140m钢箱系杆拱桥施工变形观测与控制技术

王文胜 邓文洪

武广高速铁路汀泗河特大桥140m钢箱系杆拱桥是该类桥型首次应用于高速铁路无砟轨道,其在荷载与温度变化作用下的变形都将对轨道状态造成一定影响,从而影响到高速列车行驶的安全性及舒适性[1]。因此变形观测与控制是贯穿整个施工过程质量控制中重要的环节,研发本桥的变形观测与控制技术是非常有必要的。

1 工程概况

本桥跨度 140m,梁与拱刚性连接形成系杆拱结构。系梁高3.5m,箱宽同拱肋均为 1.94m。两拱肋变截面平行布置,横向中心间距 16m,拱轴中心线型为二次抛物线,矢高 30m,矢跨比 1/4.67,吊杆间距 8m;全桥设 5道横撑,各撑高度适应拱肋变化,全桥均用高强螺栓进行连接,轨道采用CRTSⅠ型双块式无砟轨道[2]。

2 施工变形观测与控制的目的、思路和原则

2.1 施工变形观测的目的

钢箱系杆拱桥结构的最终形成必须经历一个复杂的施工与体系转换过程,且无砟轨道施工过程中,钢桥本体随荷载、温度的变化而变化,因此施工变形观测与控制的最终目的是保证钢桥的最终线型在设计允许误差范围内,同时保证列车在高速行驶时的安全性和舒适性[3,4]。

施工变形观测与控制分为两部分:1)拼装过程中的变形观测与控制;2)无砟轨道施工过程中的变形观测与控制。

拼装过程中变形观测与控制的目的:1)确保施工中结构安全,使结构应力应变在设计控制范围内。2)确保拼装过程中,应力应变及线型在设计误差范围内,确保顺利合龙。3)确保成桥后的梁体、钢箱拱应力、线型在设计误差范围之内。

无砟轨道施工过程中变形观测与控制的目的:

1)确保无砟轨道施工过程中轨道几何尺寸误差满足设计要求;

2)确保无砟轨道满足高速列车舒适度的要求。

2.2 施工变形观测与控制的思路

拼装过程中,通过计算来确定钢箱系杆拱桥施工过程中每个阶段在受力和应变方面的理想状态,以此为依据来控制施工过程中每个阶段的结构行为,使其最终成桥线型和受力状态满足设计要求。

无砟轨道施工过程中,通过计算来确定每阶段施工荷载和温度变化引起的钢桥变形对无砟轨道的影响,并以理论计算结果作为无砟轨道施工线型控制的重要依据,同时随着二期恒载逐步增加引起的钢桥变形来印证、修订计算结果,指导无砟轨道施工,确保无砟轨道线型的准确与精确。

3 施工变形观测

3.1 施工变形观测流程

施工变形观测与控制流程图见图1。

3.2 拼装施工过程变形观测

3.2.1 系梁施工过程

1)轴线。系梁节段施工放样前先进行测点设置,在节段前端截面上、下板中心位置设置测点或标志(十字反光标),放样和检查都以底板测点为主,顶板测点作为校核测点。2)高程。本桥系梁采用分段悬臂拼装,悬臂拼装过程中,在每一节段前端底板位置布置三个测点,从墩顶临时水准点测量其高程,或采用全站仪从施工控制网点直接引测高程,与理论值比较,调整在预期精度范围内,保障桥梁预拱度符合理论计算值。3)挠度。为保障桥梁局部线型平顺,各箱梁施工节段顶板距前端约 10cm处设置 A,B两挠度测点(焊接 2cm左右高的钢筋头),在其后各节段的安装施工中,测定系梁的挠度变形,与理论值进行比较。

3.2.2 吊杆安装过程

吊杆安装前,先用极坐标法在系梁上标定吊杆底部中心的安装位置,用精密水准仪测量其高程,钢尺丈量吊杆长度(精确到mm),计算吊杆顶高程,待吊杆吊装就位后,先用垂球进行初调。

3.2.3 拱肋拼装过程

拱肋安装时必须保证拱肋轴线位置,使拱肋轴线控制在精度范围之内。在拱肋拼装过程中,在每一节段接头轴线位置处的拱肋侧面外壁上分别布置测点,安装专用测距反射片,通过在控制点上架设全站仪进行测量,使测点在理论位置处。

对主拱肋钢箱、系梁等应进行温度监测,以获得与线型及位移相对应的大气温度,以及主拱肋箱体温度,为理论分析提供可靠的温度值。由于温差会引起拱肋和系梁等的长度变化和侧向变形,监测应选择早晚温差较小时进行测量。

3.2.4 合龙监测

合龙前,对合龙口两端高程进行对测,检查合龙精度(包括中线偏位和高差)。合龙后,进行复测,对系梁、拱肋的线型内力进行复测。体系转换后,对系梁、拱肋的线型内力进行复测。桥面浇筑混凝土后,测量拱肋、系梁位移,并测试吊杆内力。

3.3 无砟轨道施工变形观测与控制

无砟轨道保护层、道床板标高以轨面标高为基准进行计算,测量控制网采用CPⅢ网。

以二期恒载铺设完成后轨面应达到的设计状态为依据进行反算,确定二期恒载每一步施工时的控制标高,并以此为依据指导施工。每一步二期恒载施工完成后,对顶面标高进行复测,并与计算结果进行核对,分析结果的差异,修正下一步施工的计算结果。

二期恒载铺设完成后,钢桥同样在温度的影响下会产生一定变形,从而影响到轨道线型,为此需要对温度引起的变形进行观测并作出调整,并在同等温度下进行复测。

观测范围:2-24m简支箱梁 +1-32m简支箱梁 +1-140m系杆拱 +3-32m简支箱梁。观测步骤如下:

1)系杆拱部分,在 1/2,1/4两端布点,其余部分在桥墩上布点,共 11个断面。每个断面在靠挡墙轨道顶、桥中线桥面上布置三个测点。轨道顶位置在侧面做油漆标记,桥中线桥面上埋设不锈钢标志。2)用DNS03电子水准仪配合因瓦水准尺测量各测点间相对高差,按二等水准测量观测要求进行观测。3)用 TCA 2003全站仪测定桥梁左侧拱肋和桥面之间的相对伸缩。测点布设于1/2,1/4三个断面,共 6个测点。4)连续观测。轨道、桥面水准测量,每天 8:30,14:30和 18:30观测 3次;拱肋和桥面之间的相对伸缩,每天 10:00和 16:30观测 2次。每次开始、结束时测定气温。5)在连续 5 d观测后,建立高精度轨道基准测量控制点,控制点间边长 100m～140m,相邻点间垂直于轨道方向的点位中误差小于 1mm,高差中误差小于 1mm。6)用 TCA 2003全站仪、DNS03电子水准仪,直接测量 5m间隔(8个轨枕间隔)处轨道的相对高程、独立平面坐标,按线性回归方法计算轨道水平和竖向的平顺性,计算轨向高差。

4 结语

变形观测与控制实际上就是一个“理论指导实践,实践印证理论,理论再指导实践……”的循环过程,汀泗河特大桥根据施工监测所得的参数,来指导钢桥拼装和无砟轨道施工标高,在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测,保证了钢桥的最终线型在设计允许误差范围内,同时拼装质量得到保证,无砟轨道也满足了客运专线高速列车舒适性、平稳性。

[1] 铁建设函[2007]47号,新建时速 300～350km客运专线铁路设计暂行规定[S].

[2] 武汉至广州客运专线乌龙泉至花都段新建工程 140m下承式钢箱系杆拱桥施工图[Z].

[3] 黎顺生.武广客运专线 140m下承式钢箱系杆拱桥施工方案探讨[J].桥梁建设,2006(2):124-127.

[4] 李晓波.汀泗河特大桥 1～140m钢箱系杆拱施工技术[J].铁道建筑技术,2009(1):38-39.