高速铁路某系杆拱桥无砟轨道施工技术研究*

刘平均

(中铁六局集团有限公司，北京 100000)

0 引言

随着我国经济的持续发展，综合国力日益提升，高新技术应用广泛，高速铁路工程建设得到全面推进，设计速度从160km/h到350km/h逐步提高，桥梁结构类型也变得越来越多，跨度越来越大，这就对桥梁线形控制精度要求越来越高，尤其是近年来高速铁路无砟轨道结构大范围应用，在面对挠度可能变形量较大的大跨径、特殊结构桥型方面，难以保证高速列车通过的平稳性与舒适性，而从根本上控制轨道结构变形尤为重要，本文总结了高速铁路系杆拱桥无砟轨道施工线形控制技术，通过对梁体二期恒载模拟分析、吊杆索力张拉控制等方法，较好地完成了施工，为今后类似工程提供了借鉴。

1 工程概况

本工程采用1-72m下承式钢管混凝土系杆拱桥构造形式，主梁截面为单箱三室直腹板，采用预应力混凝土，桥面宽17.1m，梁高2.5m；竖直平面内拱肋矢高为14.4m，拱肋线形为悬链线。拱肋横断面为具有3m高的哑铃形钢管混凝土截面，钢管内混凝土强度等级为C55自密实补偿收缩混凝土。吊杆为纵向双吊杆体系，共18对吊杆，吊点间距为6.0m，双吊杆中心间距0.6m，吊杆材料为73根φ7高强度低松弛镀锌平行钢丝束，锚具为冷铸镦头锚，采用PFS(F)低应力防腐蚀索体结构。无砟轨道构造形式为CRTS-i型双块式。系杆拱桥施工采取先施工主梁后施工拱肋方式，采用支架现浇法，预应力张拉，安装及灌注钢管拱，按顺序进行吊杆张拉，桥面附属施工，轨道结构施工，检测并调整吊杆索力满足设计要求。

2 关键技术

2.1 无砟轨道施工线形控制技术

在对无砟轨道进行施工前，二期荷载、吊杆张拉索力、主梁后期徐变都会对轨道标高产生影响，控制难度较大。施工期间基于二期荷载、吊杆索力的调节和后期主梁徐变等梁体理论变形与实际提前施加的荷载做对比，最终确定轨道结构施工预拱度，确保施工满足静态验收条件。

2.2 吊杆索力调整技术

本文利用 MIDAS/Civil软件对其进行了数值分析。首先，利用反推分析，得到拱桥的初值(不计徐变等时间特征)，再利用正装迭代法进行数值模拟，得到施工架设过程中各阶段吊杆的张拉力。而在施工过程中一方面是通过张拉油表数值对吊杆张拉力进行控制，另一方面通过索力动测仪对吊杆张拉力进行监测，使吊杆索力达到在各施工阶段张拉力要求，最后在道床板施工时采取预加二期恒载施工方案调整吊杆力到成桥状态。

3 施工工艺及操作要点

3.1 工艺流程(见图1)

3.2 桥面系施工的主要变形计算与预拱度设置

按上述施工步骤，引起主梁后期变形的主要作用如下。

1)二期恒载(见表1)

表1 二期恒载

依据拟定的施工步骤，将二期恒载分为2个阶段：①第1阶段二期恒载 人行道栏杆、桥面系四墙、保护层、四电接触网及电缆、电缆槽盖板、无砟轨道底座板，合计约占二期荷载的52.4%；②第2阶段二期恒载 无砟轨道道床板、钢轨(含扣件)，合计约占二期恒载的47.6%。

2)工后徐变

工后徐变按铺轨后5年时间进行计算。

3)二分之一静活载挠度

考虑到实际运行列车活载相对较小，长短波拟合也可导致二期恒载变化，工况复杂后不利于轨道精调及验收，经专家评审后，可不考虑二分之一静活载挠度的设置。

经计算分析，72m系杆拱桥的后期变形和预拱度理论计算与设置如表2所示。

表2 后期变形与预拱度设置

桥梁建成时，在桥梁跨中会有一定的下挠值，跨中最大值为-4.9mm。二期恒载上桥后，主梁也会有下挠变形，跨中最大变形值为-8.6mm；对吊杆进行最后阶段的张拉后，在桥梁跨中最大下挠-1.1mm。

3.3 无砟轨道施工线形控制方案

根据现场施工条件，采取预加二期恒载施工方案对无砟轨道道床板施工标高进行控制及吊杆索力终张拉施工，即在桥梁二期恒载剩余道床板未施工时，采用砂袋模拟道床板及钢轨自重，然后进行吊杆索力检测及桥梁线形监测，当吊杆内力与设计理论值相差>3%时，对吊杆索力进行二次调整，同时根据实测值重新计算轨道结构成桥预拱度。经验收合格后对配置进行卸载，然后进行后续施工。

基于设计单位及监测单位提供的二期恒载、徐变等进行分析可知：

1)施工结束后的徐变是主梁端部向下变形、跨中向上变形，其梁端最大下挠值是-0.5mm，跨中上挠最大值为4.9mm。

2)主梁梁体受无砟轨道道床板作用会产生下挠，变形最大处为跨中，其值可达-4.4mm，而主梁两端的最大变形仅为-0.4mm。

3)吊杆索力调整，对梁体影响呈跨中下挠、梁端上拱现象，其梁端最大上拱值为0.3mm，跨中最大下挠值为-0.6mm。

如忽略施工后的徐变过程，仅将无砟轨道道床板荷载和调整吊杆索力的情况考虑在内，那么主梁会产生下挠变形，主梁两端变形值为-0.1mm，跨中变形值为-5.0mm。

如综合考虑工后徐变、无砟轨道道床板荷载和吊杆索力调整等不利工况，则主梁整体产生下挠，主梁两端变形值为-0.6mm，跨中变形为-0.1mm。

如轨道排及其模板等临时作用(8.6kN/m)和除不计算道床板荷载之外的其余二期荷载(11.4kN /m)接近，那么便可忽略道床板的最后变形形状。所以只将道床板作用、调整吊杆索力的综合作用考虑在内，主梁两端的最大变形值为-0.1mm，跨中最大变形值为-5mm；而且因为施工期间的轨枕和钢筋(约为道床板荷载的23%)等二期荷载已施加完毕，所以道床板向下变形的趋势有一定缩减，跨中最大变形为-(0.6+4.4×77%)=-4.0mm，可达到施工无砟轨道的静态验收标准。在无砟轨道的道床板、调整吊杆索力及施工后主梁的徐变(5年后：跨中向上变形值为3.1mm、主梁两端向下变形值为-0.5mm) 共同作用下，主梁向下变形值为-0.6mm，跨中向下变形值为-0.1mm，差值为0.5mm；轨道的扣件需将标高调整-4～26mm，则后期无砟轨道标高可通过扣件进行调整。此外，在理论计算的施工后徐变比实际情况下的徐变要大，也就是在梁整体变形值减小时，对扣件的调节更有利。为此，确定了在无砟轨道施工中，将预拱度设为0的精调方案，并按设计标高执行。

施工中的几点注意事项如下。

1)桥面系施工前全桥通测裸梁顶面实际高程，测量时间务必为5：00—8：00。

2)轨道板底面施工标高按表1所列的位置逐点控制，施工标高=设计标高+铺装预拱度，测量时间务必为5：00—8：00。

3)第1阶段二期恒载施工中，加强主梁变形的监测，如遇理论计算值不一致，则需分析原因，调整理论计算值，重新计算最终轨道结构的预拱度值。

4)为了防止不均匀浇筑造成的梁体不均匀，在施工过程中严格遵循左右对称的原则，即从梁体两端向中间进行的2个工作面，分别在2个工作面的左、右两侧线上同时进行，每个施工段的道床的板长为20m。

5)施工前将轨枕及砂袋均匀分布在底座板上进行预压，同时进行模板与钢轨安装，尽量减小精调及浇筑后梁体的变形量。在浇筑前后，再测量轨枕，并与道床板荷载的线形进行比较，并逐段加以调整，避免变形量过大或过小。

6)在施工前，对该路段 CPIII进行了再测量，以保证其准确度符合设计要求。CPIII评定完成后，在施工期间要进行多次复查，如有任何变化，应立即再进行复查。在施工过程中，如出现大的变化，可考虑增加1个测点建网。

3.4 吊杆索力吊装方案

吊杆索的张拉采用张拉力和伸长量进行双重控制，以张拉力为主、伸长量为辅，张拉力及伸长量的偏差不得超过设计及规范要求。施工过程中，吊杆在桥跨结构中严格按设计顺序进行施作，同时采用索力动测仪对吊杆索力实时监测(见表3)。

表3 施工各阶段吊杆受力 kN

桥梁恒载先通过梁体至吊杆索，再传递给钢混结构的拱肋，最后传到桥梁墩身。由于吊杆的不同张拉顺序会影响吊杆索不同受力，如在施工过程中对吊杆索进行及时调整及实时监测，会造成局部吊杆索力增大，弹性变形过大造成梁体出现裂缝，直接影响拱肋线形和桥梁使用。系杆拱桥系梁及吊杆内力张拉顺序如下。

1)梁体混凝土强度及弹性模量达到100%后，对梁体内预应力横向束以及第1阶段的纵向束进行张拉。

2)拱肋混凝土强度达到100%后进行吊杆索安装，按D02-D03-D04-D05-D01顺序及对应的张拉力施工。

3)吊杆索张拉完成后，对混凝土系梁内剩余预应力束进行张拉。

4)桥梁二期恒载上桥后，监测实际吊杆内力与理论值偏差，当>3%时，对吊杆索力进行调整，直至满足设计文件要求。

4 安全控制措施

4.1 保证安全生产组织措施

1)每个施工班组都必须有专职安全质检员。

2)双块式轨枕吊装上桥时，应当在作业面周围挂有明显标志，防止掉落伤害。操作手必须检查吊装装置的工作情况，在无任何安全隐患的状态下才能操作。

3)各起重机设备在起重过程中必须配备专门的工作人员，严禁由非相关人员进行操作；相关操作和指挥人员必须经过培训，并取得相应证书。

4)起重机械要每隔一段时间进行检验，标识要清楚、醒目；经常为钢丝绳上润滑油，检查其磨损情况，及时换掉有磨损的钢丝绳。

5)施工现场设置吊装作业区，并用彩条布进行封闭，并设有专业的保安人员，在吊装时严禁任何人员站在起重臂下或从下面通过。

6)施工起吊过程要平稳、缓慢，并严谨把握起重机与桥墩、桥面间的距离。避免碰伤事故。

7)操作工人应配备安全帽、防滑工作鞋，操作期间要佩戴齐全，不得穿拖鞋上班。

8)严禁酒后及高度疲劳状态下上桥作业。

9)一切起重机械、电气机械、运输机械等定时进行保养维护，确保其工作状态良好，并有完善的安全措施，对各种机械装置的作业人员应当进行规范培训,持证就业, 并严格遵循规则，严禁违章操作。

10)上桥的步梯下部要夯填平整密实，上部要与梁体连接固定，搭设的步梯要定期检查基础是否下陷和钢管架是否有松脱现象。

11)桥上照明、动力用电设备较多，必须按规定由专业电工进行线路敷设，并按规定设置“一机一箱一闸一漏电”。

12)桥上非标运输及吊装机械加工完成后要进行试用，做到方便使用的同时，能确保作业人员安全。

13)所有在梁面上运输车辆时速≤5km/h，且制动系统良好。

14)遇雷雨等恶劣天气时，现场及时对施工用电进行切断处理。

4.2 保证安全生产技术措施

要在工地上进行合理布置，牢固安装机械，物料堆放整齐，用电装置都装有触电保护装置，营造安全生产的良好条件。对于夜间施工，在工地上安装充足的照明设备，并有一定的备用设备；在夜间施工过程中，白天值班时，要对安全状况进行检查，并做好记录。

交叉施工时，应制定安全施工技术交底，在施工前，一定要让施工人员互相了解工作内容、安全注意事项等，并安排特定人员进行统一协调，以保证施工安全。

4.3 雨天施工安全措施

雨天施工时，对施工现场、原物料存放、运输通道及基础设施内的防洪、防雨、排涝等进行全方位细致检测，对存在的问题及时解决。

设专人提前掌握未来3d的天气变化，做好防范工作。现场临时用电应按规范规定进行，严禁使用损坏或绝缘不良的导线，严禁乱接电线，所有配电箱锁上，并设防雨罩，设置危险标志。

5 应用效果

经有关部门专家论证，批准使用，该段轨距已达到静态验收标准，符合行车平顺性规定。

6 结语

通过对新建福州—厦门铁路客运专线工程九龙江特大桥1-72m下承式钢管混凝土系杆拱桥无砟轨道线形控制方案及实施情况的分析论证，有效解决了该桥无砟轨道线形精确控制的难题，同时为挠度可能变形量较大的大跨径、特殊结构桥形方面无砟轨道施工提供了借鉴。