趙云飛， 員利軍， 楊少龍， 陳海， 劉偉， 石永剛， 趙偉強(qiáng)

（1. 中鐵三局集團(tuán)橋隧工程有限公司，四川成都 610000；2. 京福鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)安徽有限責(zé)任公司，安徽合肥 230001）

0 引言

隨著我國(guó)鐵路事業(yè)的迅速發(fā)展，乘客對(duì)交通舒適性的追求日益提高，為進(jìn)一步提高我國(guó)高鐵的建設(shè)質(zhì)量，王平等［1］對(duì)高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)理論研究發(fā)展進(jìn)行論述，對(duì)比提出不同軌道結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。陳登玉［2］采用揭板試驗(yàn)方法，研究在CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土澆筑過(guò)程中，施工工藝與混凝土配合比對(duì)工程質(zhì)量的影響。林松紅等［3］通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用與理論計(jì)算相結(jié)合的方法，得出不同軌道結(jié)構(gòu)在高速鐵路大跨度斜拉橋的應(yīng)用特點(diǎn)及其適用性。高軍［4］通過(guò)建立有限元模型方法，考慮各種工況進(jìn)行計(jì)算，得出時(shí)速350 km 高速鐵路斜拉橋計(jì)算要考慮的各項(xiàng)要素，解答了二期恒載、溫度荷載、風(fēng)荷載及活荷載等對(duì)斜拉橋線(xiàn)形影響。

由此可知，關(guān)于高速鐵路大跨度斜拉橋以及CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的研究，眾多學(xué)者進(jìn)行了探討，理論與實(shí)踐成果較為豐富，但在高速鐵路建設(shè)中，大跨度鋼箱桁梁斜拉橋無(wú)砟軌道鋪設(shè)技術(shù)尚為空缺。在此，以商合杭高鐵裕溪河特大橋?yàn)楸尘?，?duì)高速鐵路大跨度斜拉橋無(wú)砟軌道施工技術(shù)開(kāi)展研究與實(shí)踐。

1 工程概況

新建商合杭高鐵為設(shè)計(jì)時(shí)速350 km 的雙線(xiàn)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)，裕溪河特大橋位于安徽省馬鞍山市含山縣與蕪湖市鳩江區(qū)境內(nèi)，主橋采用（60+120+324+120+60）m 雙塔鋼箱桁梁斜拉橋，全長(zhǎng)686 m，主橋平面曲線(xiàn)位于直線(xiàn)上，縱坡為“人”字形，坡度為1.6‰，軌道形式為CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道，斜拉橋無(wú)砟軌道起訖里程為DK487+112.145—DK487+926.645，長(zhǎng)度814.5 m（含主橋及兩端各2 孔簡(jiǎn)支箱梁）。斜拉橋支座采用單向滑動(dòng)支座與縱向滑動(dòng)支座，屬于半漂浮體系。

斜拉橋無(wú)砟軌道主要結(jié)構(gòu)層包括混凝土墊層、混凝土底座、自密實(shí)混凝土、CRTSⅢ型軌道板和橋面防水層以及其他橋面附屬結(jié)構(gòu)，鋼梁與兩邊簡(jiǎn)支梁通過(guò)伸縮調(diào)節(jié)器連接。

2 工程重難點(diǎn)

裕溪河特大橋?yàn)榇罂缍蠕撓滂炝盒崩瓨颍瑯蛄褐ё繛榭v向支座和多向支座，主橋?qū)侔肫◇w系。橋梁在溫度和風(fēng)荷載作用下，位移和變形較大且復(fù)雜。本工程重難點(diǎn)如下：

（1）該橋在溫度和風(fēng)荷載作用下，變形較大且復(fù)雜，研究主橋在風(fēng)和溫度影響下的橫向位移和變形的規(guī)律是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。

（2）施工精度和測(cè)量技術(shù)要求高，現(xiàn)場(chǎng)在不同時(shí)段和環(huán)境下鋼箱梁變形大，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制難度大。

（3）有效施工時(shí)間短，施工測(cè)量只能在良好天氣下的夜間進(jìn)行，且每次施工前必須對(duì)CPⅢ控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)平差，導(dǎo)致有效施工時(shí)間短。

（4）在斜拉橋無(wú)砟軌道施工項(xiàng)目中，裕溪河特大橋首次采用橋軌一體化溫度調(diào)節(jié)伸縮裝置，并結(jié)合采用多項(xiàng)新技術(shù)、新工藝。過(guò)程中監(jiān)測(cè)、試驗(yàn)、計(jì)算工序復(fù)雜，對(duì)工序的銜接要求高，是項(xiàng)目把控的重點(diǎn)之一。

（5）受鋼箱梁上部桁架影響，無(wú)砟軌道施工空間狹小，加之主跨在裕溪河上方，軌道板及自密實(shí)混凝土只能通過(guò)主橋兩端吊裝上橋，采用線(xiàn)間運(yùn)輸物流組織方案，施工工效低。

因此，研究橋梁變形和位移的規(guī)律，實(shí)現(xiàn)無(wú)砟軌道施工中線(xiàn)形控制與橋梁變形相適應(yīng)是保證軌道結(jié)構(gòu)高平順性、高穩(wěn)定性及高可靠性的重要基礎(chǔ)。

3 施工方案

3.1 總體施工方案

在無(wú)砟軌道施工前，通過(guò)Midas及ANSYS等有限元軟件對(duì)橋體結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模分析，通過(guò)計(jì)算得到斜拉橋在無(wú)砟軌道施工過(guò)程中各工況下的線(xiàn)形變化及規(guī)律，并采用水袋壓重的方式對(duì)橋體進(jìn)行預(yù)加載，以保證理論值與實(shí)際值的統(tǒng)一（見(jiàn)圖1）。

圖1 水袋預(yù)壓

由于該橋?yàn)榘肫◇w系，在二期恒載及風(fēng)荷載等外界因素影響下，橋面標(biāo)高處于波動(dòng)狀態(tài)，所以橋面埋設(shè)的CPⅢ控制網(wǎng)成果也在隨之變化。為解決這一難題，對(duì)CPⅢ控制網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，做到隨用隨測(cè)，即每次進(jìn)行測(cè)量工作前，先對(duì)CPⅢ控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)校核，以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。與此同時(shí)，利用全程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方式對(duì)橋面線(xiàn)形變化進(jìn)行監(jiān)控，將理論變化值與實(shí)際變化值進(jìn)行擬合分析，用數(shù)據(jù)指導(dǎo)無(wú)砟軌道施工［5］。為減少環(huán)境因素對(duì)橋梁線(xiàn)形的不利影響，通過(guò)試驗(yàn)方法，確定無(wú)砟軌道施工必須在溫度梯度不大于3 ℃、風(fēng)速小于5 m/s的特定環(huán)境下進(jìn)行。

3.2 鋼梁墊層施工

裕溪河特大橋斜拉橋防護(hù)墻內(nèi)側(cè)設(shè)置厚度153 mm稀釋混凝土墊層，根據(jù)軌道板位置每隔4.23～6.00 m 設(shè)置1 道伸縮縫，分段長(zhǎng)度與軌道板同步［6］，伸縮縫寬20 mm，采用硅酮膠填充。

墊層混凝土設(shè)2層HPB300φ10@100 mm鋼筋網(wǎng)片，并按梅花形間隔40 cm 設(shè)置架立鋼筋，鋼筋保護(hù)層為30 mm（見(jiàn)圖2）。混凝土墊層與鋼梁面之間采取栓釘連接，栓釘間距600 mm。

混凝土墊層施工順序?yàn)椋合葷仓啥舜芜吙缫约斑吙纾? 次成型），再澆筑中跨。混凝土上橋采用汽車(chē)泵輸送，中跨河道上方采用地泵接力的方式進(jìn)行運(yùn)輸。

圖2 鋼梁混凝土墊層鋼筋網(wǎng)片鋪設(shè)

3.3 底座施工

底座為現(xiàn)澆分塊式結(jié)構(gòu)［7］，混凝土強(qiáng)度C40，配置雙層鋼筋網(wǎng)片。鋼梁范圍底座板采用預(yù)埋鋼筋與橋面連接，簡(jiǎn)支箱梁范圍采用植筋方式與橋面連接。

鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器區(qū)軌枕埋入式無(wú)砟軌道底座板長(zhǎng)度、寬度與道床板的長(zhǎng)度、寬度相同。CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道簡(jiǎn)支梁范圍每塊軌道板對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度設(shè)置單元底座板，相鄰底座板間設(shè)置寬度50 mm 伸縮縫，較軌道板每側(cè)寬20 cm。底座板之間不填充。底座板兩側(cè)與梁面墊層縱向間采用有機(jī)硅酮嵌縫材料密封，密封材料20 mm（深）×15 mm（寬），其性能滿(mǎn)足Q/CR 601—2017《鐵路無(wú)砟軌道嵌縫材料》的相關(guān)規(guī)定。每塊底座板上設(shè)置2個(gè)限位凹槽，用于道床板下限位凸臺(tái)的鑲嵌。底座板表面設(shè)置6%的橫向排水坡，變坡點(diǎn)位于自密實(shí)混凝土層邊緣往軌道中心線(xiàn)方向5 cm處?；炷恋鬃┕ひ?jiàn)圖3。

圖3 混凝土底座施工

底座板混凝土的澆筑順序與混凝土墊層一致，同樣是從兩端到中間，使用汽車(chē)泵與地泵接力的方式運(yùn)輸混凝土上橋。與常規(guī)底座板施工不同的是，斜拉橋底座板施工需要抵消混凝土墊層施工中所產(chǎn)生的誤差，所以底座板厚度以及設(shè)計(jì)標(biāo)高需要等墊層施工完成后橋面標(biāo)高趨于穩(wěn)定的情況下方能確定［8-9］，在混凝土澆筑過(guò)程中，不僅要對(duì)底座板厚度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，而且還要測(cè)量其標(biāo)高，以便更好地控制施工質(zhì)量。

3.4 隔離層鋪設(shè)

在伸縮調(diào)節(jié)器范圍內(nèi)，沿用傳統(tǒng)4 mm 厚土工布隔離層［10］，鋪設(shè)時(shí)將底座清理干凈，鋪設(shè)要求無(wú)褶皺、無(wú)空鼓、無(wú)隆起、無(wú)破損、無(wú)搭接。鋼梁處調(diào)節(jié)器范圍外，采用新型橡膠隔離緩沖墊層，厚14 mm，材質(zhì)為合成橡膠，力學(xué)性能良好，具有減振性能好、耐久性好、不怕水等優(yōu)點(diǎn)。鋪設(shè)時(shí)使用手持射釘槍使其與底座板有效連接，并且使用手持槍進(jìn)行搭接縫合，搭接長(zhǎng)度為10 cm。限位凹槽四周依舊沿用傳統(tǒng)的彈性緩沖墊層，采用魚(yú)珠膠粘接，鋪設(shè)密實(shí)、牢固（見(jiàn)圖4）。

圖4 彈性緩沖墊層

3.5 軌道板鋪設(shè)及自密實(shí)混凝土澆筑

軌道板上橋采用龍門(mén)吊吊裝的方式，從兩側(cè)邊跨起吊，先鋪設(shè)邊跨，后鋪設(shè)中跨。先進(jìn)行軌道板粗鋪，采用機(jī)械吊裝，人工配合輔助鋪設(shè)。粗鋪完成后，待斜拉橋標(biāo)高趨于穩(wěn)定時(shí)，計(jì)算自密實(shí)混凝土理論厚度以及軌道板精調(diào)數(shù)據(jù)，隨后開(kāi)始軌道板精調(diào)。

在軌道板精調(diào)完成后，立即進(jìn)行自密實(shí)混凝土灌注，澆筑順序?yàn)橄冗吙?、后中跨，澆筑過(guò)程中需對(duì)軌道板平面位置及標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量（見(jiàn)圖5）。

圖5 自密實(shí)混凝土澆筑

3.6 橋面防水施工

為保證軌道板線(xiàn)形，防水層施工將在軌道板精調(diào)前進(jìn)行，其中防護(hù)墻外側(cè)的防水與底座板同步實(shí)施，防護(hù)墻內(nèi)側(cè)的防水在軌道板精調(diào)前施工。每塊底座板的長(zhǎng)度設(shè)置一段防水層坡度，標(biāo)高一端為最大值，另一端為最小值。先縱向排水，然后沿底座板板縫橫向排出，再穿過(guò)防護(hù)墻上的排水孔，最后通過(guò)鋼梁泄水孔排出。

4 結(jié)論

針對(duì)高速鐵路大跨度鋼箱桁梁斜拉橋無(wú)砟軌道施工項(xiàng)目，從橋面CPⅢ控制、橋體線(xiàn)形監(jiān)測(cè)、無(wú)砟軌道施工工藝等各方面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并成功應(yīng)用于裕溪河特大橋無(wú)砟軌道施工，對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)如下：

（1）全橋線(xiàn)形監(jiān)測(cè)技術(shù)。對(duì)不同環(huán)境溫度下鋼梁變形值進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)［11］，結(jié)合觀測(cè)數(shù)據(jù)分析鋼梁在不同環(huán)境溫度下的變形規(guī)律，得到橋梁剛度實(shí)際值為理論值的1.042 倍，與理論計(jì)算吻合良好，該數(shù)據(jù)為無(wú)砟軌道施工及試運(yùn)營(yíng)期間的控制提供了理論支持。

（2）水袋預(yù)加載技術(shù)。在無(wú)砟軌道施工中，首次采用等效荷載預(yù)壓的方法，全面考慮混凝土底座、軌道板、自密實(shí)混凝土等結(jié)構(gòu)層施工前后、施工過(guò)程中的各項(xiàng)活載，以及其他二期恒載作用下的多種工況，選用水袋預(yù)加載的方法，充分發(fā)揮水袋加載節(jié)能環(huán)保、利于控制、方便調(diào)整等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。

（3）斜拉橋CPⅢ控制技術(shù)。斜拉橋線(xiàn)形對(duì)溫度比較敏感，橋面線(xiàn)形受構(gòu)件溫差（如索與梁、索與塔）影響較大，受系統(tǒng)整體升降溫影響相對(duì)較小。為了最大程度地降低線(xiàn)形受結(jié)構(gòu)構(gòu)件溫差的影響，使實(shí)測(cè)線(xiàn)形與計(jì)算線(xiàn)形相吻合，通過(guò)對(duì)橋面進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，找到線(xiàn)形波動(dòng)最小時(shí)刻，確定最佳溫度點(diǎn)，方便指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工及CPⅢ控制測(cè)量工作。