劍潭東江特大橋無砟軌道施工線形控制分析應(yīng)用

姚華濱

（中交三航局第六工程（廈門）有限公司，福建 廈門 361006）

1 工程概況

贛深高鐵劍潭東江特大橋全長921.97 m，主橋?yàn)?36 m+260 m+136 m 的雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，采用塔梁墩固結(jié)的結(jié)構(gòu)體系，主梁為三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。橋位處于贛深高鐵與廣汕高鐵惠州北聯(lián)絡(luò)線的四線并行段位置，橋面寬度為31.2 m，四線的線間距為5.0 m、14.0 m、4.6 m。四線軌道均鋪設(shè)CRTSⅢ型板無砟軌道，橋梁兩端各設(shè)置4 組鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。其中，贛深高鐵及廣汕高鐵惠州北聯(lián)絡(luò)線的防護(hù)墻內(nèi)側(cè)凈距均為9.0 m，線路兩側(cè)均設(shè)置人行道，全橋共4 道人行道。

2 預(yù)拱控制

對贛深高鐵劍潭東江特大橋無砟軌道施工過程中主橋線形變化的分析，主要考慮后續(xù)無砟軌道橋面二期恒載的變化，包括軌道結(jié)構(gòu)重量及附屬設(shè)施重量。二期恒載按271.32 kN/m計(jì)算。二期恒載的作用點(diǎn)在進(jìn)行橫向計(jì)算時，按實(shí)際位置加載。對4 個施工階段的主橋線形進(jìn)行對比：斜拉索終張拉完成后，成橋靜置60 d 階段、無砟軌道底座板施工階段、軌道板鋪裝及自密實(shí)混凝土灌注施工階段、 鋪設(shè)長鋼軌及防水層階段。通過將后3 個階段與第一個階段的線形進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)無砟軌道底座板施工后，跨中下?lián)?3 mm；軌道板鋪裝和自密實(shí)混凝土灌注后，跨中下?lián)?7 mm；鋪設(shè)長鋼軌后，跨中下?lián)? mm。結(jié)果表明，無砟軌道施工前后主梁最大預(yù)拱控制值為75 mm。若無砟軌道施工前按單向縱坡為成橋線形，鋪設(shè)軌道后主梁的下?lián)蠈⒏淖儫o砟軌道線形[1]。在施工過程中需提前考慮主梁的下?lián)献兓?，對軌道進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以確保最終的軌道線形符合設(shè)計(jì)要求。

3 無砟軌道施工線形測量影響因素

3.1 溫度對梁體的影響

由于贛深高鐵劍潭東江特大橋主橋斜拉橋是大跨度的高次超靜定結(jié)構(gòu)，且處于高精度、高標(biāo)準(zhǔn)的無砟軌道施工階段，溫度對斜拉橋無砟軌道施工線形影響最大，當(dāng)環(huán)境溫度升高10 ℃時，主梁跨中下?lián)?.8～8.4 mm。表明溫度能直接影響最后的軌道鋪設(shè)及自密實(shí)灌注施工。為了確保無砟軌道施工后的軌面線形滿足設(shè)計(jì)要求，各個施工階段必須在夜間溫度相對恒定狀態(tài)下進(jìn)行線形控制[2]。并根據(jù)相對恒溫下的線形要求進(jìn)行調(diào)整和控制，以保證軌面線形的精度和符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 環(huán)境對軌道控制網(wǎng)的影響

劍潭東江特大橋主橋由于荷載、白天日照影響等因素，主橋上特別是跨中位置的CPⅢ點(diǎn)的三維坐標(biāo)極不穩(wěn)定。為保證無砟軌道施工精調(diào)不受影響，需要根據(jù)實(shí)際情況實(shí)時修正各CPⅢ點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，確保CPⅢ軌道控制網(wǎng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，從而為大跨度橋梁無砟軌道的施工精調(diào)提供可靠基礎(chǔ)。結(jié)合工程實(shí)際情況，對軌道控制網(wǎng)采取如下措施。

1）按照TB 10601—2009《高速鐵路工程測量規(guī)范》[3]要求，為滿足軌道控制網(wǎng)的測量精度，CPⅢ聯(lián)測時的風(fēng)速需小于等于或5 m/s，環(huán)境溫差小于等或于3 ℃。

2）按CPⅢ點(diǎn)布設(shè)要求進(jìn)行布點(diǎn)，最長距離按不超過80 m進(jìn)行布設(shè)。

3）主橋段落要在較短的同一段時間、同一溫度、環(huán)境下進(jìn)行測量。測量CPⅢ的時間和鋪板的時間選擇在無風(fēng)、無水霧且陰天與夜間溫度變化小于3 ℃時當(dāng)天同步完成，且荷載沒有大的變化。如果相隔時間較長或溫度、環(huán)境、荷載有較大的變化，要重新復(fù)測后使用。鋪板的時間、溫度、環(huán)境要和測量CPⅢ的時間、溫度、環(huán)境要一致。

4）進(jìn)行軌道板精調(diào)時，同時調(diào)動8 組測量人員和設(shè)備到位，且在19:00～21:00 盡量完成初調(diào)，以盡量縮短測量時間。為保證良好的軌道幾何形位，需要將軌道板逐一調(diào)整到設(shè)計(jì)位置，其精度需達(dá)到亞毫米級。一般來說，無砟軌道的鋪設(shè)選擇在溫度比較穩(wěn)定的時間段進(jìn)行，按當(dāng)時的氣候條件，選擇在21:00～01:00 進(jìn)行精調(diào)，避免溫度變化對測量精度的影響。在主橋260 m 四線長軌道板精調(diào)過程中，需要確保一次精調(diào)到位，避免二次精調(diào)。在自密實(shí)混凝土灌注過程中，僅需進(jìn)行測量校核，以確保灌注質(zhì)量。

3.3 主梁剛度導(dǎo)致的高差變化影響分析

無砟軌道線形精度在毫米級，由于橋梁理論剛度和實(shí)際剛度存在差異，需要準(zhǔn)確識別橋梁實(shí)際剛度導(dǎo)致的高差變化。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況現(xiàn)采取兩種方案識別橋梁實(shí)際剛度導(dǎo)致的高差變化。剛度導(dǎo)致的高差分析見表1。

表1 橋梁理論剛度和實(shí)際剛度導(dǎo)致的高差變化分析表

方案1：結(jié)合現(xiàn)場條件，在橋梁跨中配載3 輛30 t 混凝土罐車，測試在配載罐車作用下跨中截面下?lián)蠑?shù)值，將測試數(shù)值與計(jì)算撓度數(shù)值對比分析，確定橋梁實(shí)際剛度高差變化。測試工況及測試結(jié)果如下：

工況一：空載；

工況二：下游1 輛車（30.1 t）；

工況三：下游1 輛車，上游1 輛車（32.6 t）；

工況四：下游1 輛車，上游2 輛車（間隔為4.4 m，質(zhì)量為32.6 t+31.4 t）；

工況五：間隔5 min 后測量。

方案2：結(jié)合現(xiàn)場施工，準(zhǔn)確識別梁面荷載引起的高差變化情況，測試在梁面荷載變化前后跨中截面撓度變化情況，將測試撓度數(shù)值與計(jì)算撓度數(shù)值對比分析，確定橋梁實(shí)際剛度變化差值。

經(jīng)底座施工實(shí)際情況核對確定，主梁實(shí)際剛度高差變化與理論計(jì)算剛度高差變化接近。

4 無砟軌道施工方案確定

根據(jù)軌道設(shè)計(jì)要求，扣件調(diào)整量為-4～+26 mm，可利用扣件對鋼軌線形進(jìn)行調(diào)整，保證鋼軌精調(diào)后的軌面線形滿足要求。底座板采用預(yù)拱度設(shè)置施工。自密實(shí)混凝土施工通過預(yù)先計(jì)算剩余軌道結(jié)構(gòu)荷載，并結(jié)合實(shí)況，采用部分預(yù)拱值+水袋加載進(jìn)行跨中質(zhì)量等效施工。在自密實(shí)混凝土澆筑過程中，邊澆筑邊卸載等重水袋質(zhì)量，盡量消除新增自密實(shí)質(zhì)量對軌道線形的影響。主橋無砟軌道施工順序?yàn)椋菏┕ぶ鳂蜻吙缤鈧?cè)底座→施工主橋邊跨內(nèi)側(cè)底座→施工主橋主跨外側(cè)底座→施工主橋主跨內(nèi)側(cè)底座→施工主橋邊跨軌道粗鋪及自密實(shí)灌注→施工主橋主跨軌道粗鋪及自密實(shí)灌注的順序進(jìn)行。

1）梁面線形驗(yàn)收。按無砟軌道施工前荷載情況及氣溫條件計(jì)算出的梁面理論線形調(diào)整斜拉索后，對梁面線形驗(yàn)收，包括復(fù)核梁面高程、中線等幾何要素，并處理超差部位。

2）底座板施工。按軌道結(jié)構(gòu)荷載情況及氣溫條件計(jì)算出的梁面理論線形進(jìn)行底座施工放樣并立模，按標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行底座混凝土施工，并與理論線形驗(yàn)證，確定誤差在可控范圍。

3）對軌道板進(jìn)行粗鋪，預(yù)加載剩余軌道荷載，按標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程進(jìn)行軌道板精調(diào)。

4）自密實(shí)混凝土施工。卸載自密實(shí)混凝土對應(yīng)荷載，進(jìn)行自密實(shí)混凝土施工。

5）鋪軌。鋪軌前，卸載主橋上剩余荷載，進(jìn)行鋪軌精調(diào)作業(yè)。

該方案無須大噸位配載，只需根據(jù)理論計(jì)算與實(shí)際線形的吻合程度進(jìn)行適度預(yù)加載，能夠規(guī)避理論計(jì)算剛度與實(shí)際剛度偏差的風(fēng)險。

5 最終線形控制及結(jié)果

5.1 施工預(yù)拱度設(shè)置

根據(jù)實(shí)測和仿真計(jì)算判斷及分析，梁體實(shí)際剛度略大于理論計(jì)算剛度，結(jié)合無砟軌道施工扣件調(diào)整范圍限值，無砟軌道施工跨中最大預(yù)拋高按照55 mm 設(shè)置。理論計(jì)算主跨跨中剩余二恒（底座板、自密實(shí)混凝土、軌道板及鋼軌）施工后梁體變位在-1.5（上拱）～74.9 mm（下?lián)希?，其中底座板施工完成后，梁體變位在-0.6（上拱）～33.2 mm（下?lián)希?；軌道板粗鋪完成后梁體變位在-0.4（上拱）～22.7 mm（下?lián)希?/p>

5.2 無砟軌道施工后線形控制結(jié)果

自密實(shí)混凝土施工完成后，軌道板線形標(biāo)高監(jiān)測結(jié)果顯示：18 塊軌道板偏低5 mm 以上，占比10.2%，最大偏低-8 mm（L000052 號軌道板）；6 塊軌道板偏高1 mm 以上，占比3.4%，最大偏高2 mm（L000063 號軌道板），達(dá)到無砟軌道線形控制指標(biāo)。經(jīng)扣件墊板微調(diào)，滿足TB 10752—2018《高速鐵路施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》[4]的驗(yàn)收要求。

5.3 鋪設(shè)長鋼軌及防水層鋪設(shè)完成后線形控制結(jié)果

1）四線長軌道鋪設(shè)后的變化量最大值為-2 mm，最小值為0 mm，均值-1.2 mm；

2）四線防水層澆筑后變化量最大值為-2 mm，最小值為-1 mm，均值為-1.8 mm；

3）復(fù)測變化量最大值為-1.6 mm，最小值為0 mm，均值為-0.5 mm。

6 結(jié)論

劍潭東江特大橋無砟軌道施工線形測量控制最終形成的軌道結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)要求，達(dá)到規(guī)定的精度標(biāo)準(zhǔn)，為列車的高速、安全運(yùn)行提供可靠的基礎(chǔ)保障。

1）通過定期對施工線形的檢測，及時發(fā)現(xiàn)并解決任何可能存在的線形偏差問題，更能確保大橋最終形成的無砟軌道具有滿意的平順性和穩(wěn)定性。

2）通過高精度測量設(shè)備和技術(shù)，對劍潭東江特大橋的無砟軌道施工線形進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和精確控制，精確測量和調(diào)整線形，可確保軌道平順性；監(jiān)控施工過程中的線形變化，預(yù)防可能存在的問題；針對線形特點(diǎn)制訂相應(yīng)的施工方案，確保項(xiàng)目順利進(jìn)行。