大跨度钢桥双块式无砟轨道精度控制施工工法

大跨度钢桥双块式无砟轨道精度控制施工工法1.前言图11-140m钢箱系杆拱无砟轨道XX铁路客运专线XX河特大桥采用1-140m下承式钢箱系杆拱桥斜跨京珠高速公路，为国际上基于350km/h的客运专线同类型桥型中最大跨径，同时该类桥型应用于高速铁路无砟轨道在世界上尚无先例，没有可借鉴经验（图1）。图11-140m钢箱系杆拱无砟轨道《XX铁路客运专线XX河特大桥综合施工技术》于二〇一〇年十一月通过了XX省科技厅的科技成果鉴定，总体技术达到国际领先水平。该成果根据客运专线铁路对无砟轨道高平顺性、高精度的要求，及大跨度钢桥随荷载、温度变化而产生相应变形的特点，对无砟轨道施工线形的确定、超测距测量精度控制、BWG扣件的应用技术、轨道精调技术等关键技术进行了深入的研究、开发和应用，成功了克服了大跨度钢桥施工无砟轨道的各项难题，开创了世界上大跨度钢桥应用于无砟轨道的先例，为类似结构无砟轨道施工提供了宝贵经验。我们将有关施工技术进行了精炼和总结，形成本工法。建模计算剩余二期恒载仿真堆载轨道精调建模计算剩余二期恒载仿真堆载轨道精调施工I线道床板混凝土I线轨道复测，修正Ⅱ线施工线形Ⅱ线精调，浇筑道床板砼养护养护施做剩余桥面系、桥面附属，拆除仿真堆载静态精调修正轨道粗调模板、横向限位安装绑扎钢筋，轨排组装保护层验收图5.1大跨度钢桥无砟轨道施工工艺流程图2.0.1本工法解决了大跨度钢桥由于受到温度及荷载变化影响会产生较大变形，无砟轨道施工精度控制困难的难题，满足高速列车通过时的舒适性要求。2.0.2双块式无砟轨道施工已属成熟工艺，本工法仅介绍相对于一般无砟轨道施工，大跨度钢桥双块式无砟轨道施工精度控制的方法及注意事项。2.0.3该工法操作简单，适用性强，容易推广应用。3.适用范围本工法适用于铁路大跨度钢桥无砟轨道施工。4.工艺原理4.0.1采用MIDAS/Civil软件对施工工况进行仿真计算，采用仿真堆载的方式模拟部分二期恒载引起的下挠，并通过实际观测修正理论计算值，从而确定大跨度钢桥无砟轨道施工线形。4.0.2在大跨度钢桥桥面上不能进行设站的情况下，从钢桥两侧超测距精调，超测距部分进行搭接测量，以确保无砟轨道施工精度。4.0.3采取可靠施工组织，确保混凝土施工、轨道精调、复测均在同一温度下进行，克服温度变化过大对无砟轨道施工精度控制的影响。4.0.4对钢桥两端过渡板BWG扣件采取替代钢板、设置轨距撑杆等措施来加强横向联系，防止其发生相对扭转，改变轨底坡，造成轨距、超高均合格的假象。

5.施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程工艺流程见图5.1。5.2操作要点5.2.1无砟轨道施工线形的确定无砟轨道线形的确定在轨道精调前进行，首先根据施工工况准确计算施工临时荷载及所欠的二期恒载，进行仿真加载，并进行观测，进而修正理论计算值，得出施工线形。1、设计线形为保证高速列车平稳运行和乘坐舒适度，系杆拱上无砟轨道需设置一定的预拱度，在道床板上进行调整。综合考虑各种情况，轨道预拱度按实际列车、单线、全桥均布荷载进行计算和拟合。设计院采用CRH3型列车进行计算并进行拟合，得出轨道设计线形：桥梁中部40m范围内抬高量为4.5mm，自梁端至50m处抬高量按线性变化，不设竖曲线，钢轨自然弯曲即可。该线性作为施工完成后长轨静态精调线形。（如图5.2.1-1）图5.2.1-11－140m钢箱系杆拱无砟轨道设计线形2、桥上荷载变化产生下挠的分析与处理图5.2.1图5.2.1-2钢桥二期恒载仿真加载同时考虑到钢桥实际状态较理论状态存在偏差，为减小理论计算与实际状态的偏差，对大部分二期恒载进行仿真加载处理（图5.2.1-2），并加强观测，以观测结果与计算结果相对比，并修正计算结果。1）仿真加载根据计算，在无砟轨道施工前，桥梁二期恒载处于欠载状态，欠载值t1吨；利用堆码砂袋等方式对钢桥进行均匀加载t2吨，加载应进行称量、编号、登记。施工荷载属临时荷载，也应计入加载重量，含砂袋加载、施工荷载、已铺设钢筋、轨枕、工具轨等。一般地，由于t2≤t1和实际的施工工况，加载后须进行仿真加载计算、分析。加载前后进行观测，观测点根据结构受力特点进行布置，左右系梁仿真加载后，记录每个观测点的实际下挠值，并将实际下挠值与理论下挠值进行对比，对比结果通常是实际下挠值往往较理论值大1～2mm，主要原因如下：=1\*GB3①钢桥拼装时，按设计铆栓孔中存在一定间隙，加载后吃掉间隙造成下挠过大；=2\*GB3②加载重量统计的误差及加载的不均匀不对称均有可能造成下挠过大。同时亦可得出结论，理论计算结果存在一定差距，但数据基本可靠，在施工中可参考做预留处理，如出现较大偏差，则应分析原因，修正计算模型，调整计算参数。2）理论计算根据加载情况，尚欠二期恒载=t1-t2吨（含道床板混凝土）。根据工序安排，确定I、Ⅱ道施工线形计算工况：I道施工线形计算工况1：尚欠二期恒载（不含道床板混凝土）＋I、Ⅱ道道床板混凝土荷载；Ⅱ道施工线形计算工况2：尚欠二期恒载（不含道床板混凝土）＋Ⅱ道道床板混凝土荷载；根据计算得出因荷载情况应预留的理论拱度为工况1最大为h1mm，工况2最大为h2mm（如图5.2.1-3）。图5.2.1-3各工况计算预拱度3、施工线形确定施工线形由设计线形与计算所得的各工况对应预拱度进行叠加，则I道施工时最大预拱度为H1=(4.5+h1)mm，Ⅱ道施工时最大预拱度为H2=（4.5+h2）mm（如图5.2.1-4）。图5.2.1-41-140m钢箱系杆拱无砟轨道施工线形同时考虑到加载时理论计算值与实测值间存在1～2mm误差，且无砟轨道静态精调时调高空间较调低空间大，无砟轨道施工时预拱度做预留3mm处理，即I道施工时最大预拱度为6.5mm，I道施工完成通过复测，基本与理论计算线形吻合，因此Ⅱ道施工时同样做3mm预留。5.2.2超测距测量精度控制时速350km/h客运专线施工精度要求平面与高程与设计偏差±2mm内，超高±1mm，XX公司内控施工标准均为±1mm。要在随荷载及环境变化的钢桥实现高精度要求，测量方式的选择及环境的选择至关重要。1、测量方法由于钢桥上4个临时过渡CPⅢ控制网点随钢桥变形而变化，因此该4个点不能作为测量基准，因此仅能分别在两端简支箱梁上设站，利用简支梁上CPⅢ控制网点对钢桥上无砟轨道进行对测，设站时必须有1对CPⅢ控制网点位于设站位置前。同时由于测量距离已经超出了仪器的测量范围，为保证轨道平顺，在两端设站对测时对跨中20m范围进行搭接复核，如果复核搭接区平面、高程偏差在2mm范围内，则表明两站搭接情况良好，可以进入下步施工，如果搭接区偏差超过2mm，则需重新设站重新调整线形。2、测量环境考虑到温度对钢桥的影响，为保证桥梁施工控制测量期间全桥的稳定性，应选取夜间温度变化最小的时段进行无砟轨道铺设前的轨道精调，精调时桥上停止一切施工。图5.2.3钢桥BWG扣件图5.2.3钢桥BWG扣件BWG扣件底部塑料垫板容易变形，施工过程中很难保证其水平并固定，故施工中采用与垫板等厚的钢板进行代替，钢板与底部预埋套筒利用锚固螺杆拧紧密贴。利用钢板是否水平来检测轨底坡是否符合要求（图5.2.3）。图5.2.4图5.2.4钢桥轨道精调5.2.4静态调整无砟轨道施工完成后，待二期恒载全部施工完成，临时施工荷载全部拆除，长轨铺设完成后进行轨道静态精调（图5.2.4），由于钢桥随温度变化而变形，静态调整后的复测应与调整前的测量在同一温度下进行，否则数据没有可比性。5.3注意事项5.3.1加载须对称均匀，以达到仿真的效果，同时避免因为不均匀或不对称加载造成钢桥产生横向挠曲。5.3.2过渡板由于底部悬空，因此在轨道支撑螺杆下部须采取可靠支垫，且支撑螺杆底部垫片应加大、加厚设置。5.3.3轨道精确调整和混凝土浇注须尽快进行，尽量缩短此两项工作时间，避免温度变化过大造成调整好的轨道线形发生变化。5.3.4混凝土浇注须从两端对称进行，防止加载不均匀造成已调整好的轨道发生波浪形变形。5.4劳动力组织表按双线200米无砟轨道施工进行人员配置，劳动力组织见表5.4。劳动力组织表表5.4序号工种人数备注1测量工4无砟道床、仿真加载、静态精调2混凝土工16无砟道床施工3模板工8无砟道床施工4普通工56无砟道床32人、仿真加载20人、静态精调4人6.材料与设备主要施工设备见表6-1。主要施工设备配备表表6-1序号机械名称及规格单位数量说明125t汽车吊台2加载、材料调配2自卸车台1材料倒运3混凝土泵车台2混凝土浇筑4轨道精调设备套1轨道精调5无砟轨道施工简易工装套1主要施工材料见表6-2。主要施工材料表表6-2序号材料名称及规格单位数量说明11m3编织袋个1000加载2砂m31000加载3轨道横向锁定装置个1404螺杆调节器个4685轨距撑杆根3006钢板5mm厚Kg1810BWG扣件底部替代钢板7外模及加固系统套17.质量控制7.1质量标准7.1.1钢筋绑扎焊接钢筋的铺设数量、尺寸按设计要求配置，间距允许偏差为±20mm，钢筋保护层厚度为+10mm，-5mm。7.1.2轨道精调设站精度东北坐标偏差不得超过0.7mm，方向偏差不得超过1秒。轨道精调执行XX公司精调内控标准轨距±1mm，轨面高程±1mm，超高1mm，轨向1mm，高低1mm。7.1.3静态精调静态精调采用《客运专线无砟轨道铁路工程施工质量验收暂行标准》（铁建设[2007]85号）标准。1、轨顶高程与设计高程允许偏差：±2mm；2、轨道中线与设计中线允许偏差为2mm；3、无砟轨道静态平顺度标准见表7.1.3无砟轨道静态平顺度检查表表7值(mm)目项设计速度幅值(mm)目项设计速度幅高低轨向水平扭曲（基长6.25m）轨距350≥v＞200km/h2212±1弦长（m）10m注：轨距变化率不得大于1‰。7.2保证措施7.2.1轨道精确调整和混凝土浇注须尽快进行，尽量缩短此两项工作时间，避免温度变化过大造成调整好的轨道线形发生变化。7.2.2混凝土浇注须从两端对称进行，防止加载不均匀造成已调整好的轨道发生波浪形变形。7.2.3加载须对称均匀，以达到仿真的效果，同时避免因为不均匀或不对称加载造成钢桥产生横向挠曲。7.2.4过渡板由于底部悬空，因此在轨道支撑螺杆下部须采取可靠支垫，且支撑螺杆底部垫片应加大、加厚设置。7.2.5轨道横向固定装置牢固可靠。8.安全措施8.0.1吊装作业时，要经常检查钢丝绳、吊钩、夹具等的安全状况，吊臂下严禁站人。8.0.2对参加的工作人员进行技术培训和安全教育，通过考核考试并颁发工作证，持证上岗，熟练掌握作业程度。8.0.3施工中弃渣及小型材料机具严禁从钢桥直接丢下，避免引起跨既有高速公路行车安全事故。9.环保措施9.0.1严格执行国家、铁道部、地方政府及建设单位有关生态环境保护的规定，贯彻“预防为主、保护优先，开发与保护并重”的原则，“三废”按规定排放，确保工程所处环境及河水不受污染，并确保施工中的环境保护监控与监测结果满足业主和设计文件要求及有关规定。9.0.2对施工区域及其周围的建筑物进行调查，会同其产权、维护单位共同划定需要施工防护的范围，需要拆迁的建筑物，在受到建筑单位委托的前提下，及时与产权单位签订拆迁协议，并尽早拆迁。需保留的与产权单位商定加固防护方案，采取切实可行的措施，保证施工中正常使用及以后的使用维修。9.0.3废弃混凝土及水泥浆液按照规定集中统一处理，严禁随意排放污染环境。9.0.4经常检查各种油液管路和接头，发现泄露、渗漏及时更换或维修。10.效益分析350km/h客运专线大跨度钢桥无砟轨道施工精度控制困难，国际上没有应用先例，通过本工法克服了该难题，开创了国际上大跨度钢桥采用无砟轨道的先河，赢得了国际声誉，同时为类似工程设计、施工积累了成功经验。采用大跨度钢桥无砟轨道施工精度控制新工艺，保证了施工质量和安全，同时节约了大量的人力、物力，缩短了工期，降低了工程成本，经济效益显著。11.应用实例XX客运专线XX河特大桥位于赤壁市泉口镇，全长4368.71m，采用1-140m钢箱系杆拱以30º角斜跨京珠高速公路，本桥设计采用CRTSI型双块式无砟轨道，同时考虑到梁端竖向转角的影响，避免梁缝处轨道局