相邻墩高差引起桥面高程变化的原因分析及对铁路运营的影响

王培传

中铁隧道局集团有限公司 广东 广州 511458

前言

高速铁路运营速度快，对线型及其稳定性要求极高。随着我国高速铁路的快速发展，山区高速铁路越来越多，在铁路跨越山谷时，经常会出现高低墩现象，相邻桥墩高差较大。全国范围内跨山谷桥梁因相邻桥墩高差引起桥面高程的变化，进而导致轨道线型发生变化的现象时而发生。是什么原因导致的桥面高程发生的变化，以及桥面高程变化引起的轨道线型变化会对铁路运营影响有多大等等。本文以合福铁路巷坑大桥为例，着重分析相邻桥墩高差引起桥面高程变化的原因及对铁路运营的影响。

1 工程概况

巷坑大桥位于安徽省黄山市，桥址地势呈V形，跨越山区河流、道路，桥跨布置为72+72mT型刚构+1-24m简支箱梁，线路标准为客运专线、双线，线间距5.0m，本桥位于曲线上，曲线半径12000m，设计目标速度350km/h。轨道类型为CRTSⅠ型双块式无砟轨道。

墩台及基础：巷坑大桥合肥台、2#墩基础分别采用9根、10根φ1.25m的钻孔桩基础；福州台基础采用9根φ1.00m的钻孔桩基础；1#墩采用扩大基础。本桥1#墩为T构主墩，采用矩形空心墩，墩高48.5m，2#墩采用实心墩，墩高8.5m，1#墩和2#墩高差为40m。

72+72mT构连续梁为悬臂浇筑，梁体为变截面单箱单室结构。24m简支箱梁为支架浇筑。

全桥立面图如下图1：

图1 全桥立面图

2 桥梁施工过程概述

该桥原1号墩为钻孔桩施工[1]，受地下水影响，造成部分不合格，后变更为三层扩大基础。扩大基础于2013年7月19日开始施工，2013年8月18日完成；墩身于2013年8月25日开始施工，2013年11月8日完成；T构0#块施工于2013年11月9日开始施工，2013年12月26日完成。全桥于2014年8月9日合龙。全桥2014年9月5日开始施工底座板，2014年9月18日完成道床板施工，2014年9月25日铺轨。

全桥第一次CPIII测量时间为2014年8月17日，第二次CPIII测量时间为2014年9月28日，由于数据偏差较小，采用第一次成

果，第三次CPIII测量时间为2014年11月20日。CPIII点的数值变化体现，具体数值如下表所示：

表2.1 巷坑大桥测量成果CPIII对照表

从上表中可以算出1#墩墩顶高程变化最大值为9.5mm，2#墩墩顶变化最大值为1.9mm。

3 桥面高程变化原因的初步分析

巷坑大桥24m箱梁采用支架现浇法施工[1]，在铺轨之前，桥面没有通过任何大型机械进行超重加载，通过对桥面的长期观测发现，除铺轨机通过时发生较大突变化，其他时间观测时间均相对较为稳定，而且随深度变化而变化，而此时通过对桥墩底部进行观测发现，基础均处于稳定状态。结合施工规范并对照现场施工时间安排，以及相关专家意见，分析认为产生桥面高程变化的原因如下：

（1）根据规范[2]要求，连续梁或刚构桥合龙后2～3个月稳定性后才能进行CPⅢ测量与道床板施工，该桥因特殊原因，在履行相关手续后全桥合龙后1个月即进行CPⅢ测量与道床板施工，桥梁徐变没有完成未达到稳定状态。

（2）巷坑大桥 1号墩基础位于弱风化千枚质粉砂岩，地基承载满足要求，经连续观测基础沉降趋于稳定。

（3）巷坑大桥 1号墩墩顶桥面高程在不同温度下高程不同；同时数据显示高程变化随温度的变化成周期变化。根据测量数据分析得出：巷坑大桥1号墩墩顶桥面高程变化是由温差导致墩柱混凝土收缩而产生的。同时也说明混凝土结构在温度发生变化时，存在收缩现象。温差越大，墩柱高度越高，墩柱所产生的高度变化也就越大。

4 高程变化计算分析

根据2015年1月～2015年5月对该桥基础沉降及桥面CPⅢ测量数据，对比温度变化分析认为：桥墩基础观测沉降是稳定的、混凝土的压缩、徐变已基本收敛的，故引起桥墩竖向伸缩变形与环境温度差有关。墩矮时，竖向伸缩变形变化在测量误差中已包括，误差在许可范围内。

计算桥墩在不同的温差下桥墩的伸缩变形量，及相邻桥墩间的变形量的差值，与轨道静态验收标准对比，说明桥墩高度受环境温度影响的程度。

桥墩高程随温度变化如下表所示

经调查，巷坑大桥最后一次精调时间为2015年1月30日，此时桥梁结构温度为2℃，而最冷月平均结构温度0.4℃，最大温降1.6℃；最热月平均结构温度33.2℃，最大温升31.2℃。1#墩最热月竖向变形升高15.1mm，与相邻墩最大变形差绝对值为14.7mm，计算得10m弦长内高差为2mm，满足轨道静态验标2mm/10m弦的要求；不满足48a、480a基线长长波平顺度的要求，大于标准2mm/8a、10mm/240a(a取 0.65m)，旅客舒适度一般，因此最后一次精调时平均结构温度偏低，建议在温度适宜时重新精调。

经过计算，本桥在13℃～20℃范围内重新精调，相邻墩身的变形差能满足2mm/10m弦、10mm/240a的要求，具体精调时结构温度如下表所示：

从上表中看出，在结构温度为13～20℃范围内精调锁定后，最大升降温时桥面高程竖向变形最大为9.8mm，相邻墩台变形量差值最大为9.5mm，满足静态验收标准高低的容许偏差10mm/240a(a取0.65m)的平顺度要求。

5 对线路平顺性的影响

根据西南交通大学温度变化下的车桥耦合动力仿真试验得出主要结论如下：

5.1 列车行车安全性

考虑桥面温度变形影响后，巷坑大桥2×72mT构桥在CRH2动车组以速度160～250km/h和国产CRH3动车组以速度250～420km/h范围通过时，动车与拖车的脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力等安全性指标均在限值以内，说明高速列车运行的安全性得到保障。

5.2 列车行车舒适性

考虑桥面温度变形影响后，在国产CRH3动车组以速度250～350km/h范围通过时，车辆横向、竖向舒适性均能达到“优”；在国产CRH3动车组以速度375～420km/h范围运行时，车辆横向、竖向舒适性基本为“良”。

考虑桥面温度变形影响后，在国产CRH2动车组以速度160～200km/h通过时，车辆的横向、竖向舒适性达到“优”；在国产CRH2动车组以速度220～250km/h通过时，车辆的竖向舒适性达到“优”，横向舒适性基本为“良”。

综上所述，巷坑大桥2×72mT构桥具有足够的竖向和横向刚度，能够满足国产CRH2动车组以速度160～250km/h和国产CRH3动车组以速度250km/h～420km/h运行时的安全性和良好的舒适性要求。

6 结论与建议

（1）针对本桥而言，应在环境温度13℃～20℃范围内重新精调，相邻墩身的变形差能满足2mm/10m弦、10mm/240a的要求。

（2）在以后的设计施工中，尽量减少相邻两桥墩的高度差，原则上不要超过20m；当出现类似工程时，应尽量提前完成梁部施工，使全桥的沉降与徐变时间满足要求并达到稳定状态，同时在工期满足要求的情况下，可将轨道精调时间安排在年平均温度范围内，以减少温度变化而引起的轨道面上下升降与标准面的差，以满足铁路运营舒适度要求。

（3）类似巷坑大桥相邻墩高差大于20m的桥梁在高速铁路桥梁工程中会经常出现，如何降低相邻墩高差引起的桥面高程变化对轨面平顺的影响，将成为今后工作的重点。巷坑大桥由于相邻墩高差引起的桥面高程变化得到了很好的解决，并得到设备接管单位和铁路总公司的肯定。希所积累的施工经验，可以为以后类似的工程设计、施工提供参考和借鉴。