公铁两用大跨度钢桁斜拉桥面铺设整体道床轨道施工技术研究＊

2017-07-19左书艺

科技与创新 2017年13期

关键词：水门斜拉桥跨度

张涛，颜敏，左书艺

（1.厦门轨道交通集团有限公司，福建厦门 361004；2.重庆轨道交通（集团）有限公司，重庆 400042；3.中铁一局新运工程有限公司，陕西咸阳 712000）

公铁两用大跨度钢桁斜拉桥面铺设整体道床轨道施工技术研究＊

张涛1，颜敏2，左书艺3

（1.厦门轨道交通集团有限公司，福建厦门 361004；2.重庆轨道交通（集团）有限公司，重庆 400042；3.中铁一局新运工程有限公司，陕西咸阳 712000）

根据重庆轨道交通6号线设计的公铁两用大跨度钢桁斜拉桥的实际情况，在东水门大桥和千厮门大桥施工，通过线性监测控制和调整，有限元模拟分析，二横载计算、对比等有针对性的研究，消除了二期恒载作用下桥体结构变形挠度，成功铺设完成整体道床，保证了整体道床轨道的稳定性，满足了运行要求。研究结果表明，经过必要的研究，有效突破了城市轨道交通公铁两用大跨度钢桁斜拉桥面铺设整体道床的轨道施工技术，完整地总结了成套施工技术流程，为逐步发展的城市轨道交通积累了先进的技术经验，探索完成了国内城市轨道交通工程方面的一项新施工技术。

城市轨道交通；大跨度钢桁梁；斜拉桥；整体道床轨道

1 背景阐述

重庆轨道交通6号线一期工程的东水门长江大桥和千厮门嘉陵江大桥，均采用了公路城轨两用上下重叠的大跨度钢桁梁斜拉桥。为了降低噪声，减少运营后的养护维修工作量，满足大跨度钢桁梁斜拉桥结构与刚性轨道结构的技术匹配性能，还需要确保轨道交通运行满足旅客舒适度等要求，这给设计和施工的顺利进行造成了很大的困难。

在公路城轨两用上下重叠的大跨度钢桁梁斜拉桥设置整体道床的轨道技术难度很大，国内目前没有先例。通过对重庆轨道交通6号线东水门长江大桥和千厮门嘉陵江大桥施工方案的研究，提出了满足大跨度钢桁梁斜拉桥面直接铺设刚性整体道床接洽性，通过线性监测、模拟评估、技术对比分析等技术措施，克服了铺设整体道床轨道时桥面系受温度、二期恒载、活载振动影响的诸多不利因素，满足大跨度钢桁梁斜拉桥铺设刚性整体道床运行安全性和稳定性，保证旅客舒适度的要求。

重庆结合城市轨道交通的发展需要、公路城轨桥主体结构情况和车辆运行目标，经过多方考究和论证，试验性在东水门和千厮门两座大跨度钢桁梁斜拉桥面铺设整体道床轨道结构。

2 东水门、千厮门大桥设计平面布置特点

2.1 东水门、千厮门大桥平面

轨道六号线东水门长江大桥和千厮门嘉陵江大桥工程东起南岸区涂山路，自东向西设东水门大桥跨越长江，穿越渝中半岛核心地区后，经由千厮门大桥跨越嘉陵江后接江北中央商务区，止于江北城南大街与金沙路的交叉口，包括跨江特大桥2座和渝中半岛下穿隧道1座。

东水门长江大桥采用双塔单索面部分斜拉桥的形式，采用半漂浮体系，桥跨布置为222.5+445+190.5＝858 m，桥均宽为24 m，桁宽为15 m，桁高为13.468 m。

千厮门长江大桥采用单塔单索面部分斜拉桥的形式，采用半漂浮体系，在全桥两侧设置伸缩缝，桥跨布置为88+ 312+240+80＝720 m，桥宽24～36.990 m，桁宽为15 m，主桁采用变高度的三角形桁式，全桥采用等节间布置，节间长度16 m。

东水门、千厮门大桥平面布置如图1、图2所示，千厮门、东水门大桥桁梁横断面如图3所示，桥塔结构布置如图4所示。

2.2 整体道床轨道结构设计

千厮门大桥、东水门大桥整体道床结构采用标准轨距1 435 mm，由钢轨、扣件、防脱护轨、普通钢筋混凝土短轨枕、承轨台道床板、钢筋混凝土底座、钢限位挡台、挡水钢板墙、密封胶条、伸缩缝及其密封胶组成。

整体道床永久固定于钢桥面之上，形成刚性整体道床与钢桥面的相互作用体系，满足轨道行车的平稳性和旅客对舒适度的要求。

图1 东水门长江大桥桥型立面图

图2 千厮门长江大桥桥型立面图

图3 东水门、千厮门大桥钢桁梁标准断面图

图4 东水门、千厮门大桥桥塔立面图

3 施工工艺原理

重庆两江桥大跨度钢桁梁斜拉桥面铺设整体道床施工采用“专业监测、精确评估，模拟实施”组织施工。根据轨道设计要求，对桥结构进行整体二期恒载的数据监测和评估，掌握桥结构收缩徐变、公路活载、钢结构温差、施工临时荷载、墩台沉降、钢绞线松弛、风荷载和潮汐等因素的变化规律，精准、全面地评估出桥梁结构的最终稳定线形，布置高精度测量控制网，采用“先整体后局部”的方式监测整个桥的结构体系，为轨道铺设提供精确控制数据。在桥面设置采用无损焊接方式固定的限位装置，并浇筑完成道床底座，使桥面与钢性底座牢固连接，之后再评估并修正桥面结构变化参数，使其结构线性稳定后铺设整体道床轨道。根据模拟评估数据，精确调整轨道几何尺寸，完成两江大跨度钢桁梁斜拉桥结构面铺设刚性整体道床轨道的施工。

4 研究的施工难点和工况制约条件

梁体结构受施工偏差的影响。梁体的二期恒载理论值与实测值会有偏差，需通过大量监测数据才能评估、比选桥梁结构的最终稳定线形，据此修正、设计最佳铺轨线形。

铺轨时，桥面受上层公路桥面机动车活载等各类不确定因素的影响，钢梁发生弹性三维变形，按传统方法进行轨排精调，无法控制轨道线形，需通过监测钢梁的变形数值大小及其规律确定最佳铺轨时机。

桥面收缩、徐变和竖向变形监测工作量大、监测周期长、数据分析繁。桥高、跨度大、材料设备运输困难、安全风险高、工期紧。

5 施工工艺流程

重庆轨道交通六号线千厮门大桥、东水门大桥大跨度钢桁梁斜拉桥桥面铺设整体道床结构是国内首次尝试使用的施工技术，经过对整个施工过程的参与、探讨和研究后，组织整理了各个施工工艺，具体的工艺流程如图5所示。

5.1 桥面系监测及评估

由于钢桥面受荷载及其上部公路桥多重不均匀荷载的影响，发生了竖向和横向的位移变化，利用专业测量院设置的高精度控制测量网测量桥面系在多种情况下的变化状态，综合评估出有利于施工的控制数据，以确保整体道床顺利施工，具体要求有以下几点：①采用三维坐标法，根据施工坐标系监测棱镜点的坐标变化，从而反映平面位置的变化和塔柱的沉降。②铺设前、铺设中每天固定时段，在4：00—6：00大气温度基本接近设计温度（2个小时左右）、最低温度、最高温度、夜间和太阳直晒、变天各测1次；每次测量形成附合测量，进行测量数据对比、计算、分析，得出最终使用数据。③在测量过程中，以点位中误差来衡量测量精度。在此要求，点位中误差不大于2倍的容许中误差，则认定测量精度可靠，达到设计要求；否则，测量无效，需要重测或补测。④轨道铺设前，桥线形评估在轨道工程整体进场施工前，桥梁应进行一次线形评估，验证桥梁在活载作用下是否达到预期的稳定线形，从而为轨道工程施工提供基准，具体如图6所示。

5.2 导线复测

施工前，必须进行两江桥测量控制基桩、加密基标的数据复测，结合线性变化的状态综合评估数据，保证轨道铺设的基准，尤其是保证基标测设的精度，为安装桥面限位装置，控制轨道铺设的施工质量。

5.3 安装桥面限位装置及打磨

根据设计要求，结合桥面系为钢桥面的情况，结合施工图纸设计尺寸，根据桥面道床块的分部，准确测量定位出限位装置的布置位置并标识。

图5 东水门、千厮门大桥整体道床施工基本工艺流程

图6 轨道铺设前桥线形评估处理数据图

桥结构限位装置焊接采用无损焊接的方式，以确保限位装置与桥面系的牢固连接。焊缝质量要达到二级焊缝标准，焊接方式采用二氧气体保护焊，焊接要求达到坡口8 mm，焊腰高度10 mm。当焊缝表面有2 mm以上的凸出或有突出时，用砂轮打磨光顺。为了保证焊接质量，焊接完成后，要对所有焊缝进行无损探伤，对焊接未达到二级焊缝标准的限位装置、挡水墙，坚决予以返工重焊，并对焊缝进行打磨处理，确保焊接施工质量，为轨道施工与桥面的紧密连接做好基础质量控制，具体如图7所示。

图7 安装桥面限位装置及打磨

5.4 铺设减振橡胶垫

两江桥减振系统采用2种方式，千厮门大桥桥面系采用微孔弹性平面式减振垫工艺，东水门大桥采用橡胶点式支撑系减振垫工艺，具体如图8所示。根据焊接完成的限位凸台和整体道床底座现场实际的结构尺寸，丈量、裁剪减振垫，并按照隔离式减振垫浮置板底座、整体道床组成，裁剪成设计道床施工的尺寸。同时，在已经清理干净的清洁道床面上涂刷一层减振垫专用黏结胶，底座板块位置铺设减振垫，铺设平整并压重物，使其平整，与桥面形成整体体系。整个施工过程要一次性完成，对成型基础的表面平整度（5 mm/m）、标高和宽度进行检查、验收，在检验满足设计和规范要求后铺设减振垫。

5.5 整体道床底座钢筋施工及模板支立

按照设计图纸的尺寸要求，精确加工底座配置的纵、横向钢筋配件，按照图纸要求绑扎尺寸搭接、绑扎和立模板，完成底座钢筋绑扎和模板支立作业，具体如图9所示。

5.6 浇筑整体道床底座混凝土

整体道床底座混凝土浇注前，复检底座钢筋网、支立模板尺寸，使轨道几何尺寸各项指标均在规范之内。

灌注混凝土时，采用插入式振捣棒振捣密实，不得碰撞模板，桥面系混凝土灌注密实。振捣完成后，道床混凝土表面要进行收面，并将道床两侧洒漏的混凝土残渣清理干净。

5.7 道床底座预埋连接件并拉槽

按照设计要求，在浇筑完成的整体道床底座设置预埋连接件，并拉槽，使底座上层整体道床与其牢固连接，在道床块范围内设置预埋钢筋件，并对道床块底部接触部位进行横向拉槽设置，具体如图10所示。

图8 两江桥桥面上铺设减振橡胶垫

图9 两江桥桥面上绑扎完成的整体道床底座钢筋

图10 两江桥浇筑成型的底座设置预埋件及拉槽

5.8 道床轨料散布

受桥周边局限工况的制约，施工时，必须通过两端桥头将线路轨料运输至桥面，所以，采取人工配合小平板车的方式分段将线路轨料倒运至施工区域，按照道床设计散步钢轨、扣配件，做好道床施工前的准备工作。

5.9 道床轨排拼装

根据散布的钢轨、扣配件等轨料，按照设计顺序安装后，采用人工的方式连接钢轨，钉联短轨枕，采用支撑架和横向支撑杆设置人工散铺拼装的轨排，形成初步整体道床轨排框架，具体如图11所示。

图11 两江桥人工拼装的整体道床轨排框架

5.10 轨道粗调

在施工过程中，采用万能道尺、方尺、L形尺等工具，按照要求调整轨道的轨距、水平、高程、方向，通过轨排支撑架的螺旋丝杠扭转，将轨排轨面标高抬高至设计轨面标高范围，其上下偏差不大于5 mm左右；通过横向水平支撑丝杠扭转，在扭转过程中，利用配套的基标尺测量道床控制基标或加密基标的中心点，以此调整轨排中心线，使线路中心线重合，固定水平横向支撑。

5.11 道床钢筋铺设焊接

按照设计道床钢筋尺寸要求下料加工，并将相关材料运输至施工区域内，将底座上预留的钢筋与道床钢筋网连接，焊接成钢筋网，具体如图12所示。

图12 道床钢筋铺设焊接

5.12 道床模板支立

模板支立前，先选取适合的模板，并整修模板，使其平顺度达到相关要求。支立时，要确保模板与模板间连接扣件的紧固连接，特殊道床块地段视具体情况可适当调整加密支撑，以防灌注混凝土时跑模。具体情况如图13所示。

5.13 轨排精调

采用10 m弦线在初步调整好的轨排段钢轨内侧配合钢尺量取轨道方向（曲线地段量取按照曲线要素计算的正矢值），在钢轨轨面同样用钢尺垂直量取轨面高程量，使其满足对平顺度的要求，并重复细化调整。采用弦线量取时，要预先在轨道上每隔2.5 m标识一处量取小点，每隔5 m标识一处量取大点，通过10 m弦线重叠压点测量完成调整段的细化调整，按照流程报监、检查。轨道几何尺寸调整情况如图14所示。

图13 道床模板支立

图14 轨道几何尺寸调整

5.14 浇筑、养生

道床浇筑前，在钢轨上覆盖彩条布，防止混凝土污染钢轨和扣件。道床混凝土用商砼由混凝土搅拌车运至桥头处，人工推运混凝土运输改装平板车至浇筑区域浇筑道床块。浇筑时，采用插入式振捣棒振捣密实，在轨枕空档之间要加强振捣，振捣不得碰撞钢轨、轨枕、模板，以免道床轨道几何尺寸变形。道床浇筑12 h后覆盖洒水养生，复检、调整轨道几何尺寸，拆模后填补支架孔。两江桥成品整体道床轨道如图15所示。

图15 两江桥成品整体道床轨道

5.15 拆模、整修

当浇筑整体道床混凝土强度达到养护龄期强度5 MPa时，要拆除施工使用的模板、支架，采用同混凝土强度标号的砂浆整修、处理完成的成品道床，确保成品道床的质量和外观满足使用要求。

5.16 质量检查

按照设计文件和质量要求，对已经浇筑完成的成品道床的轨道轨距、水平、正矢及道床结构、预埋件的位置、外观等，采取回弹、钻心取样等方式检验，确保在钢梁大桥上铺设的无砟轨道满足地铁车辆的行车要求。

6 主要创新点

针对重庆地铁6号线两江桥大跨度结构、桥面收缩、徐变不稳定等特殊复杂工况，在施工时，有效监测桥梁徐变、收缩和受江内水流冲刷等的变化，采用有限元分析模拟实验和计算，依据桥梁监测数据，分析桥梁上、下结构部分所受活载影响的参数变化值，通过方案比选，研究、制定了切实可行的桥面铺设减振垫整体道床轨道成套技术，保证其科学性和合理性，使施工质量满足设计要求。

结合两江桥大跨度斜拉桥梁变形规律，制定了切实可行的监测方案，而提出的公铁两用大跨度钢桁梁斜拉桥桥梁上地铁轨道整体道床测量控制网和铺轨控制基标测量技术切实可行。通过线形拟合，为轨道精调提供了精准的数据，满足了轨道二恒加载后轨道线形符合设计标准的控制要求。

首次在公铁两用大跨度钢桁梁斜拉桥面铺设曲线型整体道床道岔，开发了配套的工艺和专用道岔支撑架，实现了曲线型整体道床道岔的一次浇筑。

首次在公铁两用大跨度钢桁梁斜拉桥面铺设钢轨伸缩调节器和抬枕装置，而且制定的技术工艺符合施工要求，保证了列车通过梁缝时的运营安全。

7 结束语

公铁两用大跨度钢桁斜拉桥面铺设整体道床轨道施工技术在国内轨道交通工程中使用尚属首次，施工经验极少，经过3年的施工技术研究，多次优化施工技术方案，精心组织，科学安排，现场模拟，解决了许多现场问题，减少了人力、物力和财力的浪费，提高了施工工效，节约投资，超标准完成了公铁两用大跨度钢桁斜拉桥面铺设整体道床轨道施工，并形成了一套详细的初步施工技术总结。

公铁两用大跨度钢桁斜拉桥面铺设整体道床轨道施工技术应用于城市轨道交通工程中，首要目的是充分利用城市立体空间，推动绿色交通，提高城市环保水平，树立良好的城市轨道交通环保形象，为创建和谐环保山水田园城市作出重要贡献。

这个技术在重庆轨道交通6号线上新街—大剧院段工程中首次应用，施工工艺和质量控制已经完整化。它的出现填补了国内外城市轨道交通公铁两用大跨度钢桁斜拉桥面铺设整体道床轨道施工技术方面的不足，同时，也为国内外其他城市地铁在公铁两用大跨度钢桁斜拉桥面铺设整体道床轨道施工技术积累了一些经验，为后续其他城市类似情况的施工提高功效创造了先决条件。

公铁两用大跨度钢桁斜拉桥面铺设整体道床轨道施工技术研究在重庆轨道交通6号线上新街—大剧院段轨道工程中通过最终的运营后线性监测，其线路状况良好，列车运行平稳、安全，满足轨道舒适度和相关运行要求。

［1］中华人民共和国铁道部工务局.线路业务［M］.北京：中国铁道出版社，2000.

［2］沈阳铁路局工务处.铁路工务技术手册·轨道［M］.北京：中国铁道出版社，1979.

［3］中华人民共和国铁道部.TB 10413—2003/J 284—2004铁路轨道工程施工质量验收标准［S］.北京：中国铁道出版社，2004.

［4］王欣.公铁两用大桥现状与可持续发展趋势分析［J］.钢结构，2016，31（11）.

［5］李鹏飞.斜拉大桥塔梁混凝土应力监测与控制［J］.山西建筑，2006（16）.

［6］殷涛.独塔斜拉桥设计参数及施工控制计算分析［D］.合肥：合肥工业大学，2014.

［7］鲍莉霞.单塔单索面斜拉桥施工控制研究［D］.武汉：华中科技大学，2004.

［8］王文斌，刘力，孙宁.我国城市轨道交通轨道减振现状与发展趋势［J］.中国铁路，2013（4）.

［9］乔青峰.地铁车辆车轮踏面异常磨耗原因分析［J］.铁道机车车辆，2011（2）.

〔编辑：白洁〕

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