平竖曲线叠合段大梁缝伸缩轨道施工技术研究

任化庆

(中铁十五局集团路桥建设有限公司 江苏南京 210031)

1 工程背景

重庆轨道环线二期轨道工程，位于南岸区和九龙坡区，其中鹅公岩轨道专用桥横跨长江。为确保货轮通航要求，设计采用自锚式双塔悬索钢混结合桥梁，引桥采用混凝土箱梁，主桥采用钢箱梁[1]。其西引桥端大梁缝处于直线段，东引桥端处于竖、缓曲线重叠段，如图1所示。

图1 鹅公岩轨道专用桥

鹅公岩大桥钢轨伸缩调节器与梁端装置均位于曲线段，最大设计车速100 km/h，平曲线半径为2 000 m，圆曲线超高55 mm，缓和曲线超高顺坡率不大于2‰；竖曲线半径为3 550 m，坡度8.85‰。采用60 kg/m U75V钢轨，标准轨距1 435 mm，轨底坡1∶40，设计梁缝宽800 mm。

鹅公岩大桥主桥段以隔离式减震垫无砟道床[2]为主，其东引桥混凝土梁P16桥墩位于平、竖曲线段梁缝处。为有效解决曲线超高段轨道变形与稳定性，设计安装2组长枕埋入式无砟轨道钢轨伸缩调节器与上承式抬枕装置一体化设备[3]。抬枕装置部分区段采用钢枕埋入式，在主桥与引桥跨梁缝处采用钢枕悬空式安装方式。

在该桥施工前，为了解决东引桥超大梁缝大跨度施工难题，组织了专家评审会议，并进行室内伸缩阻力、静载及300万次疲劳试验等系列验证。试验结果表明，具有纵梁防跳保护的梁段伸缩装置能满足鹅公岩大桥梁端使用要求，于2019年7月完成钢轨伸缩调节器与梁端装置安装、施工任务。

2 结构形式与受力特点

(1)钢轨伸缩调节与梁端装置结构形式

钢轨伸缩调节器是一种轨道温调设备[4]，全长22.18 m，基本轨长19.335 m，尖轨长11.2 m，调节器位移量为-600 mm～+800 mm，适用于曲线半径≥2 000 m地段。

钢轨伸缩调节器至尖轨跟端范围采用22根钢筋桁架混凝土长枕，其中1#～3#、22#为B型桁架枕，4#～21#为A型桁架枕[5]。钢轨伸缩调节器尖轨尖端至梁缝梁端装置采用滑动扣件，基本轨始端至梁端装置及尖轨跟端采用弹条扣件组装，调节器采用硫化铁垫板，与轨枕的连接采用偏心缓冲调距块结构，如图2所示。

图2 钢轨伸缩调节器安装示意(单位：mm)

鹅公岩大桥曲线地段梁端抬枕装置采用上承式“4-3-5”结构[6]，共12根钢枕，其中中间3根(即⑤、⑥、⑦枕)钢枕为悬空枕，其余为埋入式枕。①～④枕铺设在引桥混凝土梁端，⑧～○12枕铺设在主桥一侧无砟道床内。

抬枕装置采用具有低摩擦组件的纵梁(扁担梁)并与②～④枕固定，可在⑤～○12枕间滑动，采用高强度剪刀叉结构，并采用精密销轴和剪刀防锁紧装置[7]。在纵梁⑩～○12范围安装防跳装置，部件包括钢枕上三联扣铁、三联扣铁垫板及螺栓副等，三联扣铁安装在⑩～○12枕；在⑩枕纵梁下安装纵梁滑动垫板，在○11、○12枕纵梁下安装三联扣铁垫板，如图3所示。

图3 抬枕装置安装示意(单位：mm)

(2)钢轨伸缩调节与梁端装置受力特点

鹅公岩大桥地处重庆，大桥主跨受夏天温度变化影响较大，由温度变化及竖向车轮荷载共同作用，桥梁结构本身及桥上轨道线路将产生较大的纵向力和位移。为了协调因温度变化引起的梁轨相对位移，释放轨道中较大的附加应力[8]，避免出现钢轨碎弯、无砟轨道结构破损、扣件垫板窜动危害，保持轨道几何状态稳定，保证线路安全运营，在鹅公岩大桥曲线地段设置安装伸缩调节器与梁端一体化设备有效地解决了这一难题。

3 超大梁缝伸缩对一体化设备的影响

重庆轨道鹅公岩大桥P16桥墩曲线段主桥与引桥设计梁缝为800 mm宽，而且鹅桥施工正值夏季，由于夏天温度高，主桥与引桥受温度影响变化快，对安装钢轨伸缩调节器与抬枕装置施工有很大影响，需傍晚温度变化缓慢时施工，对施工进度造成很大影响。

在调节器与梁端装置铺设时，若调节器基本轨与伸缩装置⑧枕均处于伸缩零点位置，伸缩梁缝宽为800 mm，此时允许调节器与伸缩装置最大伸缩量为-600 mm、+800 mm。如果调节器铺设时所处位置的梁缝宽度不等于年平均梁缝宽度，则需在铺设前根据公式(1)计算基本轨预留量[9]。如果计算值在±5 mm范围内，铺设时不需设置预留量，调节器可按基本轨处于零点时铺设；否则，在铺设时，应调整基本轨组装位置，使其处于伸缩预留位置。

式中，Δ为基本轨预留伸缩量；W为调节器铺设时梁缝宽度；Wmax为冬季梁缝宽度最大值；Wmin为冬季梁缝宽度最小值。

当Δ＞0时，基本轨伸出；当 Δ＜0时，基本轨缩进。

4 伸缩调节器与抬枕装置施工工艺

4.1 控制网建立与测量方法

根据鹅公岩自锚式悬索桥结构特点设计了10对导线点，分别设在桥墩东、西塔台处各1对，大、小里程引桥端防撞墙顶部各4对。高程控制点2处，大、小里程引桥各1处(导线点采用预埋套筒，东西塔台采用外悬挂固定支架套筒，高程控制点采用预埋钢棒)。采用该种导线构成立体交叉三维坐标体系[10]，在主跨钢箱梁测量放样时，能够有效通过前后段导线点修正因桥梁受温度与活载影响的收缩变形测量误差，提高测量精度。

轨道中心测量根据精密导线点放样左(右)线路中心线及每5 m左右横向设2个断面测量点位，根据桥梁特点，线路中心线在全桥最稳定时间段需一次性贯通放样。鹅公岩大桥全桥设置3对共6个测量控制点，主桥墩东、西塔台及跨中各1对。鉴于大桥受温度影响较大，平面位置随桥梁变化而变化，处于一个动态过程，以大桥两端区间内勘测院导线点为依据，分别在混凝土梁(左右线)两端各测设1个点位，以此为基准点在00:00至5:00时间段对大桥中心线进行贯通测量放样，保证大桥线路与区间线路平顺接驳。

轨道高程测量在全桥最稳定时间段按左(右)线路中心线偏桩每4.8～5.2 m横向设2个断面测量点。大桥预加荷载加载前对鹅公岩大桥钢箱梁段进行桥面测量，加载完成后连续观测7 d高程数据并记录温度，然后根据大桥撤除预加荷载的顺序，再对桥面进行高程数据采集，待荷载完全撤除后对桥面进行二次复核测量。

4.2 调节器与抬枕装置施工准备

调节器与抬枕装置现场核对型号，确保伸缩装置的钢枕、支承梁、位移控制箱、吊架、连杆等钢部件表面按金属涂层+重防腐油漆涂层处理[11]，涂装总厚度≥280 μm，高强度螺栓出厂时需进行临时防腐处理。

在抬枕装置及调节器铺设、安装之前，需要对基底混凝土梁面凿毛，基底冲水清理干净后，铺设底层纵横向钢筋网片，与梁面预留L筋进行固定，以达到整体受力的效果。

4.3 调节器与抬枕装置吊装及粗调作业

抬枕装置与调节器组装时，需要厂家专人在现场进行指导，选取合理吊点进行吊装。在吊装过程中需要对调节器组件(含尖轨、基本轨、轨撑、轨撑螺栓、铁垫板等)进行保护。必须轻拿轻放，严禁扔、撞击、翻滚组件。

将抬枕装置各部分吊装至线路中心线位置处，开始进行组装，抬枕装置三部分由钢枕上的三联扣铁进行连接，然后用全站仪进行放点校准。当抬枕装置水平及竖直方向与线路中心线基本吻合后，用钢轨支撑架将抬枕装置起道一定水平位置，调节器开始进行组装，调节器基本轨位于抬枕装置①～○12枕上。调节器轨枕间距布置为600 mm，当调节器钢轨与轨枕组装完成，同样用轨排支撑架起道一定水平位置后进行粗调。一体化设备铺设、粗调完毕，如图4所示。

图4 抬枕装置与轨道伸缩调节器安装(单位：mm)

4.4 调节器与抬枕装置精调作业

当调节器与抬枕装置一体化铺设后，在测量员的配合下，用千斤顶和撬棍微调抬枕装置的纵、横向位置及抬枕装置顶面标高，当抬枕装置顶面标高达到设计标高同时抬枕装置前后左右位置到位后，检查抬枕装置⑧枕边到梁缝边距离是否为380 mm，用靠尺和卷尺测量；再检查悬空钢枕与梁缝边枕下净空是否＞3 cm；最后检查抬枕装置标尺刻度与梁缝伸缩量是否一致。当所有条件满足后，将主桥抬枕滑动区与引桥锁定，抬枕装置的钢枕用钢筋与桥梁锚固筋进行焊接[12]，如图5所示。

图5 调节器精调与抬枕装置焊接定位

这样即可保证抬枕装置与梁缝处于同一位置伸缩，曲线地段抬枕装置的轨距调整量为±4 mm，正矢调整量为-4 mm～+20 mm，用调整垫片调节轨距和正矢[13]。在测量员以及施工队伍配合下调整调节器顶面标高和正矢方向。钢轨伸缩调节器的轨距调整量:1#枕～21#枕为±32 mm，其中一股钢轨偏心套的轨距和矢距调整量为±6 mm，轨撑的轨距调整量为±10 mm；22#枕为±20 mm，一股钢轨超高调整量为-4 mm～+20 mm。

4.5 整体道床浇筑作业

当伸缩调节器与梁端装置一体化设备精调完成后，在道床浇筑前，为了防止道床混凝土收缩与抬枕装置钢枕之间产生离缝，雨水渗入离缝内锈蚀钢枕，道床与钢枕之间需设置凹槽，凹槽内填充高变形跟随性、高耐久硅酮嵌缝材料，以适应道床混凝土收缩后离缝大小变化。凹槽在浇筑之前用宽25 mm、厚3 mm的蓝色挤塑条贴边，方便在浇筑后取出，然后填充硅酮嵌缝材料，如图6所示。

图6 抬枕装置钢枕四周凹槽嵌缝(单位：mm)

浇筑之前需将调节器与抬枕装置作包装处理，避免污染钢轨扣件和抬枕防跳横梁。浇筑一体化设备时，为保证尖轨轨尖到抬枕中心间距为2 300 mm，同时保证抬枕装置滑动端随梁缝伸缩变化而变化，应分为两次浇筑。引桥调节器基本轨始端与抬枕装置固定区锁定，主桥抬枕装置滑动区处于可滑动状态，先浇筑引桥一侧，当混凝土初凝后，松开引桥固定区基本轨和抬枕装置轨撑扣件，然后将主桥抬枕装置滑动区和调节器基本轨滑动区人为变为固定区，再浇筑主桥一侧的抬枕装置和伸缩调节器部分混凝土，混凝土初凝后松开主桥滑动区轨撑扣件，避免道床随梁缝伸缩拉裂。

5 结束语

为了解决重庆轨道环线二期鹅公岩大桥东引桥端平、竖曲线地段超大梁缝对轨道运营后桥梁稳定性和行车舒适性的影响，通过专家论证、实验室模拟，最终提出了采用钢轨伸缩调节器与抬枕装置一体化设备进行大梁缝的过渡方案。本文通过分析大梁缝、双曲线轨道线形要素及一体化设备结构受力特点与疲劳指数，总结了平、竖曲线大梁缝处钢轨伸缩调节器与抬枕装置安装调试工艺，为国内其他大跨度桥梁梁端伸缩装置的施工提供借鉴。