摘要：高速鐵路大跨度特殊結(jié)構(gòu)橋梁地段的軌道維護(hù)是高速鐵路軌道養(yǎng)修的一大難題，需要重點(diǎn)研究。本文基于某高速鐵路某特大橋梁體健康監(jiān)測、軌道幾何線形線位監(jiān)測、軌道基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)靜態(tài)檢查以及接觸網(wǎng)參數(shù)檢查數(shù)據(jù)分析，總結(jié)大跨度特殊結(jié)構(gòu)橋梁梁體及無縫線路變形對線路狀態(tài)的影響規(guī)律，形成大跨度特殊結(jié)構(gòu)橋梁軌道全壽命周期管理的關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)及養(yǎng)護(hù)維修建議，有效提升高速鐵路大跨度特殊橋梁軌道平順性、穩(wěn)定性，保持軌道耐久性。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；特殊橋梁；鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器；幾何形位；變形

作者簡介：姜洪波，男，工程師。

在高速鐵路大跨度特殊結(jié)構(gòu)橋梁地段，季節(jié)性溫度變化使無縫線路與梁體間形成相對位移，引發(fā)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器狀態(tài)不良、軌枕爬行間距超標(biāo)、扣件系統(tǒng)穩(wěn)定性衰減等病害，導(dǎo)致軌道幾何線形線位狀態(tài)不良、幾何尺寸超限、軌道動力學(xué)指標(biāo)上升，線路穩(wěn)定周期短，是高速鐵路軌道養(yǎng)修的一大難題。

本文以某高速鐵路某特大橋?yàn)槔瑢竟?jié)性溫度變化造成的大跨度特殊結(jié)構(gòu)橋梁梁體和無縫線路位移進(jìn)行系統(tǒng)分析，深入查找運(yùn)營過程中存在的問題及其原因，并結(jié)合歷年線路設(shè)備養(yǎng)修整治經(jīng)驗(yàn)，提出合理的軌道養(yǎng)修策略。

1設(shè)備概況

某特大橋全長852.43 m（從橋頭到橋尾），設(shè)計(jì)時速250 km。大橋結(jié)構(gòu)如圖1所示，橋跨組合：3-42 m連續(xù)梁+（60+104+60）m預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)+8-39.5 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁+2-60 m預(yù)應(yīng)力混凝土T構(gòu)+1-42 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁，主橋采用1×416 m上承式勁性骨架鋼筋混凝土拱橋。

橋上線路平面為直線，坡度0‰，鋪設(shè)有砟軌道無縫線路，橋上共設(shè)置4組單向鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器（其中主橋起止端上下行線各1組），長度均為16.2 m，鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器前后543 m設(shè)無縫線路單元軌節(jié)，實(shí)際鎖定軌溫30 ℃。主要采用彈條Ⅴ型、WJ-7型扣件系統(tǒng)，鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器間基本軌一側(cè)各100 m范圍鋪設(shè)彈條Ⅴ型小阻力扣件。

2主要設(shè)備病害

（1）橋梁橋臺、梁縫位置、鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器尖軌尖端及跟端焊縫位置高低變化大（圖2），軌道平順性不易保持，養(yǎng)修周期較短，存在慣性體感不良、車載超限問題（圖3）。

（2）鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器前軌枕間距隨鋼軌及梁體伸縮變化，存在軌枕間距逐步變大、軌枕偏斜、軌下膠墊竄出、空吊、彈砟問題，引起軌枕病害，動態(tài)檢測軌道幾何不平順偏差頻次增多，如圖4和圖5所示。

（3）鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器尖基軌縱向位移。出現(xiàn)左右基本軌縱向位移不均衡導(dǎo)致尖軌尖端相錯、軌距超限、降低值超限、尖基本軌組件輪載過渡區(qū)段范圍內(nèi)鋼軌光帶嚴(yán)重不良、岔后接頭部位出現(xiàn)碎軌、軌撐與尖軌腳面磨痕等病害，鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器和鋼軌病害如圖6所示。

（4）防撞墻處受梁體伸縮影響，梁縫隨溫度變化，梁體收縮時易造成與防撞墻頂死，梁端處梁面鋼蓋板位移、梁端止水帶破損導(dǎo)致有砟軌道漏砟，如圖7所示。

3梁軌相互作用規(guī)律分析

2018年以來，將某特大橋橋梁梁體變形、軌道幾何線形線位納入周期監(jiān)測，并結(jié)合日常開展的軌道幾何尺寸檢查、軌道結(jié)構(gòu)動態(tài)檢測、靜態(tài)檢測、接觸網(wǎng)參數(shù)狀態(tài)檢查以及溫度變化情況監(jiān)測，對橋梁梁軌相互作用規(guī)律進(jìn)行分析。

3.1橋梁梁體沉降分析

3.1.1橋梁位移監(jiān)測點(diǎn)布置

為準(zhǔn)確測量因拱圈變形、溫度作用引起的拱上梁體豎向變形，開通初期在某特大橋的下游選取了15個測點(diǎn)、上游選取3個測點(diǎn)布設(shè)靜力水準(zhǔn)儀用于監(jiān)測沉降變形，如圖8所示。在靜力水準(zhǔn)儀中集成了溫度傳感器來監(jiān)測全橋溫度的情況。

3.1.2梁體沉降與溫度變化分析

選取開通后數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)大橋監(jiān)測點(diǎn)實(shí)測的溫度變化整體趨勢與大氣溫度變化基本一致，監(jiān)測點(diǎn)溫度變化趨勢如圖9所示。7號監(jiān)測點(diǎn)溫度與沉降量變化關(guān)系如圖10所示。梁體沉降變形與溫度變化有較為明顯的相關(guān)性。高溫季節(jié)，橋面線形較為平順；低溫季節(jié)，從橋頭向橋梁中部呈不均勻下沉趨勢，其中橋梁中部沉降量最大。

3.2軌道幾何形位變化分析

2020年以來，利用軌道測量儀開展軌道幾何形位監(jiān)測，數(shù)據(jù)對比分析發(fā)現(xiàn)大橋上軌道幾何形位隨季節(jié)性氣溫變化明顯，其中大跨度連續(xù)梁梁端位置（鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器尖端）軌面高程偏差隨氣溫變化而變化，且尖軌為鎖定狀態(tài)，跟端焊縫為應(yīng)力集中點(diǎn)，氣溫較高季節(jié)兩個位置均出現(xiàn)高低不良問題，氣溫較低季節(jié)有收斂趨勢，梁體中部軌面高程隨拱圈收縮而變化，高程偏差隨氣溫下降而持續(xù)變大，冬季時達(dá)高程偏差最大值，氣溫回升后軌面高程逐步趨向設(shè)計(jì)值，變化量最大達(dá)30 mm，與梁體監(jiān)測點(diǎn)縱斷面變化趨勢基本保持一致，如圖11～圖13所示。

3.3橋上接觸網(wǎng)導(dǎo)高變化分析

2020年以來持續(xù)開展橋梁上接觸網(wǎng)導(dǎo)高參數(shù)測量，因接觸網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)置在橋梁梁體外緣，導(dǎo)高參數(shù)與橋梁梁面變形趨勢基本一致，變化幅度較小。通過對比分析橋梁中部前后接觸網(wǎng)導(dǎo)高參數(shù)發(fā)現(xiàn)，氣溫較高季節(jié)導(dǎo)高參數(shù)呈變大趨勢，隨氣溫降低導(dǎo)高參數(shù)逐漸變小，與軌面高程季節(jié)性變化趨勢吻合，如圖14和圖15所示。

3.4鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器變化分析

根據(jù)高速鐵路設(shè)備檢查相關(guān)規(guī)定，每月對某特大橋鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器進(jìn)行狀態(tài)檢查，重點(diǎn)對基本軌伸縮量、軌枕間距進(jìn)行分析。

3.4.1軌枕間距偏移原因

通過圖16可看出梁縫位置防撞墻間隙（梁縫寬度）與軌溫的關(guān)系，大跨度連續(xù)梁與引梁梁體受溫度應(yīng)力作用產(chǎn)生縱向位移，軌溫越高梁縫越小?，F(xiàn)場通過梁縫寬度可以看出，大跨度連續(xù)梁端伸縮量較大，這是引起軌枕偏移的主要因素。

3.4.2基本軌伸縮量變化分析

數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)基本軌伸縮量與軌溫變化關(guān)聯(lián)密切，如圖17所示。因基本軌端設(shè)置小阻力扣件，扣壓縱向阻力相對較小，且在鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器上為可伸縮狀態(tài)，當(dāng)實(shí)測軌溫小于鎖定軌溫10 ℃以上時，由于梁體與無縫線路伸縮位移，在高低溫交替后，尖軌前端產(chǎn)生高低不良，軌枕產(chǎn)生偏斜、間距變化，尖軌部位出現(xiàn)降低值不良、軌距加寬不良問題。

4整治情況

4.1整體動道作業(yè)情況分析

2017—2023年在橋上主要開展了大機(jī)搗固、人工軌道精調(diào)、方正軌枕以及軌道結(jié)構(gòu)問題處理等整治項(xiàng)目，線路每年精調(diào)2次（集中在12月至次年1月、5—7月），2021年8月進(jìn)行大機(jī)搗固、結(jié)構(gòu)問題處理等全面作業(yè)后，降低為每年1次，集中在每年2—4月；方正軌枕每年2次，集中在每年2—3月、9—10月，整治處所位于鋼軌伸縮調(diào)結(jié)器4～9號枕，如圖18所示。

4.2大機(jī)搗固作業(yè)情況分析

使用同一組CDW-32K連續(xù)式道岔搗固穩(wěn)定車采用雙搗穩(wěn)+雙搗穩(wěn)跟進(jìn)搗固模式，對某特大橋進(jìn)行搗固，大機(jī)搗固后軌道TQI明顯下降。搗固前通過軌道測量儀測量確定大機(jī)搗固起道量，搗固后進(jìn)行測量復(fù)核，通過大機(jī)搗固前后軌面高程差值與計(jì)劃起道量的比值求得大機(jī)搗固實(shí)現(xiàn)率。起道量越大實(shí)現(xiàn)率越小，在起道量小于30 mm的情況下，實(shí)現(xiàn)率基本保持在70%以上，如圖19和圖20所示。

5大跨度特殊結(jié)構(gòu)橋梁軌道養(yǎng)修策略

5.1合理設(shè)定不同季節(jié)軌道整修技術(shù)條件

5.1.1大機(jī)搗固作業(yè)技術(shù)條件

通過數(shù)據(jù)分析可看出，某特大橋夏、冬季節(jié)橋梁中部軌面高程變化量絕對值差最大30 mm，軌面高程隨季節(jié)性溫度變化，冬季高程偏差相對較大。為保證大跨度連續(xù)梁上軌道幾何形位全年基本趨于穩(wěn)定，使線路長波高低平順性上下浮動達(dá)最小，應(yīng)視梁體中部軌道幾何形位及軌道幾何不平順變化情況，間隔3年左右優(yōu)先選取冬季、春季對橋梁梁端、連續(xù)梁部位進(jìn)行有砟軌道道床補(bǔ)充，并安排大機(jī)搗固維修。大機(jī)搗固起道量以控制在30 mm內(nèi)為宜；梁體中部起道量比兩側(cè)增加15～20 mm，以小于0.3‰的順坡率進(jìn)行高程順坡；橋臺前后50 m大機(jī)起道按30%給定加成率（即在保證整體平順的情況下加上大機(jī)搗固未實(shí)現(xiàn)的起道量），實(shí)際起道量=計(jì)劃起道量×（1+加成率）。

5.1.2人工軌道整修技術(shù)條件

為保證夏、冬季節(jié)橋梁范圍內(nèi)軌道幾何尺寸狀態(tài)良好，對橋臺位置、大跨度連續(xù)梁梁端位置實(shí)施預(yù)防性修理，人工精調(diào)應(yīng)優(yōu)先安排在春季、秋季，每年不宜超過兩遍。當(dāng)起道量大于8 mm時可采用起道墊砟搗固方式維修，起道量采用軌道測量儀施工模式精準(zhǔn)控制，鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器尖軌跟端焊縫位置宜采用起道墊片維修，起道作業(yè)完畢后不應(yīng)出現(xiàn)軌枕空吊。

5.2合理選擇時機(jī)開展應(yīng)力調(diào)整

大機(jī)全面優(yōu)化橋上線形線位后，應(yīng)在春季軌溫趨于實(shí)際鎖定軌溫時，對小阻力扣件地段扣件進(jìn)行應(yīng)力調(diào)整，調(diào)整鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器軌撐，對尖軌進(jìn)行鎖定，保持基本軌伸縮狀態(tài)［1］，重新標(biāo)記鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器伸縮以及無縫線路位移觀測零點(diǎn)，對小阻力扣件地段進(jìn)行扭矩調(diào)整［2］。

5.3精準(zhǔn)選擇項(xiàng)點(diǎn)開展軌道檢查維修

重點(diǎn)加強(qiáng)橋臺、梁端、鋼軌伸縮調(diào)結(jié)器跟端軌道平順性修理，根據(jù)設(shè)計(jì)圖對軌距加寬進(jìn)行調(diào)整，應(yīng)每季度開展鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器組合廓形測量分析，合理采用小機(jī)打磨方式修復(fù)尖基軌組合廓形，調(diào)整尖軌降低值至±1 mm范圍內(nèi)，相鄰點(diǎn)位變化率不超0.3 mm。每季度對基本軌軌撐、尖基軌密貼至分離段2 m范圍內(nèi)以及小阻力扣件復(fù)合墊板進(jìn)行周期性涂油，確保梁體端無縫線路可隨梁體的縱向位移自由伸縮，減緩鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器尖端、根部的軌道不平順問題。

5.4精細(xì)組織軌道結(jié)構(gòu)病害檢查整治

應(yīng)根據(jù)軌枕間距偏移情況，選擇春季或者秋季對鋼軌伸縮調(diào)結(jié)器前軌枕進(jìn)行定位整治，當(dāng)兩孔枕間間距差值大于15 mm、兩根軌枕間出現(xiàn)“八字口”影響軌距調(diào)整超過1 mm時，應(yīng)及時進(jìn)行定位整治，防止軌枕隨梁體移動造成的空吊、軌枕盒缺砟問題。應(yīng)每季度對鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器軌撐螺栓、小阻力扣件、鋼軌伸縮調(diào)結(jié)器尖軌跟端后200 m范圍內(nèi)常阻力扣件扭矩進(jìn)行檢查，鋼軌伸縮調(diào)結(jié)器扣件螺栓扭矩嚴(yán)格按5～9號枕70～90 N·m、其余軌枕110～130 N·m控制，軌撐螺栓扭矩基本軌按300～350 N·m、尖軌按400～500 N·m控制，發(fā)現(xiàn)扭矩超標(biāo)時應(yīng)及時安排調(diào)整，并進(jìn)行分界標(biāo)識，提升軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

5.5周期開展設(shè)備監(jiān)測分析

應(yīng)積極探索智能化監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)用，開展無縫線路軌溫、應(yīng)力、位移監(jiān)測。在《高速鐵路線路維修規(guī)則》規(guī)定的基礎(chǔ)上適當(dāng)縮短橋上精密控制網(wǎng)復(fù)測周期至不超過2年，并每年根據(jù)復(fù)測結(jié)果開展季節(jié)性精密控制網(wǎng)的測量，利用軌道測量儀測量橋梁全長范圍及兩端有砟無砟過渡段線路幾何線形線位。采用橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行梁體豎向、縱向變形以及溫度變化監(jiān)測，查找橋梁徐變機(jī)理。在無縫線路應(yīng)力調(diào)整后應(yīng)持續(xù)性開展無縫線路位移、鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器伸縮檢查，并開展關(guān)聯(lián)性分析，深入查找變化規(guī)律，進(jìn)一步優(yōu)化維修保養(yǎng)周期指導(dǎo)意見，為設(shè)備養(yǎng)修提供科學(xué)的數(shù)據(jù)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)大跨度橋梁全壽命周期管理。

6結(jié)語

在本次對高速鐵路大跨度特殊結(jié)構(gòu)橋梁軌道養(yǎng)修策略的研究過程中，主要依據(jù)現(xiàn)場檢修數(shù)據(jù)，探索分析橋梁梁體結(jié)構(gòu)與無縫線路的相對變形規(guī)律，結(jié)合實(shí)際維修養(yǎng)護(hù)中的做法，精準(zhǔn)查找到了線路設(shè)備病害原因，并在依托現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)章的基礎(chǔ)上，有針對性地提出了軌道季節(jié)性整修技術(shù)條件、無縫線路及軌道結(jié)構(gòu)檢修標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備質(zhì)量檢測分析的具體措施及標(biāo)準(zhǔn)，對做好大跨度橋梁線路設(shè)備維修，實(shí)施綜合檢測、全面分析、精準(zhǔn)修理，保持軌道結(jié)構(gòu)、幾何尺寸及輪軌匹配狀態(tài)良好，具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。后續(xù)還需持續(xù)精準(zhǔn)運(yùn)用科學(xué)化、智能化手段深入探索大跨度橋梁上無縫線路變化機(jī)理，提出更有前瞻性、合理性的養(yǎng)修工藝工法，提升高鐵線路設(shè)備管養(yǎng)水平，常態(tài)保持線路平順性、穩(wěn)定性和舒適性，確保高速鐵路運(yùn)營安全。

參考文獻(xiàn)

［1］ 中國國家鐵路集團(tuán)有限公司.高速鐵路線路維修規(guī)則：TG/GW 115—2023［S］.北京：中國鐵道出版社有限公司，2023.

［2］ 無縫線路鋪設(shè)及養(yǎng)護(hù)維修方法：TB/T 2098—2007［S］.北京：中國鐵道出版社，2007.

［3］ 鐵路無縫線路設(shè)計(jì)規(guī)范：TB 10015—2012［S］.北京：中國鐵道出版社，2013.