高速铁路无砟轨道桥梁顶升平移纠偏技术研究

徐家栋

(中国铁路上海局集团有限公司上海高铁维修段 上海 200439)

1 概况

桥梁是高速铁路的重要组成部分，目前我国大部分高速铁路中桥梁占线路总长70%以上。近几年来，高速铁路运营管理发现，软土地区外部环境的变化易引起桥梁的下沉和偏移，严重影响高铁列车的运行质量和安全，及时对变位的桥梁线形进行纠正，确保高速铁路运输安全和运行品质是亟待解决的问题。高速铁路桥梁的纠正施工，必须在不中断列车运营的前提下实施，而且要尽可能减小对列车正常运行的影响。因此，必须对桥梁纠偏措施进行充分研究和论证[1-7]。

我国的高速铁路桥梁以简支箱梁为主，分为基础、下部结构和上部结构三部分。桥梁的纠正施工，分为基础纠偏和上部结构纠正两种，基础纠偏主要是在桥墩一侧一定范围内施工高压旋喷桩，利用高压旋喷桩的压力挤压土体，推动基础桩群和承台位移，从而达到桥梁整体线形纠偏的目的，其前提是桥梁基础桩群必须置于一定层厚的软弱土层中，且桩基础只是弹性变形，没有遭到破坏，基础纠偏只能实现桥梁线形横向偏移的纠正；上部结构纠正是拆除梁体与桥墩的连接部件，即桥梁支座，改变梁体空间位置，使梁体回到设计线形位置。上部结构纠正主要是通过梁体横移或抬升来实现其在横向和竖向两个方位的纠正，往往需要重新安装桥梁支座、加高支承垫石等[8-14]。本文主要对桥梁上部结构纠偏施工措施进行研究。

2 顶升移梁纠偏措施

高速铁路无砟轨道，钢轨与梁体之间为混凝土结构的刚性连接，桥梁发生沉降或横向偏移后，直接导致钢轨的沉降或横向偏移，且无法采用传统有砟铁路的填砟和拨道的方法对线形进行纠正，当扣件调整不能满足线形调整需要时，必须通过改变梁体空间位置实现线形纠偏。

2.1 顶升移梁纠偏机理

顶升移梁对高速铁路桥梁进行纠偏的具体思路为：利用千斤顶对箱梁进行顶升和平移，顶升和平移施工均利用桥墩作为反力系统，通过千斤顶对箱梁施加竖向顶升力和水平推力，调整梁体位置，达到线路轨道纠偏的目的，纠偏机理见图1。

图1 顶升移梁纠偏机理

当桥梁线形同时存在横向和竖向偏差时，或采用顶梁加垫钢板不能满足设计要求时，需要通过拆除支承垫石内预埋套筒或加高支承垫石来实现线形纠偏。此工况下，原有支座锚栓需拆除，支承垫石需加高，原支座的所有作用均失去，必须采用与原有支座功能相同的临时支座予以过渡，即需增设四只临时支座，见图2。

图2 临时支座设置

因为临时支座位置会影响到锚栓的拆除空间，所以安装临时支座前就必须限制列车速度，限速后先拆除靠近临时支座的1只锚栓，支座的其余3只锚栓保持完好。

临时支座设置完毕，在天窗内顶梁，提升临时支座高度，考虑临时支座压缩量，可适当加大顶升高度，也可采用多次抽垫钢板来调整临时支座高度，保证落梁后达到梁体设计标高。落梁后，原有支座功能全部转移到临时支座，临时支座发挥作用期间，列车限速80 km/h运行。

考虑到箱梁支座承载力位置发生了变化，临时支座设置前箱梁内部需增加支撑进行加固，墩台面不足以设置临时支座时，可考虑加宽墩面。临时支座高度不够时，可浇筑临时支承垫石，桥墩面大小不满足增设临时支座时，可在桥墩侧面增加支撑块，见图3。

图3 箱梁加固和墩台面加宽

2.2 顶升移梁纠偏工艺

移梁纠偏顶升及平移作业需全部利用天窗时间施工，其它如脚手架搭设、施工机具吊装、套筒掏孔等，不影响行车及线路设备的正常使用，不受天窗时间控制，可安排点外作业，顶升移梁的施工工艺有以下几点。

(1)准备工作

①搭设安装脚手架、操作平台、吊篮，改迁或保护墩顶管线，清理墩顶形成工作面。②建立轨道及梁体位移量测监控体系，测量初值。③设置箱梁纵向限位设施。

(2)支座内侧螺栓孔改造

拆除箱梁偏移方向一侧的固定支座和纵向支座内侧的下锚碇螺栓，切割并取出下锚碇钢棒。重新安装下锚碇钢棒，并通过下锚碇螺栓与支座下锚碇板连接。焊接修复或植筋修复支撑垫石内钢筋网。

(3)临时垫石浇筑和既有垫石加宽

为便于千斤顶摆放，且保证千斤顶底部对墩顶边缘的剪切作用满足钢筋混凝土的抗冲切能力要求，对原支座垫石在顺桥向加宽20 cm。在墩顶放线开凿剪力齿槽，每条凹槽长度90 cm，深度5 cm，宽度5 cm，凹槽间距10 cm，桥墩顶部钢筋保护层厚度达10 cm，开凿的凹槽不影响桥墩钢筋，开凿完成后清理干净墩顶。安装临时垫石模板，采用PVC管预留支座套筒位置，浇筑C50混凝土。临时垫石尺寸为81 cm×90 cm×29 cm。预留临时支座顶面转换钢板厚度40 mm和预留灌浆厚度20 mm，临时垫石高度较既有支撑垫石低60 mm左右。

(4)安装临时支座

在临时垫石混凝土强度超过设计强度80%后，安装临时支座。临时支座采用与既有支座同型号的支座，分别为固定型和纵向活动型，安装在既有固定支座和纵向支座对应的临时垫石位置。安装转换钢板(厚度40 mm)，通过螺栓与梁底防落梁钢挡块的预埋钢板连接。临时支座上部与转换钢板采用螺栓连接，下部通过螺栓连接锚碇钢棒，置于临时支撑垫石内。设置钢模，在套筒孔及临时支座与临时垫石之间按照重力灌浆法浇筑专用灌浆料。浇筑完成之后，用覆盖材料对混凝土表面加以覆盖并浇水养护，使混凝土在一定时间内保持水化作用所需要的适当温度和湿度条件。

(5)既有支座锚固体系改造

对支座下锚固体系进行改造，通过钻孔、切割、打凿的方式，取出支座螺栓套筒，扩大支撑垫石上的套筒孔。拆除支座下锚碇螺栓，改造其下锚固体系，切割并取出其位于支撑垫石内的下锚碇钢棒。切割深度根据纠偏量确定，但不小于20 mm。对完成的扩孔必须安排专人进行扩孔深度复测并记录。重新安装下锚碇钢棒，并通过下锚碇螺栓与支座下锚碇板连接，焊接修复或植筋修复支撑垫石内钢筋网。

(6)顶升及平移系统布置

采用千斤顶进行箱梁的顶升和平移。千斤顶分为竖直千斤顶和水平千斤顶，竖直千斤顶作用为箱梁顶升；水平千斤顶作用为箱梁平移。为避免竖向千斤顶对支座垫石产生较大的剪切力导致垫石溃裂，在千斤顶与垫石之间放置钢板。安放千斤顶之前，如果墩顶或箱梁顶部有不平情况，可以将表面凿平，并用快速水泥砂浆找平，以减小局部的应力集中。水平千斤顶2个为一组，每个桥墩布置两组千斤顶，共4台水平千斤顶。一组千斤顶用于梁体的平移纠偏，推动梁体向偏移对侧移动；另一组千斤顶用于限位，如果梁体位移量大于设计纠偏量，则用千斤顶将梁体向对侧推移，保证移梁的精准性。

(7)建立施工位移监控体系

监控体系包括4套相互独立的监测系统：采用拉线式位移传感器控制实时顶升纠偏量；采用独立的标高及位移测量系统测量箱梁的实时位移；桥面底座板、钢轨应力测试系统；线上轨检系统进行轨道线型检测。4套系统的监测结果相互对比验证，确保纠偏位移量满足设计要求。另外配置视频监控系统，对施工全过程进行监控。

(8)箱梁顶升及平移

为了观察和考核整个顶升施工系统的工作状态，在正式顶升之前，应进行试顶升，试顶升前将临时支座处的下锚碇螺栓进行拆除，试顶升高度为3 mm。试顶升合格后方可进行正式顶升，正式顶升高度为5 mm。正式平移之前也需要进行试平移，试平移结束后，检查桥梁各支座顶部有无变形和加载点有无局部破坏，同时提供测点应变、整体姿态、结构变形等情况，并检验系统的纠偏效果，为正式平移提供依据。试平移后，观察若无问题，进行正式平移。平移需在一个天窗点进行，保证梁体一次性纠偏到位。

(9)支座灌浆及墩顶清理

平移到位后，在垫石顶部抹一层环氧树脂，竖向千斤顶泄压，梁体回落，使支座下锚碇板底面与支撑垫石密贴，锁定竖向千斤顶。支座套筒孔切割处设置钢模，按照重力灌浆法浇筑专用灌浆料。切割解除支座上下锚碇板之间的钢条焊接。拆除临时支座，撤除顶升平移设备，安装恢复防落梁钢挡块，改迁管线复原，清理墩顶。

3 工程案例

3.1 工程病害及地质条件

某城际铁路于2016年3月30日建成通车，以时速200 km正常运营。2016年以来，K91+800～K111+200段线路受两侧市政道路工程建设(地基处理、桩基施工、道路填筑等)影响，工程范围内部分铁路桥梁发生较大偏移，严重影响了线路正常运营。其中K95+720～K99+320、K101+330～k104+000、K111+040～K111+280三处为限速120 km/h运营状态。

某城际铁路K91+810～K107+470段和K109+950～K111+260段，工程范围属于冲积平原，地形平坦开阔，沿线村落星罗棋布，道路及河流沟渠交织，交通便利，目前桥梁两侧均为新修建的市政道路。地下水主要发育有第四系孔隙水及基岩岩溶水两种类型，地下水主要接受大气降水垂直入渗补给及地表河流侧向补给，地下水位受季节性降雨及地表水体的水位影响，埋深约0～2.5 m。

3.2 工程纠偏效果

2018年8月，对桥梁偏移地段的轨道线形进行测量，测量数据表明，工程范围内梁缝处轨道平面偏差大于5 mm的共174处。其中偏差量40 mm以上的3处，偏差量30～40 mm的2处，偏差量20～30 mm的10处，偏差量10～20 mm的54处，偏差量5～10 mm的105处。线路精测检查资料和动检车检查资料表明，2018年3月以来，各偏移处已基本稳定，具备纠偏整治条件，2018年8月典型地段平面线形见图4。

图4 2018年8月典型地段平面线形示意图

从2019年04月11日开始整治施工，截至2019年06月29日，典型地段的纠偏效果见图5。

图5 顶升移梁纠偏效果

通过对比图4和图5，城际铁路纠偏整治工程取得了很好的效果，经过顶升移梁纠偏后，轨道线形偏差均控制在5 mm以内，线路平面经拟合处理后，轨道平顺度大大改善，可满足200 km设计时速要求，取得了理想的整治效果。

4 结论

本文结合某城际铁路梁体横向位移纠偏实例，介绍了顶升移梁在线路纠偏中的应用。通过顶升移梁的基本原理、施工工艺以及纠偏实测效果，阐述了一种线路横向偏移的处理方法，得到以下结论：

(1)桥梁纠偏施工利用布置在墩台上的竖向千斤顶作为反力支座，分别通过竖向和水平千斤顶对箱梁施加顶升力和水平推力，调整梁体位置，即可达到线路轨道纠偏目的，不需另设反力系统，施工简便，效率高。

(2)对于文中城际铁路纠偏项目，通过约60 d的移梁纠偏施工，无砟轨道线路线形得到了明显改善，未施工前的最大偏移量为11.1 mm，纠偏施工后均位于5 mm以下。

(3)高速铁路梁体横向位移纠偏，目前在国内外没有成熟经验可供参考，城际铁路纠偏整治工程取得了圆满成功，为本类高铁病害的整治提供了一种新的思路。