大跨度混合梁斜拉索桥无砟轨道施工精度控制技术研究

王 磊

(中铁二十四局集团有限公司 上海 200071)

1 引言

重庆轨道交通环线(一期)轨道工程高家花园大桥为双塔双索面混合梁斜拉轨道专用桥。无砟轨道施工过程中，桥梁因受荷载变化、温度变化、施工外力等的影响，时刻处于一个动态变化的状态[1-2]，因此在施工前，对铺轨基标高程与轨道设计高程的绝对差值进行锁定，按照铺轨基标与轨顶的相对高程进行轨道施工[3-5]，保证无砟轨道施工精度控制，确保良好的轨道平顺性，避免大桥预拱度在轨道工程施工完成后达不到设计理论值的风险[6-7]。

2 工程背景

2.1 桥梁概况

高家花园大桥位于重庆轨道环线沙正街站和玉带山站区间，南起沙坪坝区玉带山轻轨隧道，自南向北跨越嘉陵江后接江北石马河，止于玉带山轻轨隧道。大桥采用(52+68+340+66.5+50.5)m双塔双索面混合梁斜拉桥，引桥17 m，全桥总长594.0 m。单线长约1.188 km，横跨嘉陵江，桥跨布置为126 m(混凝土梁)+328 m(钢箱梁)+121.74(混凝土梁)，边跨为混凝土预应力箱梁，中跨为钢箱梁。如图1所示。

图1 高家花园大桥桥型布置

根据无缝线路设计和桥梁伸缩量设计要求，大桥共设置4组钢轨伸缩调节器和4组梁端伸缩装置，左右线分别各设2组[8-9]。

2.2 轨道设计

高家花园大桥设计为混凝土梁+钢箱梁组合梁，其中混凝土梁段采用短轨枕承轨台式整体道床，钢箱梁段采用隔离式减振垫整体道床。钢箱梁段道床底部应用了工艺先进、工艺要求较高的隔离式减振垫来减小轨道振动。在桥端两侧铺设跨梁缝抬枕装置及温度应力式伸缩调节器，确保轨道不因桥梁在活载下变形而影响运营安全。

梁端伸缩装置道床结构设计:伸缩装置型号为TSSF320，适用于大桥P0桥墩梁缝处及A5桥台梁缝处，梁缝宽320 mm，伸缩缝宽±300 mm。伸缩装置设计位移量为±300 mm。钢轨伸缩调节器型号为研线TF9912(16EGY)，伸缩调节器全长19.878 m，基本轨长17.3 m，尖轨长10.078 m，基本轨最大伸缩量为±500 mm。

2.3 轨道技术特点及对轨道的要求

高家花园轨道大桥轨道主要技术特点及无砟轨道施工需考虑的主要问题:

(1)温度、荷载对无砟轨道线形的影响。高家花园大桥属于大跨度的柔性桥梁，在整个轨道道床施工过程中，需综合考虑温度及荷载变化的对大桥桥面轨道施工的影响。由于桥中跨为钢结构，温度变化会影响到铺轨施工的轨道线形；在道床施工过程中，由于荷载影响，桥梁变形量有很大的变化[10-11]。

(2)控制点复测、铺轨基标测设是轨道铺设的基准，特别是铺轨基标测设的精度将直接影响轨道铺设的施工质量。在施工的过程中，桥梁因受施工荷载等的影响，是一个动态的变化过程，桥上的CPII控制网点不能作为轨道精调控制点，因为CPII控制网点随桥梁变形产生位移，因此在施工的过程中，需要寻找一个理想的状态，对桥梁的绝对高程进行线形的锁定。钢梁全长328 m，跨中测距164 m已超出了精调小车的轨道精调测距，轨道线形保证存在困难。

(3)根据实际的成桥线形，重新拟合一条二期荷载完成后的轨道线形，保证轨道施工线形满足设计要求。

3 轨道精度控制方案设计

3.1 二期恒载预加

根据道床施工工艺，大桥轨道道床施工时，为了保证最终轨道线形符合设计规范要求，考虑到大桥施工阶段荷载的变化，必须计算检验桥上荷载的影响，进行轨道线形预留拱度处理[12]。

为准确预测各专业相关设备设施的二期恒载对桥梁整体变形的影响以及确保桥梁铺轨线形进一步的拟合，需要进行站后工程二期恒载的预加载工作，这样可以提高轨道线形平顺性。

为减小实际桥形状态与理论计算状态的偏差，对大部分永久恒载进行理论仿真加载处理，并进行过程数据的采集，将理论计算数据与观测数据进行对比分析，并修正计算最终数据。

对全桥轨道结构和疏散平台的二期恒载利用水袋、水桶注水作为桥梁的预加荷载集度，混凝土梁预加荷载集度为33.0 kN/m(3.366 t/m)；钢箱梁预加荷载集度为39.0 kN/m(3.978 t/m)。全桥荷载2 138.677 t，桥跨布置为126 m(混凝土梁:424.116 t)+328 m(钢箱梁:1 304.784 t)+121.74(混凝土梁:409.777 t)，考虑土建中跨200 t水桶配重荷载，全桥欠载1 938.677 t，全桥设置29个水袋，边跨各6个水袋，中跨17个水袋，每个水袋充水约70 t均布布置(利用水表控制注水量)。

3.2 堆载方式

顺桥面方向P2、P3墩梁结合处分别向中边跨对称缓慢加载，整体道床施工前对上桥的荷载加载与二期恒载一致，钢筋、轨排、减振垫等材料要求按照轨道设计图纸道床板材料数量和位置进行临时堆放；道床混凝土、弱电、强电、消防、接触网、声屏障理论荷载，在水箱及水袋内内加等重理论荷载的水进行堆载，以满足监控量测、理论计算的要求。对高家花园大桥线形拟合数据(二期恒载下的梁面高程)采集。

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3.3 监控量测

测量时机应选择温度场比较均匀的时刻，测量温度应在(20±5℃)范围内[13]。

3.3.1 测量时间的选择

钢箱梁是柔性梁，恒载、活载、附加力、特殊荷载及外部环境因素对钢箱梁段线路轨道结构水平及高程影响较大，根据大桥监测单位提供的桥梁数据分析，钢梁挠度随全天温度的变化情况，桥梁晚上20:00左右及凌晨00:00至6:00最为稳定。制定大桥最稳定时间段监测测量，每日2次固定人员对大桥铺轨控制基标定点采样。

桥梁变化测量和线形拟合数据计划连续采集数据15工作日(如数据采集频率不够，根据大桥设计、监控单位要求，增加数据采集工作日)，每晚20:00左右计划安排混凝土梁段的测量；钢箱梁段计划安排凌晨00:00至6:00分两个时间段，00:00至3:00时间段和3:00至6:00时间段，测量不同时间段温度对数据的影响，每天必须保证2组数据的采集，15个工作日内30组数据，作为线形拟合数据分析。

3.3.2 超测距测量精度控制

为了保证随环境、荷载变化的测量精度，必须选择合适的测量方法和测量时间。轨道施工平面、高程设计的设计规范要求允许偏差±2 mm，超高±1 mm。

(1)测量方法:为了保证后期区间隧道内轨道线路与大桥线路在一条平顺的线形上。通过区间隧道内勘测院CPII点及区间联测建网CPIII控制点作为后视点，分别在边跨混凝土梁大小里程两端各测设一个线路中线基标控制点，作为全桥轨道线路平面中线控制点，线路中心线采取正反镜测量。钢桥两端设站对测，必须复核桥中搭接20 m范围内，这样可以保证轨道线形平顺。搭接区平面高程数据复核偏差超过设计允许值2 mm，需重新设站模拟线形；当在设计允许偏差范围内，可进入下道工序施工(两站搭接情况良好)。

(2)测量时间段:精调期间停止桥面所有施工，考虑到外部环境对钢桥的影响，进行轨道铺设前的轨道精调应选取夜间温度变化最小的时段，这样可以保证桥梁轨道精调处在全桥的稳定性期间。

4 轨道线形拟合及分析

4.1 成桥现状

大桥设计线形:二期恒载未上桥之前，设计预拱度值为843 mm，待所有二期恒载施工完后，轨道线形预拱度值为360 mm。实测最大预拱度为827 mm，实测桥面高程与设计高程对比，总体上和设计的理论值吻合度较高。

4.2 轨道线形分析

轨道设计线形:桥梁中部钢箱梁范围内设置预拱度为360 mm，预拱度包括成桥后混凝土收缩徐变效应、拉索松弛和活载效应，其余各跨主梁预拱度为0 mm，主跨主梁预拱度曲线为R10000 m圆曲线+R30139.07 m圆曲线+R10000 m圆曲线。如图2所示。

图2 主跨主梁预拱度示意

4.2.2 桥上荷载变化产生的下挠

(1)加载前后

针对混合梁桥加载前后进行观测，实测桥梁里程对应采集左右线下绕值，并将观测下挠与理论计算对比。

(2)远期线形预测

最终施工线形应由设计线形与模拟荷载在不同环境下计算的对应预拱度进行叠加，设计最大预拱度与施工时最大预拱度做对比分析。

对远期线形的预测:按照锁定铺轨基标高程进行轨面高程的控制，对施工后状态进行线路变形后的线形预测，满足轨道的设计要求。

4.3 轨道线形拟合

二期恒载下桥面实测高程同无二期恒载的成桥线形分析对照，根据锁定铺轨基标高程反算轨面高程与理论轨道线形分析对照。监控单位同轨道设计单位拟合一条新的线形。

4.4 施工线形确定

监控单位及轨道设计单位对进行轨道施工线形拟合，拟合的线形数据作为铺轨基标锁定数据，按照锁定基标与轨顶的相对高程进行轨道精调控制。

考虑模拟理论加载计算值与实测值间存在1～2 mm误差，且轨道静态精调时可以通过调高垫板进行调高，可在轨道精调施工时轨面标高做预留2 mm处理。

5 无砟轨道道床施工

5.1 铺轨施工

根据铺轨基标锁定高程与施工拟合线形的相对高差值进行调轨。然后针对变化规律制定铺轨基标的测设时间进行轨道精调时间段、浇筑时间段。

5.2 静态调整

无砟轨道静态精调应在施工完成并拆除全部临时荷载后进行。由于桥形随温度变化而变化，为了便于数据的比较，应在同等温度条件下，将静态调整后的复测与调整前的测量做对比，确保数据的有效性和可比性。

5.3 施工注意事项

(1)加载须对称均匀，避免因为不均匀或不对称加载造成混合梁桥产生横向挠曲。

(2)橡胶弹减振垫底部为锥形设计，因此在钢轨架设时，钢轨支架尽量避开减振垫铺设范围，若设置在减振垫范围内，需对减振垫开孔使轨道轨排支撑架螺杆下部与支垫直接接触，且支垫垫片应加大、加厚设置。

(3)混凝土浇筑前的轨道精确调整须尽快进行且必须尽量缩短时间，这样可以避免温度变化过大以及施工荷载扰动过久而造成调整好的轨道线形发生变化。

(4)为了保证轨道的平顺性，采取板块一次浇筑成型的方法浇筑道床板混凝土。

6 结束语

双塔双索面混合梁斜拉桥无砟轨道施工通过采取二期恒载预压、轨道线形拟合、铺轨基标锁定等施工技术措施，无砟轨道施工精度得到控制，确保良好的轨道平顺性。