高速铁路大跨度钢箱桁梁斜拉桥无砟轨道施工技术

赵云飞， 员利军， 杨少龙， 陈海， 刘伟， 石永刚， 赵伟强

（1. 中铁三局集团桥隧工程有限公司，四川成都 610000；2. 京福铁路客运专线安徽有限责任公司，安徽合肥 230001）

0 引言

随着我国铁路事业的迅速发展，乘客对交通舒适性的追求日益提高，为进一步提高我国高铁的建设质量，王平等［1］对高速铁路轨道结构理论研究发展进行论述，对比提出不同轨道结构的优缺点。陈登玉［2］采用揭板试验方法，研究在CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土浇筑过程中，施工工艺与混凝土配合比对工程质量的影响。林松红等［3］通过实践应用与理论计算相结合的方法，得出不同轨道结构在高速铁路大跨度斜拉桥的应用特点及其适用性。高军［4］通过建立有限元模型方法，考虑各种工况进行计算，得出时速350 km 高速铁路斜拉桥计算要考虑的各项要素，解答了二期恒载、温度荷载、风荷载及活荷载等对斜拉桥线形影响。

由此可知，关于高速铁路大跨度斜拉桥以及CRTSⅢ型板式无砟轨道结构特点的研究，众多学者进行了探讨，理论与实践成果较为丰富，但在高速铁路建设中，大跨度钢箱桁梁斜拉桥无砟轨道铺设技术尚为空缺。在此，以商合杭高铁裕溪河特大桥为背景，对高速铁路大跨度斜拉桥无砟轨道施工技术开展研究与实践。

1 工程概况

新建商合杭高铁为设计时速350 km 的双线客运专线，裕溪河特大桥位于安徽省马鞍山市含山县与芜湖市鸠江区境内，主桥采用（60+120+324+120+60）m 双塔钢箱桁梁斜拉桥，全长686 m，主桥平面曲线位于直线上，纵坡为“人”字形，坡度为1.6‰，轨道形式为CRTSⅢ型板式无砟轨道，斜拉桥无砟轨道起讫里程为DK487+112.145—DK487+926.645，长度814.5 m（含主桥及两端各2 孔简支箱梁）。斜拉桥支座采用单向滑动支座与纵向滑动支座，属于半漂浮体系。

斜拉桥无砟轨道主要结构层包括混凝土垫层、混凝土底座、自密实混凝土、CRTSⅢ型轨道板和桥面防水层以及其他桥面附属结构，钢梁与两边简支梁通过伸缩调节器连接。

2 工程重难点

裕溪河特大桥为大跨度钢箱桁梁斜拉桥，桥梁支座全部为纵向支座和多向支座，主桥属半漂浮体系。桥梁在温度和风荷载作用下，位移和变形较大且复杂。本工程重难点如下：

（1）该桥在温度和风荷载作用下，变形较大且复杂，研究主桥在风和温度影响下的横向位移和变形的规律是重点，也是难点。

（2）施工精度和测量技术要求高，现场在不同时段和环境下钢箱梁变形大，现场测量控制难度大。

（3）有效施工时间短，施工测量只能在良好天气下的夜间进行，且每次施工前必须对CPⅢ控制网进行复测平差，导致有效施工时间短。

（4）在斜拉桥无砟轨道施工项目中，裕溪河特大桥首次采用桥轨一体化温度调节伸缩装置，并结合采用多项新技术、新工艺。过程中监测、试验、计算工序复杂，对工序的衔接要求高，是项目把控的重点之一。

（5）受钢箱梁上部桁架影响，无砟轨道施工空间狭小，加之主跨在裕溪河上方，轨道板及自密实混凝土只能通过主桥两端吊装上桥，采用线间运输物流组织方案，施工工效低。

因此，研究桥梁变形和位移的规律，实现无砟轨道施工中线形控制与桥梁变形相适应是保证轨道结构高平顺性、高稳定性及高可靠性的重要基础。

3 施工方案

3.1 总体施工方案

在无砟轨道施工前，通过Midas及ANSYS等有限元软件对桥体结构进行建模分析，通过计算得到斜拉桥在无砟轨道施工过程中各工况下的线形变化及规律，并采用水袋压重的方式对桥体进行预加载，以保证理论值与实际值的统一（见图1）。

图1 水袋预压

由于该桥为半漂浮体系，在二期恒载及风荷载等外界因素影响下，桥面标高处于波动状态，所以桥面埋设的CPⅢ控制网成果也在随之变化。为解决这一难题，对CPⅢ控制网进行实时控制，做到随用随测，即每次进行测量工作前，先对CPⅢ控制网进行复测校核，以确保测量的准确性。与此同时，利用全程实时监测的方式对桥面线形变化进行监控，将理论变化值与实际变化值进行拟合分析，用数据指导无砟轨道施工［5］。为减少环境因素对桥梁线形的不利影响，通过试验方法，确定无砟轨道施工必须在温度梯度不大于3 ℃、风速小于5 m/s的特定环境下进行。

3.2 钢梁垫层施工

裕溪河特大桥斜拉桥防护墙内侧设置厚度153 mm稀释混凝土垫层，根据轨道板位置每隔4.23～6.00 m 设置1 道伸缩缝，分段长度与轨道板同步［6］，伸缩缝宽20 mm，采用硅酮胶填充。

垫层混凝土设2层HPB300φ10@100 mm钢筋网片，并按梅花形间隔40 cm 设置架立钢筋，钢筋保护层为30 mm（见图2）。混凝土垫层与钢梁面之间采取栓钉连接，栓钉间距600 mm。

混凝土垫层施工顺序为：先浇筑两端次边跨以及边跨（1 次成型），再浇筑中跨。混凝土上桥采用汽车泵输送，中跨河道上方采用地泵接力的方式进行运输。

图2 钢梁混凝土垫层钢筋网片铺设

3.3 底座施工

底座为现浇分块式结构［7］，混凝土强度C40，配置双层钢筋网片。钢梁范围底座板采用预埋钢筋与桥面连接，简支箱梁范围采用植筋方式与桥面连接。

钢轨伸缩调节器区轨枕埋入式无砟轨道底座板长度、宽度与道床板的长度、宽度相同。CRTSⅢ型板式无砟轨道简支梁范围每块轨道板对应长度设置单元底座板，相邻底座板间设置宽度50 mm 伸缩缝，较轨道板每侧宽20 cm。底座板之间不填充。底座板两侧与梁面垫层纵向间采用有机硅酮嵌缝材料密封，密封材料20 mm（深）×15 mm（宽），其性能满足Q/CR 601—2017《铁路无砟轨道嵌缝材料》的相关规定。每块底座板上设置2个限位凹槽，用于道床板下限位凸台的镶嵌。底座板表面设置6%的横向排水坡，变坡点位于自密实混凝土层边缘往轨道中心线方向5 cm处。混凝土底座施工见图3。

图3 混凝土底座施工

底座板混凝土的浇筑顺序与混凝土垫层一致，同样是从两端到中间，使用汽车泵与地泵接力的方式运输混凝土上桥。与常规底座板施工不同的是，斜拉桥底座板施工需要抵消混凝土垫层施工中所产生的误差，所以底座板厚度以及设计标高需要等垫层施工完成后桥面标高趋于稳定的情况下方能确定［8-9］，在混凝土浇筑过程中，不仅要对底座板厚度进行实时测量，而且还要测量其标高，以便更好地控制施工质量。

3.4 隔离层铺设

在伸缩调节器范围内，沿用传统4 mm 厚土工布隔离层［10］，铺设时将底座清理干净，铺设要求无褶皱、无空鼓、无隆起、无破损、无搭接。钢梁处调节器范围外，采用新型橡胶隔离缓冲垫层，厚14 mm，材质为合成橡胶，力学性能良好，具有减振性能好、耐久性好、不怕水等优点。铺设时使用手持射钉枪使其与底座板有效连接，并且使用手持枪进行搭接缝合，搭接长度为10 cm。限位凹槽四周依旧沿用传统的弹性缓冲垫层，采用鱼珠胶粘接，铺设密实、牢固（见图4）。

图4 弹性缓冲垫层

3.5 轨道板铺设及自密实混凝土浇筑

轨道板上桥采用龙门吊吊装的方式，从两侧边跨起吊，先铺设边跨，后铺设中跨。先进行轨道板粗铺，采用机械吊装，人工配合辅助铺设。粗铺完成后，待斜拉桥标高趋于稳定时，计算自密实混凝土理论厚度以及轨道板精调数据，随后开始轨道板精调。

在轨道板精调完成后，立即进行自密实混凝土灌注，浇筑顺序为先边跨、后中跨，浇筑过程中需对轨道板平面位置及标高进行测量（见图5）。

图5 自密实混凝土浇筑

3.6 桥面防水施工

为保证轨道板线形，防水层施工将在轨道板精调前进行，其中防护墙外侧的防水与底座板同步实施，防护墙内侧的防水在轨道板精调前施工。每块底座板的长度设置一段防水层坡度，标高一端为最大值，另一端为最小值。先纵向排水，然后沿底座板板缝横向排出，再穿过防护墙上的排水孔，最后通过钢梁泄水孔排出。

4 结论

针对高速铁路大跨度钢箱桁梁斜拉桥无砟轨道施工项目，从桥面CPⅢ控制、桥体线形监测、无砟轨道施工工艺等各方面进行了优化设计，并成功应用于裕溪河特大桥无砟轨道施工，对其关键技术总结如下：

（1）全桥线形监测技术。对不同环境温度下钢梁变形值进行连续观测［11］，结合观测数据分析钢梁在不同环境温度下的变形规律，得到桥梁刚度实际值为理论值的1.042 倍，与理论计算吻合良好，该数据为无砟轨道施工及试运营期间的控制提供了理论支持。

（2）水袋预加载技术。在无砟轨道施工中，首次采用等效荷载预压的方法，全面考虑混凝土底座、轨道板、自密实混凝土等结构层施工前后、施工过程中的各项活载，以及其他二期恒载作用下的多种工况，选用水袋预加载的方法，充分发挥水袋加载节能环保、利于控制、方便调整等多项优点。

（3）斜拉桥CPⅢ控制技术。斜拉桥线形对温度比较敏感，桥面线形受构件温差（如索与梁、索与塔）影响较大，受系统整体升降温影响相对较小。为了最大程度地降低线形受结构构件温差的影响，使实测线形与计算线形相吻合，通过对桥面进行连续观测，找到线形波动最小时刻，确定最佳温度点，方便指导现场施工及CPⅢ控制测量工作。