楊艷麗，嚴愛國

（1.中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063；2.鐵路軌道安全服役湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430063）

橋上采用無砟軌道結(jié)構(gòu)具有延長軌道結(jié)構(gòu)維修周期、提高線路利用率和軌道平順度等優(yōu)勢，同時可有效降低橋梁恒載影響。我國鋪設無砟軌道的橋梁最大跨度為185 m（設計時速200 km，鋪設CRTS Ⅰ框架型板式無砟軌道），在185 m 以上跨度橋梁上鋪設無砟軌道的線形控制成為世界難題[1-3]。大跨度橋梁縱向剛度不均勻，受風速、溫度、荷載等因素影響，主梁線形不斷發(fā)生變化，導致橋上的CP Ⅲ精測控制網(wǎng)也隨之動態(tài)變化，給大跨度橋上無砟軌道施工帶來了困難和挑戰(zhàn)[4-12]。因此，研究大跨度橋上無砟軌道施工技術具有重要意義，其中無砟軌道線形控制是一項關鍵技術。

1 工程概況

昌吉贛高鐵設計速度350 km/h，贛州贛江特大橋主橋采用（35+40+60+300+60+40+35）m 混合梁斜拉橋，其結(jié)構(gòu)為塔梁分離形式，半飄浮體系，塔梁之間設置支座和縱向阻尼器，全橋位于直接平坡地段。主橋立面布置圖見圖1。

贛江特大橋為雙線鐵路橋，鋪設CRTS Ⅲ型板式無砟軌道。主橋主跨跨度300 m，設置圓弧形預拱度，軌道工程施工完成后，跨中預拱度設計值為60 mm；主橋邊跨為混凝土箱梁，主跨為箱形鋼混組合梁，由槽型鋼梁與混凝土橋面板組成，混凝土橋面板通過剪力釘、濕接縫與槽型鋼梁連接。

2 主橋預拱度設計

對于無砟軌道橋梁，早期的橋梁設計中大都設置恒載與活載預拱度，但軌道施工應保持橋上軌面線形與線路線形一致，以將活載預拱度消除。因此，近期在無砟軌道橋梁設計中，基本不考慮活載預拱度。但贛江特大橋是我國首座在300 m 跨度橋上鋪設無砟軌道的橋梁，無砟軌道和橋梁設置相同預拱度，列車荷載作用后可抵消部分下?lián)衔灰?，無砟軌道的受力及列車運行的線路平順性可得到改善。因此，設置軌道預拱度，對無砟軌道結(jié)構(gòu)和列車運營是有利的。

按照橋梁設計規(guī)范，大跨度橋梁的預拱度包括恒載預拱度和活載預拱度。其中，由于后期徐變在線路鋪裝完成后發(fā)生，對線路的平順性影響較大，因此施工中將其視為恒載變形考慮至恒載預拱度中；活載預拱度則按設計靜活載的一半考慮[13]。預拱度的設置在橋梁及無砟軌道施工過程中實施。

贛江特大橋主橋工后徐變在無砟軌道鋪設完成3 年后即趨于穩(wěn)定，主橋主跨跨中最大徐變撓度為27.1 mm。由于贛江特大橋同時通行雙線列車的概率非常小，因此活載變形采用單線動車組荷載計算，其主橋主跨跨中撓度為65.0 mm。預拱度線形為圓弧形，僅在主橋主跨施加。無砟軌道施工完成后的跨中預拱度為徐變變形值（27.1 mm）+1/2 活載變形值（32.5 mm），取整為60.0 mm 考慮。

圖1 主橋立面布置圖

3 施工難點

為確保贛江特大橋主橋主跨無砟軌道鋪設完成后的軌面線形滿足設計要求，需分析贛江特大橋主橋線形控制因素和施工過程中環(huán)境影響因素，以便在無砟軌道施工時采取相應措施。

3.1 主橋線形影響

了解主橋線形在各種因素下的變化規(guī)律，使施工過程根據(jù)外界因素和荷載情況按相應的線形進行控制，最終達到理想線形。為研究靜力作用下贛江特大橋主橋線形變化規(guī)律，對贛江特大橋全橋進行建模分析。

3.1.1 成橋線形控制

對贛江特大橋無砟軌道施工過程中主梁線形變化分析，僅考慮在無砟軌道施工過程中橋上二期恒載變化因素。該過程中，將線形變化分3 個施工階段進行對比：第1 階段為一次成橋階段；第2 階段為施工無砟軌道底座和軌道板階段；第3 階段為鋪設鋼軌階段。將后2 個階段與第1 階段的線形進行對比，施工無砟軌道底座和軌道板后，跨中下?lián)?98.500 mm；鋪裝鋼軌后，跨中繼續(xù)下?lián)?.901 mm。計算結(jié)果表明：無砟軌道施工前后主梁最大位移為205.100 mm，若軌道鋪裝前按直線、平坡為成橋線形，鋪裝軌道后主梁的下?lián)蠈⒏淖冎髁壕€形。主梁成橋線形預拱度應設置為0.205 1 m，無砟軌道施工完成后的預拱度為0.060 m（徐變變形值+1/2 活載變形值），以保證軌道鋪裝后主梁線形。

3.1.2 溫度影響

贛江特大橋主橋斜拉橋是高次超靜定結(jié)構(gòu)，溫度對斜拉橋線形的影響較大，根據(jù)當?shù)貧夂顥l件，主橋合攏溫度按考慮。對其中4 種溫度工況組合下的變形進行分析，4 種溫度工況組合見表1。

表 1 4 種溫度溫度工況組合

計算結(jié)果可知，塔梁升溫25 ℃，主梁跨中上撓0.145 5 m；工況組合2 作用下，主梁跨中上撓0.083 2 m；塔梁降溫25 ℃時，主梁跨中下?lián)?.145 5 m；工況組合4 作用下，主梁跨中下?lián)?.083 2 m。所以，溫度對主梁線形產(chǎn)生較大影響，為保證無砟軌道施工后的軌面線形滿足設計要求，各施工階段必須按特定溫度下的線形進行控制。

3.2 環(huán)境對主橋軌道測量控制網(wǎng)影響

無砟軌道施工精度控制的關鍵是建立CP Ⅲ控制網(wǎng)，但贛江特大橋是柔性結(jié)構(gòu)，不同風速、日照梯度溫差、大氣溫差都將導致CP Ⅲ控制點的位置不同。CP Ⅲ控制網(wǎng)的聯(lián)測必須在控制點位置相對穩(wěn)定時完成，否則控制網(wǎng)測設、平差計算難以通過。通過建模分析，計算主梁受風速、日照梯度溫差、大氣溫差影響的最大位移見表2—表4。

表2 不同風速引起的主梁位移 mm

表3 不同日照梯度溫差引起的主梁位移 mm

表4 不同大氣溫差引起的主梁位移

按照《高速鐵路工程測量規(guī)范》要求[14]，CP Ⅲ測點高程和平面誤差均按±1 mm 控制。結(jié)合以上變形分析數(shù)據(jù)，考慮一定余量并將數(shù)據(jù)取整后，CP Ⅲ聯(lián)測時的外界環(huán)境條件限定為：風速≤5 m/s，不容許有日照梯度溫差，環(huán)境溫差≤3 ℃。因此，采取以下措施進行CP Ⅲ測量：

（1）CP Ⅲ測 量 時 間 為20：00—6：00（環(huán) 境溫差≤3 ℃，鋼梁無梯度溫差）；

（2）以主橋長度為1 個CP Ⅲ測量單元，長度為1 079 m，減少主橋測量時間；

（3）風力超過3 級，嚴禁CP Ⅲ測量。

4 施工方案

4.1 方案比選

橋上鋪設的CRTS Ⅲ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)[15]由鋼軌、扣件、軌道板、自密實混凝土、隔離緩沖墊層、底座等部分組成（見圖2）。主梁底座板設計厚度220 mm，自密實混凝土層設計厚度103 mm，二者均具有±20 mm 的誤差調(diào)整能力。無砟軌道施工在橋面其他附屬設施安裝完成后實施；主橋無砟軌道施工按先主橋邊跨、后主橋主跨的順序進行；主橋主跨底座混凝土施工采用單側(cè)一次性澆筑完成；主橋主跨自密實混凝土采用雙側(cè)一次性連續(xù)澆筑完成。為確保軌面線形滿足最終設計要求，提出以下2 個施工方案。

圖2 CRTS Ⅲ型板式無砟軌道橫斷面

4.1.1 方案一：施工前進行橋面預加載

主橋主跨無砟軌道施工前，根據(jù)施工荷載進行預加載，預加載后調(diào)索，使得梁面線形基本符合設計線形。施工過程中根據(jù)施工進度，逐層逐級卸載，始終保持氣溫恒定、橋面二期恒載與最終橋上靜荷載一致。主要作業(yè)流程為：

（1）主跨預加載。根據(jù)二期恒載及其他附屬工程荷載對主跨預加載，模擬主跨在軌道工程施工完成后的實際受力狀態(tài)。

（2）調(diào)索及梁面線形驗收。預加載后，按軌面設計線形要求調(diào)索，并對梁面線形驗收，復核梁面高程、中線等幾何要素，及時處理超差部位，為無砟軌道施工做準備。

（3）底座、隔離緩沖墊層及彈性墊層施工。底座按設計線形進行放樣，立模后卸載擬施工范圍內(nèi)對應荷載，按標準作業(yè)流程進行底座混凝土、橡膠隔離緩沖墊層以及限位凹槽周圍彈性墊層的施工。

（4）軌道板粗鋪、精調(diào)。卸載軌道板對應荷載，根據(jù)設計布板要求，選擇對應的軌道板型號，按標準作業(yè)流程進行軌道板粗鋪、精調(diào)。

（5）自密實混凝土施工。卸載自密實混凝土對應荷載，進行自密實混凝土施工。

（6）鋪軌。鋪軌前，卸載主橋上剩余荷載，進行鋪軌精調(diào)作業(yè)。

該方案需在無砟軌道施工前對主橋主跨進行預加載，施工過程中基本保證梁體荷載不變。在施工前將梁面調(diào)整為設計線形，施工過程中不需要二次調(diào)索，能較好地控制梁面線形及軌道鋪設精度。但缺點是預加載量較大，對施工場地干擾較大，施工較為復雜。

4.1.2 方案二：施工前不進行軌道預加載

無砟軌道施工過程中不進行預加載，施工前按照無砟軌道施工前橋面的理論線形進行調(diào)索，達到理論計算線形后，按理論線形對底座施工放樣并進行施工，且與理論線形不斷驗證，如誤差在可控范圍內(nèi)，對軌道板進行粗鋪，并計算軌道板粗鋪后的理論線形。按此線形進行軌道板精調(diào)后，灌注自密實混凝土，再進行鋪軌精調(diào)。其主要作業(yè)流程為：

（1）梁面線形驗收。按無砟軌道施工前荷載情況及氣溫條件計算出的梁面理論線形調(diào)整斜拉索后，對梁面線形驗收，復核梁面高程、中線等幾何要素，及時處理超差部位。

（2）底座、隔離緩沖墊層及彈性墊層施工。按無砟軌道施工前荷載情況及氣溫條件計算出的梁面理論線形進行底座施工放樣并立模，按標準流程作業(yè)底座混凝土、橡膠隔離緩沖墊層以及限位凹槽周圍的彈性墊層施工。

（3）底座板施工后測量。無砟軌道底座板施工完成后與理論線形進行對比，如誤差可控，則繼續(xù)按以下流程施工；如誤差較大，則按方案一實施。

（4）自密實混凝土施工。根據(jù)設計布板要求，選擇對應的軌道板型號，按標準粗鋪主橋主跨軌道板。按布板后的荷載和氣溫條件計算主橋主跨的理論線形，并按此線形進行軌道板精調(diào)和自密實混凝土施工。

（5）鋪軌。

該方案在無砟軌道施工過程中不需要預加載，施工較方案一簡單，但要求主橋主跨各施工階段的理論計算線形與實際吻合度較高。

4.2 現(xiàn)場施工控制

4.2.1 建立實時修正模型

結(jié)合本橋結(jié)構(gòu)特點、風速與溫度等環(huán)境因素及不同施工階段橋梁荷載對線形的影響，建立橋梁和無砟軌道線形同步控制模型。反復將現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)與理論計算對比，及時調(diào)整模型，使理論和實際進一步切合。

4.2.2 CP Ⅲ布點和測量

通過模型和實際采集的數(shù)據(jù)對比分析，得出最合理的CP Ⅲ布點方式和測量時間。主橋長度為1 個CP Ⅲ測量單元（長度為1 079 m），CP Ⅲ點埋設按大橋整體布局，主橋上設10 對共20 個CP Ⅲ控制點，具體布置見圖3。

圖3 主橋CP Ⅲ控制點布置

根據(jù)主橋二期恒載分布情況，通過主橋?qū)嶋H線形監(jiān)測與理論分析對比，及時調(diào)整施工工藝，優(yōu)化CP Ⅲ網(wǎng)對無砟軌道的精度控制。

4.2.3 無砟軌道施工

對贛江特大橋主橋主跨線形測量并與理論計算對比，二者在整體趨勢上較為一致，局部誤差較大處經(jīng)現(xiàn)場校核為混凝土橋面不平整導致。研究決定按方案二進行無砟軌道施工，主要過程如下：

（1）防護墻、豎墻、混凝土欄桿等附屬結(jié)構(gòu)施工后，剩余施工荷載為103.5 kN/m，結(jié)合施工時氣溫為10 ℃的工況條件，計算線形并進行無砟軌道底座施工放樣。

（2）無砟軌道底座板施工后，按無砟軌道及其他橋面系待施工荷載、氣溫（10 ℃），計算對應的理論線形，并與現(xiàn)場實際比對，誤差在可控范圍內(nèi)，下一階段繼續(xù)按方案二進行施工。

（3）軌道板粗鋪，等待自密實混凝土施工。自密實混凝土層、鋼軌等部件及部分橋面附屬結(jié)構(gòu)計算荷載為38 kN/m。自密實混凝土施工前，考慮施工環(huán)境溫度上升至15 ℃，根據(jù)橋上施工荷載、氣溫和預拱度，計算響應的理論線形。

（4）自密實混凝土施工完成后，反復測量軌道板鋪設精度，其誤差在10 mm 以內(nèi)，達到最初精度控制目標，余下的誤差在鋪軌過程中由扣件進行補償。

5 結(jié)束語

贛江特大橋是我國首次在大跨度斜拉橋上鋪設無砟軌道的橋梁，無砟軌道施工面臨諸多不利因素，保證成橋施工精度，對大跨度橋上無砟軌道施工及養(yǎng)護維修具有借鑒意義。大跨度斜拉橋在靜力荷載和溫度荷載下變形較大，線形控制困難，因環(huán)境條件復雜，理論與實際存在一定差異，在施工過程中可充分考慮以下應對措施，以確保達到理想線形。

（1）建立CP Ⅲ精測控制網(wǎng)實時修正模型。大跨度橋梁受風速、日照梯度溫差、大氣溫差影響較大，需建立CP Ⅲ實時修正模型，并嚴格控制CP Ⅲ聯(lián)測時所處的環(huán)境條件以滿足設計要求。根據(jù)CP Ⅲ測點的位移限值要求，將聯(lián)測時的外界環(huán)境條件限定為：風速≤5 m/s，不容許有日照梯度溫差，環(huán)境溫差≤3 ℃。

（2）主梁合龍后，橋面上的每一次結(jié)構(gòu)施工都作為校核荷載，以獲得主梁垂向荷載F與主梁變形D的實際對應關系。無砟軌道線形精度在毫米級，橋梁理論剛度和實際剛度存在差異，必須不斷校核橋梁剛度值，為后續(xù)調(diào)整索力控制線形提供準確數(shù)據(jù)。在施工過程中如發(fā)現(xiàn)加載后的橋面線形與理論計算線形偏差較大，則考慮按預加載方式進行施工。

（3）在施工過程中不斷調(diào)整斜拉索索力，以獲得每個步驟更接近理論值的主梁線形。由于施工誤差，每個階段的實際線形與理論線形均有偏差，可通過調(diào)整斜拉索索力獲得更接近理論值的主梁線形。需注意斜拉索的調(diào)整對梁面線形影響較大，根據(jù)施工現(xiàn)場反饋，每一級的索力調(diào)整反映在梁面線形為±30 mm，因此調(diào)索需慎重，且鋪完板后不可再調(diào)。

（4）充分利用底座板和自密實混凝土層的厚度進行調(diào)整，消除主梁局部線形誤差。斜拉索索力調(diào)整對梁面線形的影響是整體性的，對于局部線形誤差則可通過軌道結(jié)構(gòu)的底座板和自密實混凝土層來消除。本橋主梁底座板設計厚度220 mm，自密實混凝土層設計厚度103 mm，原則上二者均具有±20 mm 的厚度調(diào)整范圍。對于局部誤差，可在調(diào)整索力的基礎上，在不同施工工序中利用底座板和自密實混凝土層來消除。