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，以大橋兩端區(qū)間內(nèi)勘測(cè)院導(dǎo)線點(diǎn)為依據(jù)，分別在混凝土梁(左右線)兩端各測(cè)設(shè)1個(gè)點(diǎn)位，以此為基準(zhǔn)點(diǎn)在00:00至5:00時(shí)間段對(duì)大橋中心線進(jìn)行貫通測(cè)量放樣，保證大橋線路與區(qū)間線路平順接駁。

軌道高程測(cè)量在全橋最穩(wěn)定時(shí)間段按左(右)線路中心線偏樁每4.8～5.2 m橫向設(shè)2個(gè)斷面測(cè)量點(diǎn)。大橋預(yù)加荷載加載前對(duì)鵝公巖大橋鋼箱梁段進(jìn)行橋面測(cè)量，加載完成后連續(xù)觀測(cè)7 d高程數(shù)據(jù)并記錄溫度，然后根據(jù)大橋撤除預(yù)加荷載的順序，再對(duì)橋面進(jìn)行高程數(shù)據(jù)采集，待荷載完全撤除后對(duì)橋面進(jìn)行二次復(fù)核測(cè)量。

4.2 調(diào)節(jié)器與抬枕裝置施工準(zhǔn)備

調(diào)節(jié)器與抬枕裝置現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)型號(hào)，確保伸縮裝置的鋼枕、支承梁、位移控制箱、吊架、連桿等鋼部件表面按金屬涂層+重防腐油漆涂層處理[11]，涂裝總厚度≥280 μm，高強(qiáng)度螺栓出廠時(shí)需進(jìn)行臨時(shí)防腐處理。

在抬枕裝置及調(diào)節(jié)器鋪設(shè)、安裝之前，需要對(duì)基底混凝土梁面鑿毛，基底沖水清理干凈后，鋪設(shè)底層縱橫向鋼筋網(wǎng)片，與梁面預(yù)留L筋進(jìn)行固定，以達(dá)到整體受力的效果。

4.3 調(diào)節(jié)器與抬枕裝置吊裝及粗調(diào)作業(yè)

抬枕裝置與調(diào)節(jié)器組裝時(shí)，需要廠家專人在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行指導(dǎo)，選取合理吊點(diǎn)進(jìn)行吊裝。在吊裝過程中需要對(duì)調(diào)節(jié)器組件(含尖軌、基本軌、軌撐、軌撐螺栓、鐵墊板等)進(jìn)行保護(hù)。必須輕拿輕放，嚴(yán)禁扔、撞擊、翻滾組件。

將抬枕裝置各部分吊裝至線路中心線位置處，開始進(jìn)行組裝，抬枕裝置三部分由鋼枕上的三聯(lián)扣鐵進(jìn)行連接，然后用全站儀進(jìn)行放點(diǎn)校準(zhǔn)。當(dāng)抬枕裝置水平及豎直方向與線路中心線基本吻合后，用鋼軌支撐架將抬枕裝置起道一定水平位置，調(diào)節(jié)器開始進(jìn)行組裝，調(diào)節(jié)器基本軌位于抬枕裝置①～○12枕上。調(diào)節(jié)器軌枕間距布置為600 mm，當(dāng)調(diào)節(jié)器鋼軌與軌枕組裝完成，同樣用軌排支撐架起道一定水平位置后進(jìn)行粗調(diào)。一體化設(shè)備鋪設(shè)、粗調(diào)完畢，如圖4所示。

圖4 抬枕裝置與軌道伸縮調(diào)節(jié)器安裝(單位：mm)

4.4 調(diào)節(jié)器與抬枕裝置精調(diào)作業(yè)

當(dāng)調(diào)節(jié)器與抬枕裝置一體化鋪設(shè)后，在測(cè)量員的配合下，用千斤頂和撬棍微調(diào)抬枕裝置的縱、橫向位置及抬枕裝置頂面標(biāo)高，當(dāng)抬枕裝置頂面標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高同時(shí)抬枕裝置前后左右位置到位后，檢查抬枕裝置⑧枕邊到梁縫邊距離是否為380 mm，用靠尺和卷尺測(cè)量；再檢查懸空鋼枕與梁縫邊枕下凈空是否＞3 cm；最后檢查抬枕裝置標(biāo)尺刻度與梁縫伸縮量是否一致。當(dāng)所有條件滿足后，將主橋抬枕滑動(dòng)區(qū)與引橋鎖定，抬枕裝置的鋼枕用鋼筋與橋梁錨固筋進(jìn)行焊接[12]，如圖5所示。

圖5 調(diào)節(jié)器精調(diào)與抬枕裝置焊接定位

這樣即可保證抬枕裝置與梁縫處于同一位置伸縮，曲線地段抬枕裝置的軌距調(diào)整量為±4 mm，正矢調(diào)整量為-4 mm～+20 mm，用調(diào)整墊片調(diào)節(jié)軌距和正矢[13]。在測(cè)量員以及施工隊(duì)伍配合下調(diào)整調(diào)節(jié)器頂面標(biāo)高和正矢方向。鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的軌距調(diào)整量:1#枕～21#枕為±32 mm，其中一股鋼軌偏心套的軌距和矢距調(diào)整量為±6 mm，軌撐的軌距調(diào)整量為±10 mm；22#枕為±20 mm，一股鋼軌超高調(diào)整量為-4 mm～+20 mm。

4.5 整體道床澆筑作業(yè)

當(dāng)伸縮調(diào)節(jié)器與梁端裝置一體化設(shè)備精調(diào)完成后，在道床澆筑前，為了防止道床混凝土收縮與抬枕裝置鋼枕之間產(chǎn)生離縫，雨水滲入離縫內(nèi)銹蝕鋼枕，道床與鋼枕之間需設(shè)置凹槽，凹槽內(nèi)填充高變形跟隨性、高耐久硅酮嵌縫材料，以適應(yīng)道床混凝土收縮后離縫大小變化。凹槽在澆筑之前用寬25 mm、厚3 mm的藍(lán)色擠塑條貼邊，方便在澆筑后取出，然后填充硅酮嵌縫材料，如圖6所示。

圖6 抬枕裝置鋼枕四周凹槽嵌縫(單位：mm)

澆筑之前需將調(diào)節(jié)器與抬枕裝置作包裝處理，避免污染鋼軌扣件和抬枕防跳橫梁。澆筑一體化設(shè)備時(shí)，為保證尖軌軌尖到抬枕中心間距為2 300 mm，同時(shí)保證抬枕裝置滑動(dòng)端隨梁縫伸縮變化而變化，應(yīng)分為兩次澆筑。引橋調(diào)節(jié)器基本軌始端與抬枕裝置固定區(qū)鎖定，主橋抬枕裝置滑動(dòng)區(qū)處于可滑動(dòng)狀態(tài)，先澆筑引橋一側(cè)，當(dāng)混凝土初凝后，松開引橋固定區(qū)基本軌和抬枕裝置軌撐扣件，然后將主橋抬枕裝置滑動(dòng)區(qū)和調(diào)節(jié)器基本軌滑動(dòng)區(qū)人為變?yōu)楣潭▍^(qū)，再澆筑主橋一側(cè)的抬枕裝置和伸縮調(diào)節(jié)器部分混凝土，混凝土初凝后松開主橋滑動(dòng)區(qū)軌撐扣件，避免道床隨梁縫伸縮拉裂。

5 結(jié)束語

為了解決重慶軌道環(huán)線二期鵝公巖大橋東引橋端平、豎曲線地段超大梁縫對(duì)軌道運(yùn)營(yíng)后橋梁穩(wěn)定性和行車舒適性的影響，通過專家論證、實(shí)驗(yàn)室模擬，最終提出了采用鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器與抬枕裝置一體化設(shè)備進(jìn)行大梁縫的過渡方案。本文通過分析大梁縫、雙曲線軌道線形要素及一體化設(shè)備結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)與疲勞指數(shù)，總結(jié)了平、豎曲線大梁縫處鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器與抬枕裝置安裝調(diào)試工藝，為國內(nèi)其他大跨度橋梁梁端伸縮裝置的施工提供借鑒。