摘 要：【目的】受周邊環(huán)境變化及人類工程活動(dòng)等因素影響，部分高鐵橋梁地段出現(xiàn)較大橫向偏移，研究如何快速恢復(fù)線路平順性及保障列車安全運(yùn)行。【方法】在分析已有糾偏技術(shù)基礎(chǔ)上，基于摩擦阻荷原理，通過(guò)豎向千斤頂摩擦力平衡水平千斤頂頂推反力，提出一種不用單獨(dú)布設(shè)水平向反力裝置的新型糾偏技術(shù)，構(gòu)建相應(yīng)理論模型，尋找關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，以現(xiàn)場(chǎng)典型工程案例進(jìn)行驗(yàn)證?！窘Y(jié)果】研究結(jié)果表明：隨著箱梁頂升高度和平移量增加，軌道結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力逐漸增大，建議最大頂升高度和單次平移量為10 mm，單個(gè)“天窗點(diǎn)”累計(jì)平移量控制在20 mm內(nèi)；糾偏施工導(dǎo)致軌道板和底座板附加應(yīng)力變化范圍分別為-0.17～0.73 MPa和-1.03～1.65 MPa，不影響軌道結(jié)構(gòu)正常使用和列車安全運(yùn)行?！窘Y(jié)論】糾偏施工后橋梁及軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)穩(wěn)定，線路線形平順，采用普通扣件調(diào)整即可恢復(fù)常速運(yùn)行，研究成果可為類似工程的實(shí)施提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：運(yùn)營(yíng)高鐵；頂升平移糾偏；糾偏理論模型；關(guān)鍵控制參數(shù)；工程應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U448.215" " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A" " " " " " " " 文章編號(hào)：1003-5168（2023）12-0048-07

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.12.009

Research on Key Technology of Box Girder Jacking-up and Translation Rectification of Operating High Speed Railway

ZHAO Yuyuan

（China Railway Guangzhou Group Co.， Ltd.， Guangzhou 510088， China）

Abstract： [Purposes] Affected by various factors such as changes in the surrounding environment and human engineering activities， some high-speed railway bridge sections have experienced large lateral offsets， this paper aims to make clear that how to quickly restore the smoothness of the line and the safe operation of the train. [Methods] Based on the analysis of the existing correction technology and the principle of friction resistance load， a new correction technology without separate horizontal reaction device is proposed by balancing the thrust force of horizontal jack with vertical jack friction force， and the corresponding theoretical model and key technical parameters are verified by typical engineering cases. [Findings] The results show that the additional stress of the track structure increases gradually with the increase of the lifting height and translation of the box girder， and it is suggested that the maximum lifting height and single translation are 10 mm， and the cumulative translation of a single skylight point is controlled within 20 mm. The additional stress of the track slab and the base plate caused by the correction construction are -0.17～0.73 MPa and -1.03～1.65 MPa respectively， which will not affect the normal use of the track structure and the safe operation of the train. [Conclusions] After the rectification construction， the bridge and track structure are stable and the line alignment is smooth， the normal speed operation can be restored by ordinary fastener adjustment， and the research results can provide reference for the implementation of similar projects.

Keywords： operating of high speed railway; jacking-up and translation rectification; deviation correction theoretical model; key control parameter; engineering application

0 引言

截至2022年底，我國(guó)高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程已達(dá)42 000 km。作為線下基礎(chǔ)主要結(jié)構(gòu)類型，橋梁工程所占比例達(dá)到五成。近年來(lái)，在自然營(yíng)力及臨近工程施工影響下，部分高鐵橋梁地段出現(xiàn)超出扣件系統(tǒng)可調(diào)范圍的橫向偏移，嚴(yán)重影響線路平順性和列車安全運(yùn)行［1］。

目前，針對(duì)橋梁地段出現(xiàn)的橫向偏移問題，國(guó)內(nèi)學(xué)者與科研院所開展相關(guān)研究。在成因機(jī)理方面，王崇淦等［2］、董亮等［3］、梁育瑋等［4］分析大面積單側(cè)堆載對(duì)高鐵橋梁墩臺(tái)的影響，揭示單側(cè)堆載是無(wú)砟軌道橋梁地段出現(xiàn)橫向偏移的重要原因；耿大新等［5］以盾構(gòu)下穿某高鐵簡(jiǎn)支梁橋?yàn)楣こ瘫尘?，運(yùn)用有限元軟件分析盾構(gòu)下穿時(shí)列車荷載作用下高鐵簡(jiǎn)支橋梁動(dòng)力響應(yīng)；唐亮等［6］通過(guò)計(jì)算新建橋梁工程對(duì)周圍土體應(yīng)力變化和位移影響及對(duì)鄰近既有橋的影響，分析考慮樁基施工順序和土體附加力對(duì)超近距鄰近既有橋影響的評(píng)價(jià)方法。在公路工程領(lǐng)域，采用頂升平移糾偏技術(shù)進(jìn)行維護(hù)整治已較為常見［7-10］。姜福香等［11］介紹某公路多跨混凝土連續(xù)梁橋整體轉(zhuǎn)動(dòng)提升技術(shù)和監(jiān)控方法；梁志成［12］開展一例公路橋梁發(fā)生徑向、切向和扭轉(zhuǎn)變位連續(xù)箱梁橋的修復(fù)工作；田世清等［13］針對(duì)重慶石忠高速公路李家灣大橋橋墩發(fā)生的嚴(yán)重傾斜偏位，采用數(shù)控頂推方法對(duì)橋梁墩柱進(jìn)行糾偏復(fù)位。但頂升平移糾偏技術(shù)在鐵路行業(yè)，尤其是在運(yùn)營(yíng)高鐵無(wú)砟軌道橋梁工程中應(yīng)用的相關(guān)研究文獻(xiàn)較少。譚社會(huì)［14］對(duì)我國(guó)現(xiàn)有無(wú)砟軌道線形糾偏技術(shù)進(jìn)行綜合論述，在總結(jié)各糾偏技術(shù)特點(diǎn)及適用范圍基礎(chǔ)上，提出相應(yīng)整治建議；馬慧君等［15］針對(duì)CRTS Ⅱ型板式無(wú)砟軌道的橋梁墩身差異沉降開展抬梁整治技術(shù)試驗(yàn)研究；伍柳毅等［16］設(shè)計(jì)一套集頂推、平移和橫向糾偏于一體的步履式頂推裝置，在昆明跨線鐵路橋梁頂推工程中得到成功應(yīng)用。

綜上所述，已有研究的重點(diǎn)在于工程實(shí)踐，工程背景多屬公路領(lǐng)域，關(guān)于運(yùn)營(yíng)高鐵箱梁頂升平移糾偏技術(shù)的研究鮮有報(bào)道，系統(tǒng)糾偏技術(shù)還要深入研究。因此，本研究在分析已有糾偏技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種不用單獨(dú)布設(shè)反力裝置的新型糾偏技術(shù)，通過(guò)數(shù)值分析方法研究糾偏施工過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，以實(shí)際工程案例對(duì)新型糾偏技術(shù)的可行性及關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的合理性進(jìn)行驗(yàn)證，以期解決不影響高鐵正常安全運(yùn)營(yíng)的毫米級(jí)高精度糾偏技術(shù)難題。

1 新型箱梁頂升平移糾偏技術(shù)

高鐵開通運(yùn)營(yíng)后，對(duì)橋梁支座進(jìn)行修復(fù)時(shí)，可利用既有橋墩布置支撐系統(tǒng)進(jìn)行豎向頂升，但對(duì)線路線形進(jìn)行縱橫向平移糾偏時(shí)，缺乏可利用的水平向反力頂推支撐點(diǎn)，現(xiàn)有方法是在橋墩附近專門施工反力架，待平移糾偏完成后再進(jìn)行拆除，這大大增加工程成本、延長(zhǎng)施工工期。面對(duì)水平向反力頂推支撐點(diǎn)難以布置這一技術(shù)難題，本研究基于摩擦阻荷原理［17-18］，通過(guò)豎向千斤頂摩擦力來(lái)提供水平千斤頂頂推反力，提出一種無(wú)須單獨(dú)布設(shè)水平向反力裝置的新型糾偏技術(shù)，其理論模型如圖1所示。

新型箱梁頂升平移糾偏系統(tǒng)通過(guò)在1組豎向千斤頂?shù)酌婧?組豎向千斤頂頂面各安裝摩擦系數(shù)較大的鋼墊板，形成一對(duì)偽固定面。偽固定面的靜摩擦系數(shù)一般在0.15左右，箱梁頂升平移過(guò)程中不出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)。在1組豎向千斤頂頂面和2組豎向千斤頂?shù)酌娓靼惭b摩擦系數(shù)很小的聚四氟乙烯滑板，形成一對(duì)滑動(dòng)面?；瑒?dòng)面的滑動(dòng)摩擦系數(shù)一般在0.05左右，箱梁頂升平移過(guò)程中出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)。對(duì)箱梁進(jìn)行頂升平移時(shí)，豎向千斤頂偽固定面處的摩擦力可提供水平千斤頂?shù)捻斖品戳?，使箱梁沿摩擦力很小的滑?dòng)面產(chǎn)生相對(duì)移位，實(shí)現(xiàn)箱梁橫向糾偏，達(dá)到恢復(fù)線路線形的目的。

2 箱梁頂升平移糾偏關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

頂升平移糾偏時(shí)，箱梁的頂升高度、單次最大平移量及單個(gè)“天窗點(diǎn)”的累計(jì)糾偏量是保證正常施工的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。以某高鐵橋梁偏移整治工程為例，選取其中四跨32.6 m簡(jiǎn)支梁及CRTS Ⅲ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)，建立軌—梁—墩有限元實(shí)體模型，采用ABAQUS有限元軟件研究不同頂升高度及平移量下軌道結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力變化規(guī)律，提出糾偏施工關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)建議值。

2.1 軌—梁—墩有限元實(shí)體模型

所建實(shí)體模型從上到下依次為鋼軌、軌道板、底座板、箱梁（包括預(yù)應(yīng)力鋼絞線）、支座、橋墩［19-20］。其中，軌道和橋梁結(jié)構(gòu)為Hex單元，采用C3D8R單元類型；預(yù)應(yīng)力鋼絞線為Truss單元，采用T3D2單元類型，不設(shè)置普通鋼筋。網(wǎng)格劃分完成后的模型如圖2所示。

為得到糾偏施工關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)建議值，共設(shè)置29種工況。其中，15種不同頂升高度，14種不同平移量。數(shù)值模擬工況見表1。

2.2 豎向頂升關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)計(jì)算分析

根據(jù)軌—梁—墩有限元實(shí)體模型，箱梁在不同頂升高度下（1～10 mm、15 mm、20 mm、25 mm、30 mm、40 mm）的計(jì)算結(jié)果，鋼軌和底座板附加應(yīng)力隨不同頂升高度的變化規(guī)律如圖3所示。

由圖3可知，隨著箱梁頂升高度的增加，鋼軌和底座板的附加應(yīng)力隨之增大。當(dāng)單次頂升高度為30 mm時(shí)，鋼軌最大附加拉應(yīng)力為52.0 MPa，底座板最大附加拉應(yīng)力為1.87 MPa，小于C40混凝土的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值2.40 MPa。頂升高度增加至40 mm后，鋼軌和底座板附加拉應(yīng)力明顯增大，分別為78.4 MPa、2.52 MPa，底座板附加拉應(yīng)力已超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度。當(dāng)單次頂升高度為10 mm時(shí)，鋼軌和底座板附加拉應(yīng)力分別為13.3 MPa、0.55 MPa。此時(shí)，底座板拉應(yīng)力遠(yuǎn)小于混凝土抗拉強(qiáng)度。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工表明，頂升高度達(dá)到5～10 mm時(shí)，可滿足橫向平移要求。因此，為盡量減小箱梁豎向頂升對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的影響，建議頂升高度控制在10 mm以內(nèi)，最大不超過(guò)30 mm。

2.3 橫向平移關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)計(jì)算分析

在頂升高度為10 mm時(shí)，根據(jù)軌—梁—墩有限元實(shí)體模型，箱梁在不同平移量時(shí)（1～10 mm、15 mm、20 mm、25 mm、30 mm）的計(jì)算結(jié)果，鋼軌和底座板附加應(yīng)力隨不同平移量的變化規(guī)律如圖4所示。

由圖4可知，隨著箱梁平移量增加，鋼軌和底座板的附加應(yīng)力隨之增大。當(dāng)單次平移量為20 mm時(shí)，鋼軌最大附加拉應(yīng)力為84.5 MPa，底座板最大附加拉應(yīng)力為2.28 MPa，小于C40混凝土的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值2.40 MPa；平移量增加至30 mm后，鋼軌和底座板附加拉應(yīng)力明顯增大，分別為114.6 MPa、4.05 MPa，底座板附加拉應(yīng)力已超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度。當(dāng)單次頂升高度為10 mm時(shí)，鋼軌和底座板附加拉應(yīng)力分別為54.3 MPa、1.48 MPa，此時(shí)底座板拉應(yīng)力遠(yuǎn)小于混凝土抗拉強(qiáng)度，不影響軌道結(jié)構(gòu)正常使用。因此，建議糾偏施工時(shí)單次最大平移量控制在10 mm以內(nèi)，單個(gè)“天窗點(diǎn)”累計(jì)平移量不超過(guò)20 mm。

3 箱梁頂升平移糾偏工程應(yīng)用

3.1 工程概況

某城際鐵路全長(zhǎng)115 km，設(shè)計(jì)速度為200 km/h，于2012年12月正式開通運(yùn)營(yíng)。由于K20+800～K22+200段沿線附近的深基坑工程施工，導(dǎo)致部分線路發(fā)生較大橫向偏移。根據(jù)2020年8月軌道線形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，線路偏移量見表2，面向大里程向右偏為負(fù)，面向大里程向左偏為正。

該城際鐵路K20+800～K22+200段共有9個(gè)橋墩要進(jìn)行糾偏修復(fù)，線路平均偏移量為-21.6～9.5 mm。其中，130#橋墩平均偏移量為-21.6 mm，128#橋墩平均偏移量最大為9.5 mm［21］。K20+800～K22+200段橋跨布置均為32 m單箱雙室梁，每個(gè)橋墩頂部均布置固定支座、橫向活動(dòng)支座、縱向活動(dòng)支座和多向活動(dòng)支座（各1個(gè)），支座類型為CKPZ-4250型盆式橡膠支座。

3.2 箱梁頂升平移糾偏方案設(shè)計(jì)

工程場(chǎng)地屬珠江三角洲沖積平原地貌，地面地勢(shì)平坦，設(shè)計(jì)采用頂升平移方式進(jìn)行糾偏整治，工程施工現(xiàn)場(chǎng)如圖5所示。

在箱梁頂升平移糾偏系統(tǒng)布設(shè)時(shí)，每個(gè)支座外側(cè)沿線路橫向設(shè)置4個(gè)豎向千斤頂和1個(gè)水平千斤頂，千斤頂額定頂升力均為150 t。在每片箱梁上安裝2個(gè)拉線式位移傳感器，分別實(shí)時(shí)監(jiān)控頂升高度和糾偏量，并在無(wú)砟軌道板和底座板上安裝應(yīng)力傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)。施工時(shí)，采用精度為0.1 mm的多點(diǎn)同步位移液壓控制系統(tǒng)對(duì)箱梁進(jìn)行頂升和平移，箱梁頂升高度按5～10 mm控制，單次平移量按不超過(guò)10 mm、單個(gè)“天窗點(diǎn)”累計(jì)平移量不超過(guò)20 mm控制。

3.3 無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力分析

為分析箱梁頂升平移糾偏對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的影響，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行長(zhǎng)期持續(xù)監(jiān)測(cè)。根據(jù)2022年11月26日到2022年11月30日的監(jiān)測(cè)結(jié)果，130#橋墩處軌道板和底座板應(yīng)力隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖6、圖7所示，正值為拉應(yīng)力，負(fù)值為壓應(yīng)力。

由圖可知，24 h內(nèi)軌道板和底座板應(yīng)力均呈“V”字形起伏，在“天窗點(diǎn)”糾偏施工期間軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)力僅發(fā)生微小變化，軌道板和底座板應(yīng)力波動(dòng)范圍分別為-0.17～0.73 MPa、-1.03～1.65 MPa。當(dāng)日施工結(jié)束至下次糾偏前，施工所在地04：00—23：00期間的最大溫差約為10 ℃，軌道板和底座板的變化范圍分別為-2.07～0.73 MPa、-5.97～2.13 MPa，遠(yuǎn)大于箱梁頂升平移糾偏對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的影響。同時(shí)，計(jì)算得到的“天窗點(diǎn)”施工期間導(dǎo)致軌道結(jié)構(gòu)的微小應(yīng)力，僅與溫度變化2.8 ℃產(chǎn)生的應(yīng)力相當(dāng)。在日間列車運(yùn)行和溫度荷載作用下，至下次糾偏前軌道結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力已基本消散。綜上可知，箱梁頂升平移糾偏對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的影響很小，不會(huì)損壞軌道結(jié)構(gòu)正常使用功能，若在預(yù)定工期內(nèi)適當(dāng)增大兩次糾偏施工時(shí)間間隔，可進(jìn)一步降低對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的影響。

3.4 箱梁頂升平移糾偏效果

該項(xiàng)目自2022年8月20日開工，2022年12月30日結(jié)束，箱梁頂升平移糾偏完成后，對(duì)線路線形進(jìn)行測(cè)量和精調(diào)，糾偏前后線形對(duì)比如圖8所示。

由圖8可知，線路實(shí)際糾偏量與設(shè)計(jì)糾偏量基本一致，相對(duì)偏差量為-1.3～1.4 mm，平均差值為0.6 mm，表明箱梁頂升平移糾偏精度可控制在2 mm以內(nèi)，達(dá)到毫米級(jí)高精度控制要求。糾偏施工后橋梁及軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)穩(wěn)定，線路線形平順，已于2023年1月逐級(jí)提速恢復(fù)常速200 km/h正常運(yùn)營(yíng)，截至目前未見異常。

4 結(jié)論

對(duì)部分高鐵橋梁地段出現(xiàn)的橫向偏移問題，基于摩擦阻荷原理，提出一種無(wú)須單獨(dú)布設(shè)水平向反力裝置的新型糾偏技術(shù)，開展箱梁頂升平移糾偏理論模型、糾偏方案設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)工程應(yīng)用等系統(tǒng)研究，得到以下結(jié)論。

①隨著箱梁頂升高度和平移量增加，軌道結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力逐漸增大，為盡量減小糾偏施工對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的影響，建議最大頂升高度為10 mm，極值控制在30 mm內(nèi)，單次最大平移量為10 mm，單個(gè)“天窗點(diǎn)”累計(jì)平移量控制在20 mm內(nèi)。

②“天窗點(diǎn)”糾偏施工期間，軌道板和底座板附加應(yīng)力變化范圍分別為-0.17～0.73 MPa、-1.03～1.65 MPa，箱梁頂升平移糾偏不影響軌道結(jié)構(gòu)正常使用和列車安全運(yùn)行。

③箱梁頂升平移糾偏后，橋梁及軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)穩(wěn)定，線路線形平順，采用普通扣件調(diào)整即可恢復(fù)常速運(yùn)行。解決了不影響高鐵正常安全運(yùn)營(yíng)的毫米級(jí)高精度糾偏復(fù)雜技術(shù)難題，研究成果為高鐵橋梁地段的健康維護(hù)提供借鑒。

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