市域鐵路節(jié)段梁短線法預(yù)制線形控制調(diào)整技術(shù)

(中鐵十六局集團(tuán)第四工程有限公司，北京 101400)

節(jié)段箱梁短線法施工，每孔梁梁段都在單個(gè)預(yù)制臺(tái)座上依次完成澆筑，根據(jù)進(jìn)度安排在預(yù)制場(chǎng)設(shè)置多個(gè)臺(tái)座，各臺(tái)座同時(shí)進(jìn)行預(yù)制。預(yù)制時(shí)，首段預(yù)制梁采用一端固定、一端活動(dòng)的端模預(yù)制施做，剩余梁段的一端與成型的前一段活動(dòng)端模匹配施做，以保證連接梁段的拼接精度。當(dāng)澆筑后的梁段經(jīng)養(yǎng)護(hù)、拆模后，若存放或強(qiáng)度達(dá)不到運(yùn)走條件時(shí)，使用底模小車將匹配梁走行至臨時(shí)養(yǎng)護(hù)區(qū)域，同時(shí)，新澆梁段由底模臺(tái)車移出并用作下一個(gè)梁截面的匹配端，以完成下一個(gè)梁截面的預(yù)制施工，并按此順序完成所有梁段的施工。

短線法預(yù)制除了分不同的節(jié)段預(yù)制，最重要的是在預(yù)制過(guò)程中考慮線形參數(shù)。因此，在預(yù)制拼裝過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)線形控制，確保拼裝精度，滿足成橋線形要求。

1 工程概況

鄭許市域鐵路高架橋長(zhǎng)27.57km，共設(shè)計(jì)30m 梁640 孔，25m 梁96 孔，共736 孔，8 640榀節(jié)段梁。節(jié)段梁劃分標(biāo)準(zhǔn)段、過(guò)渡段、梁端段3 種，最重節(jié)段為梁端段，重量為49.4t。不同梁長(zhǎng)的節(jié)段組成見(jiàn)表1。節(jié)段梁截面如圖1 所示。

表1 不同梁長(zhǎng)節(jié)段組成情況

2 三維線形控制方案

2.1 三維線形控制的基本思想

根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，幾何體系（包括結(jié)構(gòu)本身的形式、結(jié)構(gòu)具體的尺寸和設(shè)計(jì)形狀、受外界的約束條件及其方位等）一定的彈性結(jié)構(gòu)在某一時(shí)間點(diǎn)的內(nèi)部受力和形狀變化狀態(tài)較唯一地取決于該時(shí)間點(diǎn)其所受的作用（如荷載等）體系，而與前期結(jié)構(gòu)本身的拼裝階段、施加荷載無(wú)關(guān)。因?yàn)榇藭r(shí)，只要確定彈性結(jié)構(gòu)的幾何體系和作用體系，就能根據(jù)靜力平衡方程和變形協(xié)調(diào)方程來(lái)確定結(jié)構(gòu)的唯一內(nèi)力和形變。

圖1 節(jié)段梁截面圖

根據(jù)上述原理，在不考慮預(yù)制和拼裝階段施工誤差的情況下，僅需要確保節(jié)段梁的拼裝過(guò)程中的初始結(jié)構(gòu)尺寸和形狀（梁體的無(wú)應(yīng)力狀態(tài)）與橋梁建成理想目標(biāo)狀態(tài)所對(duì)應(yīng)預(yù)應(yīng)力之前的狀態(tài)相同，就能夠確保節(jié)段梁拼裝及后期階段結(jié)構(gòu)的內(nèi)部受力和形狀變化狀態(tài)達(dá)到與設(shè)計(jì)一致的理想目標(biāo)狀態(tài)。但是在節(jié)段梁實(shí)際預(yù)制過(guò)程中，預(yù)制和拼裝階段均存在施工誤差。

2.2 三維線形控制流程

如圖2 所示，短線法線形控制主要將每個(gè)預(yù)制段的空間位置作為匹配梁進(jìn)行控制，以滿足段裝配后梁的線性要求，達(dá)到設(shè)計(jì)線性要求。在專用的線性控制軟件中輸入箱形梁每個(gè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)，預(yù)拱形及其他技術(shù)參數(shù)，結(jié)合理論坐標(biāo)和節(jié)段的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)誤差修正，準(zhǔn)確地計(jì)算出成型梁在匹配位置的空間位置。

圖2 短線法預(yù)制線形控制示意圖

澆筑時(shí)，待澆梁段兩側(cè)為側(cè)模，與地坪連接固定。前端形式為固定端部，垂直于基座，通過(guò)固定支座與基座連接。同時(shí)，固定端模板也是局部坐標(biāo)系的X軸，后端是現(xiàn)澆梁段（配梁）的前端面，根據(jù)梁的相對(duì)位置，待澆筑節(jié)段的線形通過(guò)底模臺(tái)車的液壓千斤頂來(lái)調(diào)節(jié)控制。待澆節(jié)段和匹配節(jié)段相鄰節(jié)段，通過(guò)形成的匹配接縫來(lái)保證拼接精度。

3 節(jié)段梁平豎線形調(diào)整

3.1 調(diào)整方法

運(yùn)用線形控制系統(tǒng)，分析系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算預(yù)制誤差，得出匹配節(jié)段的預(yù)測(cè)拼裝線形，確定該節(jié)段的理論匹配位置。

如圖3 所示，主要通過(guò)節(jié)段預(yù)制過(guò)程中梁段結(jié)構(gòu)尺寸的微小變化來(lái)調(diào)整節(jié)段梁預(yù)制水平或豎向線形。預(yù)制完成后的節(jié)段梁，梁線形應(yīng)向長(zhǎng)度大的方向完全，比如，底板長(zhǎng)度小于頂板長(zhǎng)度時(shí)，向上彎曲，右側(cè)長(zhǎng)度小于左側(cè)長(zhǎng)度時(shí)，向左側(cè)彎曲。

圖3 梁段預(yù)制示意圖

通常以梁頂面的中心線為基準(zhǔn)線，橫坡為垂直于基準(zhǔn)線上方截面頂部邊緣的輪廓，來(lái)描述曲線橋三維空間的線形和姿態(tài)。參考線通常都是空間連續(xù)曲線，但是考慮節(jié)段梁長(zhǎng)度相比曲線長(zhǎng)度較小，通常采用逼近的直線近似代替節(jié)段梁曲線，因此預(yù)制節(jié)段梁的線形只能用近似的組合折線代替連續(xù)曲線來(lái)表示。

每個(gè)節(jié)段梁頂表面的中心線的長(zhǎng)度通常認(rèn)為是節(jié)段梁預(yù)制長(zhǎng)度，線形呈折線狀。該折線由每個(gè)節(jié)段梁頂表面的中心線組成，如圖4 所示。因此，橋梁的橋面橫坡和梁體姿態(tài)由每個(gè)節(jié)段之間的接合處頂部邊緣的橫線反映出來(lái)。

3.2 平曲線節(jié)段調(diào)整

平曲線采用節(jié)段梁投影產(chǎn)生的折線段用來(lái)擬合，使用預(yù)制指令單控制點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)來(lái)控制。將預(yù)制好的節(jié)段從澆筑位置移動(dòng)到匹配位置上，當(dāng)控制點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)調(diào)整到位，也就形成了需要的平面折角α，如圖5 所示。新澆節(jié)段的匹配端面設(shè)計(jì)為傾斜面以便于節(jié)段外形調(diào)整。

圖4 節(jié)段曲線梁橋的線形與姿態(tài)

圖5 平曲線預(yù)制

3.3 豎曲線節(jié)段糾偏及調(diào)整

豎曲線采用節(jié)段梁折線段投影至立面內(nèi)產(chǎn)生的折線段來(lái)擬合，同樣使用預(yù)制指令單控制點(diǎn)的Y、Z 坐標(biāo)來(lái)控制。將預(yù)制好的節(jié)段從澆筑位置移動(dòng)到匹配位置上，當(dāng)控制點(diǎn)的Y、Z 坐標(biāo)調(diào)整到位，形成了豎向轉(zhuǎn)動(dòng)的立面折角β，如圖6 所示。

圖6 豎曲線預(yù)制

4 控制要點(diǎn)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

4.1 控制要點(diǎn)

1）采用 MIDAS/CIVL 軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工階段數(shù)值模擬，對(duì)施工參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，重點(diǎn)控制影響橋梁線形的敏感因素。

2）為減少誤差影響，應(yīng)進(jìn)行2 次測(cè)量。在數(shù)據(jù)收集過(guò)程中，分析2 次測(cè)量結(jié)果是否存在較大差異。差異不大，取平均值；存在較大差異，則應(yīng)重復(fù)測(cè)量。

4.2 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

澆筑完成后，將節(jié)段梁移至匹配梁截面時(shí)，在線性控制系統(tǒng)軟件中輸入該梁段的幾何控制測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并確定澆筑梁段為目標(biāo)空間位置匹配（包括施工錯(cuò)誤處理）。如果在匹配梁段位置作空間位置調(diào)整時(shí)，則應(yīng)控制幾何控制測(cè)量點(diǎn)的定位與其目標(biāo)理論位置之間的誤差范圍如表2 所示。

表2 幾何控制測(cè)點(diǎn)的誤差范圍

5 結(jié)語(yǔ)

節(jié)段拼裝技術(shù)采用工業(yè)化預(yù)制，可服務(wù)方圓200km 范圍內(nèi)的類似工程，減少臨建投入，符合國(guó)家倡導(dǎo)的綠色建筑理念，同時(shí)具有施工速度快，綠色環(huán)保，同時(shí)體積小，重量輕，運(yùn)輸方便，對(duì)交通和環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，在市域鐵路和市政公路中大面積推廣應(yīng)用。但是對(duì)拼裝后的線形要求精度非常高，因此預(yù)制過(guò)程中加強(qiáng)線形控制，及時(shí)對(duì)預(yù)制產(chǎn)生的偏差進(jìn)行糾正，確保整孔梁的線形滿足設(shè)計(jì)要求。