關(guān)于高速鐵路簡支箱梁預(yù)制遮板的研究

姜海君,金 武,蘇國明,郭 波,徐 勇

(1.中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,北京 102600； 2.寧安鐵路有限責(zé)任公司,安徽蕪湖 241000)

1 研究背景

目前高速鐵路人行道欄桿遮板和聲屏障遮板均為工廠預(yù)制，遮板運輸至現(xiàn)場后，通過遮板預(yù)留鋼筋與豎墻A鋼筋連接后，澆筑豎墻A固定遮板，遮板安裝步驟如圖1所示。

圖1 遮板安裝步驟

鑒于目前遮板施工存在現(xiàn)場澆筑工作量大、施工工序復(fù)雜、現(xiàn)場施工質(zhì)量難以控制、施工周期長、高空作業(yè)施工風(fēng)險高等問題。本文擬通過對“時速350 km無砟軌道1-31.5 m雙線簡支箱梁(通橋2016(2322A-II-1))”遮板構(gòu)造及施工方案的研究，達(dá)到優(yōu)化遮板施工工序、提高遮板施工質(zhì)量、縮短遮板施工周期、降低遮板施工風(fēng)險和節(jié)省工程投資的目的[1-12]。

2 橋面寬度研究

以時速350 km無砟軌道1-31.5 m雙線簡支箱梁(通橋2016(2322A-II-1))為基礎(chǔ)，通過對橋面寬度控制因素的分析，得出對部頒通用圖遮板優(yōu)化方向。預(yù)制簡支梁主要分為非聲屏障梁和聲屏障梁兩種類型，其中聲屏障梁根據(jù)聲屏障立柱類型不同分為PZ型聲屏障和倒L形聲屏障兩種類型。橋面布置見圖2～圖4。

圖2 非聲屏障梁橋面布置示意(單位：mm)

圖3 倒L形立柱聲屏障橋面布置示意(單位：mm)

圖4 PZ型立柱聲屏障橋面布置示意(單位：mm)

由部頒通用圖橫斷面可知，橋面寬度主要受以下因素控制。

(1)防護(hù)墻至線路中心距離

TB 10002—2017《鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范》第3.5.1條附注條文說明中規(guī)定“無砟軌道直線梁線路中心線距防護(hù)墻內(nèi)側(cè)距離一般不小于1.9 m”；由于簡支梁采用平分中矢布置，時速350 km無砟軌道1-31.5 m雙線簡支箱梁(通橋2016(2322A-II-1))適用最小曲線半徑R=5 500 m，單側(cè)曲線矢高f1=12 mm?？紤]簡支梁曲線矢高、架梁誤差和防護(hù)墻施工誤差等因素，故防護(hù)墻內(nèi)側(cè)距線路中心線距離維持通用圖2.0 m不變。

(2)通信信號、電力電纜槽尺寸

接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)位置電纜槽尺寸最小，通信信號電纜槽寬350 mm，電力電纜槽寬200 mm。由于接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)位置橋面局部加高14 cm，通信信號電纜槽凈尺寸為188 mm(高)×350 mm(寬)，電力電纜槽凈尺寸為182 mm(高)×200 mm(寬)。根據(jù)電纜布置要求通信信號和電力電纜槽尺寸不能減小。

(3)接觸網(wǎng)立柱內(nèi)側(cè)距線路中心線距離

接觸網(wǎng)基礎(chǔ)橫向?qū)挾?00 mm受接觸網(wǎng)基礎(chǔ)預(yù)埋件尺寸控制不能減小；接觸網(wǎng)基礎(chǔ)位置防護(hù)墻距線路中心線距離、電纜槽尺寸均不能減??；根據(jù)TB10621—2014《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》第11.5.7條“接觸網(wǎng)支柱內(nèi)側(cè)邊緣至線路中心線距離，區(qū)間正線無砟軌道地段不應(yīng)小于3.0 m”；《鐵路技術(shù)管理規(guī)程(高速鐵路部分)》第42條規(guī)定，橋上作業(yè)通道寬度(防護(hù)墻外側(cè)至接觸網(wǎng)內(nèi)側(cè))不應(yīng)小于0.8 m；由于簡支梁曲線矢高、架梁誤差和接觸網(wǎng)基礎(chǔ)施工誤差等原因，導(dǎo)致多個項目出現(xiàn)了接觸網(wǎng)內(nèi)側(cè)距離線路中心線距離不滿足規(guī)范要求的情況，故接觸網(wǎng)支柱內(nèi)側(cè)至線路中心線距離維持3.1 m不變。

(4)人行道欄桿(或聲屏障)基礎(chǔ)橫向尺寸

人行道欄桿基礎(chǔ)預(yù)埋件直接設(shè)置遮板上，橫向?qū)挾?50 mm即可滿足安裝要求；聲屏障基礎(chǔ)預(yù)埋件尺寸為480 mm(橫向)×420 mm(縱向)，聲屏障基礎(chǔ)預(yù)埋件同時設(shè)置在遮板和豎墻上，聲屏障遮板及豎墻橫向總寬度550 mm。聲屏障基礎(chǔ)橫向尺寸受預(yù)埋件尺寸控制不得小于550 mm；人行道欄桿基礎(chǔ)橫向尺寸受預(yù)埋件尺寸控制不得小于250 mm。

(5)人行道欄桿(或聲屏障立柱)內(nèi)側(cè)距線路中心線距離

TB10002—2017《鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范》表3.5.3中規(guī)定“高速鐵路無砟軌道直線梁線路中心線至人行道欄桿內(nèi)側(cè)最小凈距不得小于3.45 m”；目前通用圖中人行道欄桿內(nèi)側(cè)距線路中心線距離3.705 m，倒L形聲屏障立柱內(nèi)側(cè)距線路中心線距離3.69 m，PZ型聲屏障立柱內(nèi)側(cè)距線路中心線距離3.76 m，以上距離均大于3.45 m，具有一定的優(yōu)化空間。

(6)橋面寬度研究結(jié)論

由以上分析可知，防護(hù)墻至線路中心距離、電纜槽尺寸、接觸網(wǎng)立柱內(nèi)側(cè)距線路中心線距離和人行道欄桿(或聲屏障)基礎(chǔ)橫向尺寸均無優(yōu)化空間；僅人行道欄桿(或聲屏障立柱)內(nèi)側(cè)距線路中心線距離具有一定的優(yōu)化空間[13-14]。

3 遮板構(gòu)造研究

由以上分析可知，人行道欄桿(或聲屏障立柱)內(nèi)側(cè)距線路中心線距離具有一定的優(yōu)化空間，故遮板構(gòu)造研究從人行道欄桿(或聲屏障立柱)內(nèi)側(cè)距線路中心線距離著手，研究過程如下。

(1)TB10002—2017《鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范》表3.5.3中規(guī)定“高速鐵路無砟軌道直線梁線路中心線至人行道欄桿內(nèi)側(cè)最小凈距不得小于3.45 m”；人行道欄桿、倒L形聲屏障和PZ型聲屏障中倒L形聲屏障立柱內(nèi)側(cè)距離線路中心線距離最小，考慮簡支梁曲線矢高、架梁誤差、聲屏障基礎(chǔ)預(yù)埋件施工誤差等，倒L形聲屏障立柱內(nèi)側(cè)距離線路中心線距離可由3.69 m調(diào)整為3.54 m。橋梁頂寬維持12.6 m不變。橋梁建筑總寬度(含遮板)可由12.9 m縮減至12.6 m。遮板變化過程詳見圖5。

圖5 倒L形聲屏障梁遮板變化流程(單位：mm)

(2)為保證新豎墻A施工質(zhì)量及外觀，新豎墻A在梁場同梁體一同預(yù)制，人行道欄桿和聲屏障基礎(chǔ)可直接設(shè)置在新豎墻A上，取消原通用圖遮板；為了保證電纜槽蓋板厚度6 cm不變(蓋板橫向最大尺寸0.794 m，如加大蓋板橫向尺寸，電纜槽蓋板厚度需加厚)和減少電纜槽蓋板種類，豎墻B向線路外側(cè)移動25 cm，使內(nèi)側(cè)電纜槽尺寸由35 cm變?yōu)?0 cm(接觸網(wǎng)基礎(chǔ)位置保持35 cm不變)。箱梁翼緣板底面倒圓角，并設(shè)置滴水槽，圓角半徑8 cm。新豎墻A變化過程詳見圖6、圖7。

圖6 倒L形聲屏障梁基礎(chǔ)變化對比(單位：mm)

圖7 人行道欄桿基礎(chǔ)變化對比(單位：mm)

(3)聲屏障預(yù)埋件尺寸為0.48 m(橫向)×0.42 m(縱向)，為滿足聲屏障基礎(chǔ)安裝要求，聲屏障基礎(chǔ)位置豎墻尺寸為0.55 m(橫向)×0.5 m(縱向)，非聲屏障基礎(chǔ)位置新豎墻A厚度0.25 m。非聲屏障梁新豎墻A厚度與原通用圖一致，按照0.25 m設(shè)置?；A(chǔ)平面布置詳見圖8、圖9。

圖8 聲屏障基礎(chǔ)平面布置(單位：mm)

圖9 人行道欄桿基礎(chǔ)平面布置(單位：mm)

(4)聲屏障向線路內(nèi)側(cè)移動0.15 m，倒L形聲屏障接觸網(wǎng)立柱外側(cè)距離聲屏障內(nèi)側(cè)距離由30.8 cm減小至15.8 cm，PZ型聲屏障接觸網(wǎng)立柱外側(cè)距離聲屏障內(nèi)側(cè)距離由37.8 cm減小至22.8 cm。聲屏障梁接觸網(wǎng)位置橫斷面布置詳見圖10、圖11。

圖10 倒L形聲屏障梁接觸網(wǎng)位置布置(單位：mm)

圖11 PZ型聲屏障梁接觸網(wǎng)位置布置(單位：mm)

接觸網(wǎng)立柱檢查用腳蹬子橫向尺寸12 cm，要滿足檢修要求，聲屏障內(nèi)側(cè)距離接觸網(wǎng)立柱外側(cè)之間距離至少20 cm。接觸網(wǎng)立柱檢查橫向尺寸見圖12。

圖12 接觸網(wǎng)立柱橫向尺寸檢查

聲屏障向線路內(nèi)側(cè)移動，PZ型聲屏障接觸網(wǎng)立柱外側(cè)距離聲屏障內(nèi)側(cè)距離由37.8 cm減小至22.8 cm，滿足檢修空間要求；倒L形聲屏障接觸網(wǎng)立柱外側(cè)距離聲屏障內(nèi)側(cè)距離由30.8 cm減小至15.8 cm，不滿足檢修空間要求。為解決檢修空間要求，接觸網(wǎng)位置聲屏障局部外移8 cm，接觸網(wǎng)立柱外側(cè)距離聲屏障內(nèi)側(cè)距離由15.8 cm增加至23.8 cm。聲屏障梁接觸網(wǎng)位置局部外挑詳見圖13。

圖13 聲屏障梁接觸網(wǎng)位置局部外挑(單位：mm)

人行道欄桿向線路內(nèi)側(cè)移動，接觸網(wǎng)立柱外側(cè)距離人行道欄桿內(nèi)側(cè)距離由35 cm減小至27.5 cm。滿足檢修空間要求。人行道欄桿接觸網(wǎng)位置橫斷面見圖14。

圖14 人行道欄桿接觸網(wǎng)位置橫斷面布置(單位：mm)

4 遮板施工方案研究

為保證新豎墻A施工質(zhì)量及外觀，新豎墻A在梁場同梁體一同預(yù)制，新豎墻A同梁體一同預(yù)制需考慮以下影響。

(1)對現(xiàn)有運架梁設(shè)備的影響

非聲屏障梁新豎墻A質(zhì)量(6.4 m3混凝土)約16 t，簡支梁梁體質(zhì)量(316.1 m3混凝土)約790 t，梁體和新豎墻A總質(zhì)量806 t；聲屏障梁新豎墻A質(zhì)量(13.2 m3混凝土)約33 t，簡支梁梁體質(zhì)量(316.1 m3混凝土)約790 t，梁體和新豎墻A總質(zhì)量(33+790) t=823 t，目前架橋機及運梁車均按900 t設(shè)計，新豎墻A在梁場同梁體一同預(yù)制現(xiàn)行運架設(shè)備可滿足運架梁要求。

(2)對隧道運梁影響

梁體與新豎墻A(聲屏障梁新豎墻A高度0.644 m，非聲屏障梁新豎墻A高度0.412 m)在梁場一體澆筑。在隧道仰拱完全施工的情況下，分別對低位運梁車和運架一體機運梁(由于不同生產(chǎn)廠家運梁車高度不同，僅以安九鐵路項目運梁車為例進(jìn)行研究，運梁車長45 m)過隧道時，梁體翼緣與隧道之間距離進(jìn)行對比統(tǒng)計，對比結(jié)果詳見表1。

表1 運梁過隧道翼緣與隧道之間安全距離對比

由表1可知，新豎墻A同梁體一同預(yù)制對梁體翼緣與隧道之間距離影響較大，非聲屏障梁可通過隧道仰拱混凝土局部二次澆筑實現(xiàn)隧道過梁；聲屏障梁無法運梁過隧道，故對聲屏障梁提出以下兩種解決方案：方案1，需過隧道的聲屏障梁，新豎墻A采用現(xiàn)場澆筑施工；方案2，聲屏障梁新豎墻A高度由0.644 m降低至0.412 m，與非聲屏障梁新豎墻A同高，可通過隧道仰拱混凝土局部二次澆筑實現(xiàn)隧道過梁，但此方案需局部增加聲屏障高度[15-20]。運梁車過隧道對比見圖15～圖18。

圖15 非聲屏障梁運架一體機過隧道對比(單位：cm)

圖16 非聲屏障梁低位運梁車過隧道對比(單位：cm)

圖17 聲屏障梁運架一體機過隧道對比(單位：cm)

圖18 聲屏障梁低位運梁車過隧道對比(單位：cm)

5 研究總結(jié)

本文通過對時速350 km高速鐵路遮板構(gòu)造及施工方案研究優(yōu)化，獲得以下成果。

(1)優(yōu)化后橋梁建筑總寬度可由12.9 m減小到12.6 m。

(2)聲屏障和人行道欄桿基礎(chǔ)直接設(shè)置在豎墻A上，取消部頒通用圖遮板，可減少梁部二期恒載(聲屏障梁二期恒載每延米減少11.1 kN/m，非聲屏障梁二期恒載每延米減少7.3 kN/m)，可對結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化。

(3)新豎墻A與梁體一同在梁場預(yù)制，可減少遮板預(yù)制及安裝工序、現(xiàn)場澆筑工作量、高空作業(yè)風(fēng)險、縮短工期、環(huán)保效果好。

(4)通過此次對高速鐵路橋梁遮板方案的研究創(chuàng)新，優(yōu)化后遮板方案較傳統(tǒng)遮板方案節(jié)省了大量的人力、物力和工期成本，創(chuàng)造了更多的直接經(jīng)濟(jì)效益，同時降低了高空作業(yè)安全風(fēng)險。每孔31.5 m雙線非聲屏障簡支箱梁可減少混凝土9.2 m3，鋼筋1.23 t，材料直接費1.01萬元；每孔31.5 m雙線聲屏障簡支箱梁可減少混凝土10.0 m3，鋼筋1.14 t，材料直接費0.99萬元。

(4)新豎墻A同梁體一同在梁場預(yù)制，為防止梁體徐變上拱，造成新豎墻A開裂，新豎墻A可在梁體終張拉后進(jìn)行澆筑，且每隔8 m左右設(shè)置1道斷縫。

(5)新豎墻A同梁體一同在梁場預(yù)制，由于吊裝質(zhì)量增加，導(dǎo)致吊裝孔附近起吊過程中拉應(yīng)力增大；但由于新豎墻A質(zhì)量較小，僅占梁體總質(zhì)量4%左右，通過實體分析發(fā)現(xiàn)，吊裝孔位置拉應(yīng)力幾乎無變化，可忽略吊裝質(zhì)量增加對吊裝孔拉應(yīng)力的影響。

(6)由于聲屏障立柱和人行道欄桿基礎(chǔ)預(yù)埋件均在工廠預(yù)制，現(xiàn)場無法進(jìn)行調(diào)整，必須提高制梁和架梁精度。

6 結(jié)語

本文通過對時速350 km高速鐵路遮板構(gòu)造及施工方案進(jìn)行詳細(xì)研究，經(jīng)研究可將原通用圖豎墻A和遮板合并為滿足人行道欄桿(或聲屏障立柱)安裝要求的新豎墻A，新豎墻A同梁體一同在梁場預(yù)制，達(dá)到了優(yōu)化遮板施工工序、提高遮板施工質(zhì)量、縮短遮板施工周期、降低遮板施工風(fēng)險和降低工程投資的目的。該方案在經(jīng)濟(jì)性、可靠性、高效性、操作性、安全性等方面均有較強優(yōu)勢，可為類似工程施工提供借鑒和參考。