跨座式單軌曲線PC軌道梁線形控制技術(shù)

黃紅林，秦環(huán)兵

(中鐵大橋局集團(tuán)第二工程有限公司，江蘇 南京 210015)

0 引 言

在跨座式單軌交通中，PC軌道梁既是列車行駛軌道、系統(tǒng)設(shè)備通道，同時(shí)也是承受列車荷載的承重結(jié)構(gòu)[1]，列車通過橡膠輪胎環(huán)抱梁體進(jìn)行行駛，以保持行駛的穩(wěn)定性。

蕪湖軌道交通1號(hào)線、2號(hào)線一期工程，采用跨座式單軌列車，是龐巴迪單軌技術(shù)在國(guó)內(nèi)的首次應(yīng)用，它以大跨度連續(xù)剛構(gòu)形式取代大部分簡(jiǎn)支體系，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)大跨度連續(xù)剛構(gòu)軌道梁建設(shè)的空白。

1 梁體線形控制的難度

PC軌道梁作為列車荷載的承重結(jié)構(gòu)，其線性控制的難度有：① 平、豎曲線以及橫向超高均由軌道梁自身實(shí)現(xiàn)，要求一次澆筑成型；②梁型多樣、線形多變。每榀梁長(zhǎng)度、高度、端部?jī)A角、頂部超高等技術(shù)指標(biāo)均不相同，需要制作專門的工法指導(dǎo)書；③ 線形精度要求高，軌道梁頂面和側(cè)面平順性要求達(dá)到3 mm/4 m；④ 曲線梁預(yù)制采用直鋼模板拼裝，給梁體線形過程控制帶來極大的難度；⑤與傳統(tǒng)的預(yù)制梁比較，曲線梁體線形控制沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)可借鑒。

2 控制網(wǎng)布設(shè)

梁場(chǎng)測(cè)量控制網(wǎng)分為2級(jí)，首級(jí)控制網(wǎng)為邊角加密網(wǎng)，次級(jí)控制網(wǎng)為制梁臺(tái)座方格網(wǎng)。

2.1 首級(jí)控制網(wǎng)

首級(jí)控制網(wǎng)采用測(cè)量塔的形式布設(shè)[2]，共10個(gè)點(diǎn)。根據(jù)制梁場(chǎng)地形，布置于制梁區(qū)四周，按大地四邊形布點(diǎn)(圖1)，測(cè)點(diǎn)采用強(qiáng)制對(duì)中基座(圖2)，以消除儀器及棱鏡的對(duì)中誤差。首級(jí)網(wǎng)作用是對(duì)臺(tái)車軌道、制梁臺(tái)座軌道，存梁臺(tái)座沉降及臨建設(shè)施進(jìn)行控制，同時(shí)對(duì)次級(jí)方格網(wǎng)起到檢查和復(fù)核作用。

圖1 首級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)分布圖

圖2 測(cè)量塔示意圖

因?yàn)榱后w控制精度要求高，而控制網(wǎng)邊長(zhǎng)較短(平均邊長(zhǎng)130 m)，首級(jí)網(wǎng)不宜用GNSS測(cè)量，而采用帶有自動(dòng)照準(zhǔn)功能的測(cè)量機(jī)器人(0.5＂/0.6+1×10-6)，按照規(guī)范[3]以三等邊角網(wǎng)的要求測(cè)量。網(wǎng)平差后最弱邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1/95 000，測(cè)角中誤差1.4＂，滿足了規(guī)范要求。

2.2 次級(jí)控制網(wǎng)(方格網(wǎng))

次級(jí)控制網(wǎng)由首級(jí)網(wǎng)加密而成，是由制梁臺(tái)座的軸線及平移一定距離后的測(cè)量控制線組成的矩形方格網(wǎng)(圖3)，其作用是對(duì)梁體底模放線，底模拼裝、底模檢查、梁體竣工檢查等工序進(jìn)行測(cè)量控制，保證預(yù)制梁體的線形精度，控制線也可起到復(fù)核檢測(cè)制梁中軸線及臺(tái)座變形的作用。此外，在施工過程中當(dāng)中軸線點(diǎn)被破壞時(shí)，可以根據(jù)網(wǎng)格點(diǎn)的相對(duì)關(guān)系及時(shí)恢復(fù)。次級(jí)控制點(diǎn)與首級(jí)控制點(diǎn)應(yīng)定期進(jìn)行復(fù)測(cè)，及時(shí)更新測(cè)量成果。

圖3 梁場(chǎng)區(qū)方格網(wǎng)圖

2.3 高程控制網(wǎng)

水準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)遵循與平面點(diǎn)共用原則，按二等水準(zhǔn)施測(cè)。作用是對(duì)臺(tái)車軌道、制梁臺(tái)座軌道，移動(dòng)(固定)側(cè)模、制梁臺(tái)座、存梁臺(tái)座及大型臨時(shí)設(shè)施進(jìn)行沉降觀測(cè)。

3 曲線梁預(yù)制線形控制

曲線軌道梁測(cè)量工作貫穿于軌道梁制作的各個(gè)階段，主要包括臺(tái)座模板放線與調(diào)整、支座定位、側(cè)模及端模檢查與線形條調(diào)整、沉降及變形監(jiān)測(cè)、梁體張拉前后撓度監(jiān)測(cè)、梁體竣工測(cè)量等幾個(gè)階段。

3.1 工藝原理及流程

根據(jù)不同梁型的工法指導(dǎo)書，分別計(jì)算出曲線軌道梁各截面的長(zhǎng)度、寬度、高度、橫縱傾角、橫縱坡率、垂直度、順直度等線形參數(shù)，在工廠化生產(chǎn)，流水線作業(yè)模式下[4]，配置可移動(dòng)底模檢查卡尺、支座精準(zhǔn)定位器、鏈條式橫向讀數(shù)裝置、可移動(dòng)竣工檢查小車等專用工裝設(shè)備，測(cè)量工藝如下：

(1)施工準(zhǔn)備(編制軌道梁施工測(cè)量專項(xiàng)方案、軌道梁線形參數(shù)計(jì)算復(fù)核、技術(shù)交底)→(2)控制網(wǎng)布設(shè)→(3)臺(tái)座(底模)檢查并調(diào)整→(4)支座精確定位→(5)側(cè)模及端模檢查并調(diào)整→(6)線形條檢查并調(diào)整→(7)臺(tái)座沉降及梁體撓度觀測(cè)→(8)竣工檢測(cè)(線形參數(shù)、撓度)→(9)初張拉前后、終張拉前后撓度觀測(cè)→(10)梁體竣工測(cè)量。

3.2 臺(tái)座底模放線與調(diào)整

測(cè)量?jī)?nèi)容包括臺(tái)座模板中線及高程的調(diào)整，梁體端面底邊線、支座中心位置等(圖4)。

圖4 臺(tái)座底模分塊示意圖(單位/m)

曲線軌道梁中線沿縱向是平曲線，曲線臺(tái)座模板中線調(diào)整實(shí)質(zhì)就是底模圓順度的調(diào)整。調(diào)整時(shí)首先將全站儀架在方格網(wǎng)點(diǎn)上，分別后視臺(tái)座底模兩端部中點(diǎn)，將此兩點(diǎn)的連線作為參考線，在臺(tái)座底模上放樣出模板縱向中線和兩側(cè)邊線，將移動(dòng)式底模檢查卡尺安裝在中線上，以模板縱向中線的中點(diǎn)為里程零點(diǎn)，將移動(dòng)式底模檢查卡尺依次推到各小塊段模板接縫處，利用曲線橫向偏距差對(duì)每塊段模板進(jìn)行圓順度調(diào)整。

高程調(diào)整時(shí)，將水準(zhǔn)儀架設(shè)在底模側(cè)任意一處，借助1 m鋼直尺，以梁體模板跨中點(diǎn)為高程零點(diǎn)，利用相對(duì)高差對(duì)每塊段模板進(jìn)行高程及平整度的調(diào)整。

中線及高程檢查合格后，以臺(tái)座模板縱向中線為基準(zhǔn)線，由中心向兩側(cè)對(duì)稱放樣，在臺(tái)座兩端分別放樣出梁體端部底邊線、支座中心十字線等，并用墨線彈出做好標(biāo)記。

3.3 支座定位

支座定位調(diào)整應(yīng)用支座調(diào)節(jié)工裝進(jìn)行調(diào)節(jié)。首先在臺(tái)座輔助框架上放樣支座十字線，然后根據(jù)支座調(diào)節(jié)工裝使支座縱橫向中心線與理論中心線重合。用水準(zhǔn)儀檢查支座頂面與臺(tái)座頂面的高差，將支座調(diào)平。

3.4 側(cè)模及端模調(diào)整

側(cè)面模板調(diào)整包括側(cè)面垂直度、頂面線形、頂面梁寬與中線偏差3個(gè)方面。

首先在模板框架的固定端的正面，每隔1 m一個(gè)斷面，分別對(duì)應(yīng)模板頂口與底口高度處安裝鏈條式自動(dòng)伸縮讀數(shù)裝置，安裝時(shí)必須確保各斷面上的讀數(shù)裝置的底座都在一條直線上。以此作為基準(zhǔn)，通過模板各斷面外矢距及垂直度較差值計(jì)算各斷面的上下頂?shù)卓谔帣M向偏差，通過液壓裝置使模板作橫向移動(dòng)，測(cè)出模板各斷面橫向偏距，與理論偏距比較進(jìn)行調(diào)整，直至各斷面處的橫向偏距與設(shè)計(jì)值一致。另外一側(cè)的模板線形調(diào)整方法同上。

當(dāng)兩側(cè)模板都調(diào)整到位后，可通過量取模板頂面寬度來復(fù)核該榀曲線梁的線形精度。

端模的安裝精度對(duì)曲線梁長(zhǎng)有較大影響。按設(shè)計(jì)要求梁端模需形成3個(gè)面的轉(zhuǎn)角：一是端模豎直面需與梁頂面的縱向曲線垂直，二是端模豎直面需與梁頂面的橫向曲線垂直，三是端模豎直面需與梁頂超高面垂直。首先調(diào)節(jié)底端左右兩根拉桿，使端模底部?jī)?nèi)邊線與臺(tái)座上的梁底端邊線重合，然后分別在端模頂部的左、右、側(cè)面3處將防風(fēng)的線墜吸在端模頂部，通過端模頂部與底部的理論相對(duì)較差值，調(diào)節(jié)頂端左右兩根拉桿，使端模傾角、轉(zhuǎn)角和端模底部邊線，梁體中心線夾角符合設(shè)計(jì)要求。

3.5 線形條調(diào)整

模板頂面線形關(guān)系到曲線梁頂面的平順性，影響著列車行駛的平穩(wěn)性，其調(diào)整依據(jù)是設(shè)計(jì)縱斷面坡度及橫向超高參數(shù)。將水準(zhǔn)儀固定在模板頂面鋼架上，調(diào)整模板調(diào)節(jié)絲桿，使梁體跨中處梁高與設(shè)計(jì)符合。依據(jù)該榀梁工法指導(dǎo)書中設(shè)置的梁體反拱值，以已調(diào)節(jié)好的跨中截面處的線形板臺(tái)面高度為基準(zhǔn)，調(diào)整其他斷面處的豎曲線調(diào)節(jié)絲桿，使各截面處線形板臺(tái)面與跨中截面處的線型板臺(tái)面高差，與設(shè)計(jì)值符合。調(diào)整好的線形條用螺栓固定在側(cè)模頂口，作為梁體砼的收面基準(zhǔn)。

4 成品梁線形觀測(cè)

4.1 臺(tái)座沉降觀測(cè)

為防止制梁臺(tái)座在制梁過程中發(fā)生非彈性形變、保證存梁臺(tái)座在存梁期間的安全穩(wěn)定性，需要定期對(duì)制梁、存梁臺(tái)座進(jìn)行沉降觀測(cè)(圖5)。

圖5 存梁臺(tái)座觀測(cè)點(diǎn)布置圖

沉降觀測(cè)時(shí)按照儀器固定、觀測(cè)人員固定、觀測(cè)路線和方法、工作基點(diǎn)固定的“四固定”原則進(jìn)行，精度等級(jí)為二等水準(zhǔn)，往返測(cè)形成附合路線[5]。

觀測(cè)頻次：制梁臺(tái)座在每榀梁澆筑前后進(jìn)行觀測(cè)；存梁臺(tái)座在存梁后立即進(jìn)行，若無明顯沉降可按第3 d、5 d、7 d、15 d、30 d逐漸延長(zhǎng)觀測(cè)周期。當(dāng)存梁臺(tái)座累計(jì)沉降量大于20 mm時(shí)，需及時(shí)調(diào)整臺(tái)座存梁數(shù)量，采取加固措施，避免引起梁體結(jié)構(gòu)的損傷。

4.2 梁體撓度觀測(cè)

梁體撓度是指觀測(cè)梁體頂面在張拉前后的高差變化，目的是修正設(shè)計(jì)參數(shù)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與梁體張拉前后起拱變化是否對(duì)應(yīng)。撓度觀測(cè)只測(cè)量梁頂各點(diǎn)的相對(duì)高差。外業(yè)觀測(cè)按國(guó)家二等水準(zhǔn)要求進(jìn)行，往返測(cè)形成閉合路線(圖6)。儀器第一站觀測(cè)1～2點(diǎn)間高差，第二站觀測(cè)2～3點(diǎn)間高差，取往返觀測(cè)的平均值進(jìn)行比較。

圖6 軌道梁撓度觀測(cè)順序示意圖

梁體撓度觀測(cè)頻率為：脫模后初張拉前、初張拉后(4 d)、終張拉前(14 d)、終張拉后(14 d)、28 d、60 d、出場(chǎng)前(104 d)。

5 梁體竣工檢測(cè)

按照工法指導(dǎo)書要求，應(yīng)對(duì)成品梁進(jìn)行張拉前后、脫模28 d、60 d進(jìn)行竣工測(cè)量。梁體竣工測(cè)量采用軌道梁檢測(cè)小車和全站儀掃描的方式結(jié)合進(jìn)行，前者可測(cè)出跨度、工作面線形、走行面垂直度、局部不平度等線性參數(shù)，后者可測(cè)出任意高度和斷面的梁長(zhǎng)、梁寬、梁高、端面傾斜度、夾角等參數(shù)。竣工測(cè)量?jī)?nèi)容及要求如表1所示[6]。

表1 PC軌道梁的梁體精度要求

5.1 軌道梁檢測(cè)小車

移動(dòng)式+固定式曲線軌道梁線形檢測(cè)小車，其原理是固定標(biāo)架不動(dòng)，全站儀測(cè)量移動(dòng)標(biāo)架上各斷面特征點(diǎn)的坐標(biāo)(圖7)，利用專業(yè)軟件畫出梁體三維圖，計(jì)算出梁體各斷面的竣工偏差。

圖7 軌道梁檢測(cè)小車進(jìn)行竣工測(cè)量

檢測(cè)前，將兩固定標(biāo)架安裝在梁頂面上，位置與兩端設(shè)計(jì)支座中心分別對(duì)應(yīng)，然后將活動(dòng)標(biāo)架安裝在待檢斷面上，固定標(biāo)架與活動(dòng)標(biāo)架間用聯(lián)動(dòng)細(xì)鋼絲繩連接。全站儀架設(shè)在一側(cè)梁端，后視兩固定標(biāo)架上的棱鏡，建立梁體基準(zhǔn)線，依次測(cè)出各斷面上移動(dòng)標(biāo)架特征點(diǎn)的數(shù)據(jù)。用相同方法測(cè)量梁體另外一側(cè)數(shù)據(jù)，完成梁體所有斷面的數(shù)據(jù)采集工作。內(nèi)業(yè)處理時(shí)將全站儀所測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入專業(yè)軟件中，得到梁體各斷面竣工成果表。

5.2 三維激光掃描技術(shù)

萊卡MS60全站掃描儀，擁有0.5＂的ATR測(cè)角精度，具有1 000點(diǎn)/s的掃描速度和0.6 mm的掃描精度[7]。因此，使用該儀器對(duì)梁體進(jìn)行掃描檢測(cè)在精度和作業(yè)效率上都能滿足要求。

檢測(cè)時(shí)，將全站掃描儀置于空曠地帶超過梁體高度的平臺(tái)上，儀器設(shè)站于梁跨中位置，后視2至3個(gè)固定點(diǎn)進(jìn)行后方交會(huì)，建立梁體獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)；隨后進(jìn)入掃描程序，分別設(shè)置點(diǎn)云名稱、掃描范圍、掃描間隔、掃描速度等參數(shù)；點(diǎn)擊開始掃描，對(duì)梁體頂面、一側(cè)側(cè)面和梁端進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集；隨后將儀器設(shè)站于梁體另一側(cè)面，后視同樣的固定點(diǎn)進(jìn)行后方交會(huì)，對(duì)梁體另一側(cè)面和梁端進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集，兩組數(shù)據(jù)自動(dòng)放在一起，避免了拼接造成的精度損失。

將梁體掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入專業(yè)軟件中，進(jìn)行去噪處理，將去噪后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)及梁體模型文件導(dǎo)入3DReshaper軟件，完成點(diǎn)云和模型的匹配，導(dǎo)出梁體各斷面的線性偏差成果。

6 結(jié) 語(yǔ)

跨座式單軌曲線PC軌道梁線形控制技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少，沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，該技術(shù)在項(xiàng)目應(yīng)用過程中采用了許多新方法、新設(shè)備和新工裝，比如可移動(dòng)底模檢查卡尺、支座精準(zhǔn)定位器、鏈條式橫向讀數(shù)裝置、軌道梁檢測(cè)小車、三維激光掃描技術(shù)等，部分工裝設(shè)備還獲得了專利證書。通過對(duì)已經(jīng)完成的400多榀成品曲線梁進(jìn)行竣工檢測(cè)，合格率為100%，達(dá)到了預(yù)期的效果。使用該技術(shù)還有效縮短了施工工期，提高了測(cè)量效率，對(duì)于同類型工程建設(shè)具有重要的指導(dǎo)和借鑒意義。