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        平豎曲線疊合段大梁縫伸縮軌道施工技術(shù)研究

        2020-08-29 08:59:12任化慶
        鐵道建筑技術(shù) 2020年6期

        任化慶

        (中鐵十五局集團(tuán)路橋建設(shè)有限公司 江蘇南京 210031)

        1 工程背景

        重慶軌道環(huán)線二期軌道工程,位于南岸區(qū)和九龍坡區(qū),其中鵝公巖軌道專用橋橫跨長江。為確保貨輪通航要求,設(shè)計(jì)采用自錨式雙塔懸索鋼混結(jié)合橋梁,引橋采用混凝土箱梁,主橋采用鋼箱梁[1]。其西引橋端大梁縫處于直線段,東引橋端處于豎、緩曲線重疊段,如圖1所示。

        圖1 鵝公巖軌道專用橋

        鵝公巖大橋鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器與梁端裝置均位于曲線段,最大設(shè)計(jì)車速100 km/h,平曲線半徑為2 000 m,圓曲線超高55 mm,緩和曲線超高順坡率不大于2‰;豎曲線半徑為3 550 m,坡度8.85‰。采用60 kg/m U75V鋼軌,標(biāo)準(zhǔn)軌距1 435 mm,軌底坡1∶40,設(shè)計(jì)梁縫寬800 mm。

        鵝公巖大橋主橋段以隔離式減震墊無砟道床[2]為主,其東引橋混凝土梁P16橋墩位于平、豎曲線段梁縫處。為有效解決曲線超高段軌道變形與穩(wěn)定性,設(shè)計(jì)安裝2組長枕埋入式無砟軌道鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器與上承式抬枕裝置一體化設(shè)備[3]。抬枕裝置部分區(qū)段采用鋼枕埋入式,在主橋與引橋跨梁縫處采用鋼枕懸空式安裝方式。

        在該橋施工前,為了解決東引橋超大梁縫大跨度施工難題,組織了專家評審會(huì)議,并進(jìn)行室內(nèi)伸縮阻力、靜載及300萬次疲勞試驗(yàn)等系列驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明,具有縱梁防跳保護(hù)的梁段伸縮裝置能滿足鵝公巖大橋梁端使用要求,于2019年7月完成鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器與梁端裝置安裝、施工任務(wù)。

        2 結(jié)構(gòu)形式與受力特點(diǎn)

        (1)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)與梁端裝置結(jié)構(gòu)形式

        鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器是一種軌道溫調(diào)設(shè)備[4],全長22.18 m,基本軌長19.335 m,尖軌長11.2 m,調(diào)節(jié)器位移量為-600 mm~+800 mm,適用于曲線半徑≥2 000 m地段。

        鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器至尖軌跟端范圍采用22根鋼筋桁架混凝土長枕,其中1#~3#、22#為B型桁架枕,4#~21#為A型桁架枕[5]。鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器尖軌尖端至梁縫梁端裝置采用滑動(dòng)扣件,基本軌始端至梁端裝置及尖軌跟端采用彈條扣件組裝,調(diào)節(jié)器采用硫化鐵墊板,與軌枕的連接采用偏心緩沖調(diào)距塊結(jié)構(gòu),如圖2所示。

        圖2 鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器安裝示意(單位:mm)

        鵝公巖大橋曲線地段梁端抬枕裝置采用上承式“4-3-5”結(jié)構(gòu)[6],共12根鋼枕,其中中間3根(即⑤、⑥、⑦枕)鋼枕為懸空枕,其余為埋入式枕。①~④枕鋪設(shè)在引橋混凝土梁端,⑧~○12枕鋪設(shè)在主橋一側(cè)無砟道床內(nèi)。

        抬枕裝置采用具有低摩擦組件的縱梁(扁擔(dān)梁)并與②~④枕固定,可在⑤~○12枕間滑動(dòng),采用高強(qiáng)度剪刀叉結(jié)構(gòu),并采用精密銷軸和剪刀防鎖緊裝置[7]。在縱梁⑩~○12范圍安裝防跳裝置,部件包括鋼枕上三聯(lián)扣鐵、三聯(lián)扣鐵墊板及螺栓副等,三聯(lián)扣鐵安裝在⑩~○12枕;在⑩枕縱梁下安裝縱梁滑動(dòng)墊板,在○11、○12枕縱梁下安裝三聯(lián)扣鐵墊板,如圖3所示。

        圖3 抬枕裝置安裝示意(單位:mm)

        (2)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)與梁端裝置受力特點(diǎn)

        鵝公巖大橋地處重慶,大橋主跨受夏天溫度變化影響較大,由溫度變化及豎向車輪荷載共同作用,橋梁結(jié)構(gòu)本身及橋上軌道線路將產(chǎn)生較大的縱向力和位移。為了協(xié)調(diào)因溫度變化引起的梁軌相對位移,釋放軌道中較大的附加應(yīng)力[8],避免出現(xiàn)鋼軌碎彎、無砟軌道結(jié)構(gòu)破損、扣件墊板竄動(dòng)危害,保持軌道幾何狀態(tài)穩(wěn)定,保證線路安全運(yùn)營,在鵝公巖大橋曲線地段設(shè)置安裝伸縮調(diào)節(jié)器與梁端一體化設(shè)備有效地解決了這一難題。

        3 超大梁縫伸縮對一體化設(shè)備的影響

        重慶軌道鵝公巖大橋P16橋墩曲線段主橋與引橋設(shè)計(jì)梁縫為800 mm寬,而且鵝橋施工正值夏季,由于夏天溫度高,主橋與引橋受溫度影響變化快,對安裝鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器與抬枕裝置施工有很大影響,需傍晚溫度變化緩慢時(shí)施工,對施工進(jìn)度造成很大影響。

        在調(diào)節(jié)器與梁端裝置鋪設(shè)時(shí),若調(diào)節(jié)器基本軌與伸縮裝置⑧枕均處于伸縮零點(diǎn)位置,伸縮梁縫寬為800 mm,此時(shí)允許調(diào)節(jié)器與伸縮裝置最大伸縮量為-600 mm、+800 mm。如果調(diào)節(jié)器鋪設(shè)時(shí)所處位置的梁縫寬度不等于年平均梁縫寬度,則需在鋪設(shè)前根據(jù)公式(1)計(jì)算基本軌預(yù)留量[9]。如果計(jì)算值在±5 mm范圍內(nèi),鋪設(shè)時(shí)不需設(shè)置預(yù)留量,調(diào)節(jié)器可按基本軌處于零點(diǎn)時(shí)鋪設(shè);否則,在鋪設(shè)時(shí),應(yīng)調(diào)整基本軌組裝位置,使其處于伸縮預(yù)留位置。

        式中,Δ為基本軌預(yù)留伸縮量;W為調(diào)節(jié)器鋪設(shè)時(shí)梁縫寬度;Wmax為冬季梁縫寬度最大值;Wmin為冬季梁縫寬度最小值。

        當(dāng)Δ>0時(shí),基本軌伸出;當(dāng) Δ<0時(shí),基本軌縮進(jìn)。

        4 伸縮調(diào)節(jié)器與抬枕裝置施工工藝

        4.1 控制網(wǎng)建立與測量方法

        根據(jù)鵝公巖自錨式懸索橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了10對導(dǎo)線點(diǎn),分別設(shè)在橋墩東、西塔臺(tái)處各1對,大、小里程引橋端防撞墻頂部各4對。高程控制點(diǎn)2處,大、小里程引橋各1處(導(dǎo)線點(diǎn)采用預(yù)埋套筒,東西塔臺(tái)采用外懸掛固定支架套筒,高程控制點(diǎn)采用預(yù)埋鋼棒)。采用該種導(dǎo)線構(gòu)成立體交叉三維坐標(biāo)體系[10],在主跨鋼箱梁測量放樣時(shí),能夠有效通過前后段導(dǎo)線點(diǎn)修正因橋梁受溫度與活載影響的收縮變形測量誤差,提高測量精度。

        軌道中心測量根據(jù)精密導(dǎo)線點(diǎn)放樣左(右)線路中心線及每5 m左右橫向設(shè)2個(gè)斷面測量點(diǎn)位,根據(jù)橋梁特點(diǎn),線路中心線在全橋最穩(wěn)定時(shí)間段需一次性貫通放樣。鵝公巖大橋全橋設(shè)置3對共6個(gè)測量控制點(diǎn),主橋墩東、西塔臺(tái)及跨中各1對。鑒于大橋受溫度影響較大,平面位置隨橋梁變化而變化,處于一個(gè)動(dòng)態(tài)過程,以大橋兩端區(qū)間內(nèi)勘測院導(dǎo)線點(diǎn)為依據(jù),分別在混凝土梁(左右線)兩端各測設(shè)1個(gè)點(diǎn)位,以此為基準(zhǔn)點(diǎn)在00:00至5:00時(shí)間段對大橋中心線進(jìn)行貫通測量放樣,保證大橋線路與區(qū)間線路平順接駁。

        軌道高程測量在全橋最穩(wěn)定時(shí)間段按左(右)線路中心線偏樁每4.8~5.2 m橫向設(shè)2個(gè)斷面測量點(diǎn)。大橋預(yù)加荷載加載前對鵝公巖大橋鋼箱梁段進(jìn)行橋面測量,加載完成后連續(xù)觀測7 d高程數(shù)據(jù)并記錄溫度,然后根據(jù)大橋撤除預(yù)加荷載的順序,再對橋面進(jìn)行高程數(shù)據(jù)采集,待荷載完全撤除后對橋面進(jìn)行二次復(fù)核測量。

        4.2 調(diào)節(jié)器與抬枕裝置施工準(zhǔn)備

        調(diào)節(jié)器與抬枕裝置現(xiàn)場核對型號(hào),確保伸縮裝置的鋼枕、支承梁、位移控制箱、吊架、連桿等鋼部件表面按金屬涂層+重防腐油漆涂層處理[11],涂裝總厚度≥280 μm,高強(qiáng)度螺栓出廠時(shí)需進(jìn)行臨時(shí)防腐處理。

        在抬枕裝置及調(diào)節(jié)器鋪設(shè)、安裝之前,需要對基底混凝土梁面鑿毛,基底沖水清理干凈后,鋪設(shè)底層縱橫向鋼筋網(wǎng)片,與梁面預(yù)留L筋進(jìn)行固定,以達(dá)到整體受力的效果。

        4.3 調(diào)節(jié)器與抬枕裝置吊裝及粗調(diào)作業(yè)

        抬枕裝置與調(diào)節(jié)器組裝時(shí),需要廠家專人在現(xiàn)場進(jìn)行指導(dǎo),選取合理吊點(diǎn)進(jìn)行吊裝。在吊裝過程中需要對調(diào)節(jié)器組件(含尖軌、基本軌、軌撐、軌撐螺栓、鐵墊板等)進(jìn)行保護(hù)。必須輕拿輕放,嚴(yán)禁扔、撞擊、翻滾組件。

        將抬枕裝置各部分吊裝至線路中心線位置處,開始進(jìn)行組裝,抬枕裝置三部分由鋼枕上的三聯(lián)扣鐵進(jìn)行連接,然后用全站儀進(jìn)行放點(diǎn)校準(zhǔn)。當(dāng)抬枕裝置水平及豎直方向與線路中心線基本吻合后,用鋼軌支撐架將抬枕裝置起道一定水平位置,調(diào)節(jié)器開始進(jìn)行組裝,調(diào)節(jié)器基本軌位于抬枕裝置①~○12枕上。調(diào)節(jié)器軌枕間距布置為600 mm,當(dāng)調(diào)節(jié)器鋼軌與軌枕組裝完成,同樣用軌排支撐架起道一定水平位置后進(jìn)行粗調(diào)。一體化設(shè)備鋪設(shè)、粗調(diào)完畢,如圖4所示。

        圖4 抬枕裝置與軌道伸縮調(diào)節(jié)器安裝(單位:mm)

        4.4 調(diào)節(jié)器與抬枕裝置精調(diào)作業(yè)

        當(dāng)調(diào)節(jié)器與抬枕裝置一體化鋪設(shè)后,在測量員的配合下,用千斤頂和撬棍微調(diào)抬枕裝置的縱、橫向位置及抬枕裝置頂面標(biāo)高,當(dāng)抬枕裝置頂面標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高同時(shí)抬枕裝置前后左右位置到位后,檢查抬枕裝置⑧枕邊到梁縫邊距離是否為380 mm,用靠尺和卷尺測量;再檢查懸空鋼枕與梁縫邊枕下凈空是否>3 cm;最后檢查抬枕裝置標(biāo)尺刻度與梁縫伸縮量是否一致。當(dāng)所有條件滿足后,將主橋抬枕滑動(dòng)區(qū)與引橋鎖定,抬枕裝置的鋼枕用鋼筋與橋梁錨固筋進(jìn)行焊接[12],如圖5所示。

        圖5 調(diào)節(jié)器精調(diào)與抬枕裝置焊接定位

        這樣即可保證抬枕裝置與梁縫處于同一位置伸縮,曲線地段抬枕裝置的軌距調(diào)整量為±4 mm,正矢調(diào)整量為-4 mm~+20 mm,用調(diào)整墊片調(diào)節(jié)軌距和正矢[13]。在測量員以及施工隊(duì)伍配合下調(diào)整調(diào)節(jié)器頂面標(biāo)高和正矢方向。鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的軌距調(diào)整量:1#枕~21#枕為±32 mm,其中一股鋼軌偏心套的軌距和矢距調(diào)整量為±6 mm,軌撐的軌距調(diào)整量為±10 mm;22#枕為±20 mm,一股鋼軌超高調(diào)整量為-4 mm~+20 mm。

        4.5 整體道床澆筑作業(yè)

        當(dāng)伸縮調(diào)節(jié)器與梁端裝置一體化設(shè)備精調(diào)完成后,在道床澆筑前,為了防止道床混凝土收縮與抬枕裝置鋼枕之間產(chǎn)生離縫,雨水滲入離縫內(nèi)銹蝕鋼枕,道床與鋼枕之間需設(shè)置凹槽,凹槽內(nèi)填充高變形跟隨性、高耐久硅酮嵌縫材料,以適應(yīng)道床混凝土收縮后離縫大小變化。凹槽在澆筑之前用寬25 mm、厚3 mm的藍(lán)色擠塑條貼邊,方便在澆筑后取出,然后填充硅酮嵌縫材料,如圖6所示。

        圖6 抬枕裝置鋼枕四周凹槽嵌縫(單位:mm)

        澆筑之前需將調(diào)節(jié)器與抬枕裝置作包裝處理,避免污染鋼軌扣件和抬枕防跳橫梁。澆筑一體化設(shè)備時(shí),為保證尖軌軌尖到抬枕中心間距為2 300 mm,同時(shí)保證抬枕裝置滑動(dòng)端隨梁縫伸縮變化而變化,應(yīng)分為兩次澆筑。引橋調(diào)節(jié)器基本軌始端與抬枕裝置固定區(qū)鎖定,主橋抬枕裝置滑動(dòng)區(qū)處于可滑動(dòng)狀態(tài),先澆筑引橋一側(cè),當(dāng)混凝土初凝后,松開引橋固定區(qū)基本軌和抬枕裝置軌撐扣件,然后將主橋抬枕裝置滑動(dòng)區(qū)和調(diào)節(jié)器基本軌滑動(dòng)區(qū)人為變?yōu)楣潭▍^(qū),再澆筑主橋一側(cè)的抬枕裝置和伸縮調(diào)節(jié)器部分混凝土,混凝土初凝后松開主橋滑動(dòng)區(qū)軌撐扣件,避免道床隨梁縫伸縮拉裂。

        5 結(jié)束語

        為了解決重慶軌道環(huán)線二期鵝公巖大橋東引橋端平、豎曲線地段超大梁縫對軌道運(yùn)營后橋梁穩(wěn)定性和行車舒適性的影響,通過專家論證、實(shí)驗(yàn)室模擬,最終提出了采用鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器與抬枕裝置一體化設(shè)備進(jìn)行大梁縫的過渡方案。本文通過分析大梁縫、雙曲線軌道線形要素及一體化設(shè)備結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)與疲勞指數(shù),總結(jié)了平、豎曲線大梁縫處鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器與抬枕裝置安裝調(diào)試工藝,為國內(nèi)其他大跨度橋梁梁端伸縮裝置的施工提供借鑒。

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