廖 菲，马 涛

(中铁大桥局集团有限公司，湖北 武汉 430050)

0 引言

随着我国高速铁路的蓬勃发展，各类型无砟轨道结构均有广泛的工程应用，针对路基、站场、隧道、中小跨径桥梁的无砟轨道施工技术已日趋成熟[1]，但目前国内外已建成的高速铁路大跨度钢桥大多仍采用有砟轨道，如郑州黄河公铁两用桥(主桥为1联(120+5×168+120)m六塔单索面连续钢桁结合梁斜拉桥)[2]，沪苏通长江公铁大桥(主跨1 092m的钢桁梁斜拉桥)[3]、五峰山长江大桥(主跨1 092m的钢桁梁悬索桥)[4]、黄冈长江大桥(主跨567m的钢桁梁斜拉桥)[5]等工程；仅少部分尝试采用了无砟轨道，如商合杭裕溪河特大桥(主跨324m的钢箱桁梁斜拉桥)[6]、昌赣高铁赣江特大桥(主跨300m的钢-混组合梁斜拉桥)[7]、武广高铁汀泗河桥(主跨135m的钢箱系杆拱桥)等[8]。无砟轨道结构在大跨度钢桁梁桥梁上的应用尚处于起步阶段，与无砟轨道相比，有砟轨道几何状态不易长期保持，增加了维修的工作量和养护维修设备种类。在大跨度钢桥上推广使用无砟轨道，不仅是实现高速铁路高速平稳运营的要求，同时对降低工程造价、减少后期轨道养护维修工作量均有积极意义[9]。

本文以大跨钢桁梁公铁两用桥——郑济高铁郑州万滩黄河特大桥主桥无砟轨道施工为工程实例，针对大跨钢桁梁公铁两用桥无砟轨道施工难点系统地提出了解决方案和关键施工步骤，对于类似大跨钢桁梁公铁两用桥无砟轨道施工具有借鉴意义。

1 工程概况

1.1 工程简介

郑济铁路郑州石滩黄河特大桥主桥及南引桥，全长4 377m，为公铁共建段(下层为4线铁路、上层为6车道快速路)。桥梁孔跨布置由北向南为：7孔112m简支钢桁梁+(112+6×168+112)m连续钢桁梁+45孔40m铁路预应力混凝土简支箱梁/15联 3×40m 公路小箱梁+1孔120m简支钢桁梁+10孔40m铁路预应力混凝土简支箱梁/公路小箱梁；市域铁路同期实施段为10孔32m简支箱梁，总长327.52m；郑新快速路同期实施段为1联(2×40)m连续小箱梁(双幅)，总长81.40m。总体桥跨布置如图1所示。

图1 总体桥跨布置

郑州万滩黄河特大桥主桥为(112+6×168+112)m连续钢桁梁桥，如图2所示。桥梁平面为直线，立面关于382号墩对称布置，设0.6%人字坡，竖曲线半径R=30 000m。大桥为上、下分层公铁两用桥，上层为6车道郑新城市快速路，下层为4线铁路，上游侧为两线郑济高速铁路，下游侧为两线郑新城际铁路(预留，道床暂不施工)。郑济铁路采用CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道，设计速度为350km/h。

图2 桥式布置(单位：m)

1.2 无砟轨道结构

本工程正线无砟轨道主体结构的设计使用年限不少于60年。CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道结构由钢轨、WJ-8B扣件、道床板以及底座组成。

(112+6×168+112)m连续钢桁梁、7孔112m 简支钢桁梁、1孔120m 简支钢桁梁段铁路桥面采用CRTS I型双块式减振无砟轨道，无砟轨道结构高度为785mm，如图3所示。

图3 CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道结构

道床板与底座(含减振垫层)合称道床，均采用分块式结构，长度、宽度均一致，在主桁架节点位置断开设置，相邻道床板、底座板间距为100mm，梁端位置两线中间设置中间板，顶面与道床面平齐,中间板与道床板侧面铺设10mm厚弹性缓冲垫层，顶面采用聚氨酯密封胶封边。

桥梁底座混凝土和道床板均采用模筑法施工[10]，混凝土底座在桥面(铁路混凝土桥面板)上浇筑，底座分段设置，梁体内预埋钢筋与底座连接，道床板采用C40混凝土现场浇筑于混凝土底座上。轨道安装调整采用“轨排框架法”施工[11]。

2 施工重难点分析

郑州万滩黄河特大桥主桥是八跨一联的连续钢桁梁公铁两用桥，联长 1 232m，最大跨度168m，设计时速350km/h，采用CRTS Ⅰ 型双块式无砟道床。为保证高速列车通过时的安全性、平稳性，无砟轨道道床的线形、质量控制成为施工控制的重点。本工程无砟道床施工主要需解决如下的技术难题。

1)施工测量发现，在某一荷载作用下，桥梁实测挠度值小于设计计算挠度值，桥梁计算模型的刚度需修正后才能用于指导道床施工。

2)长联钢梁在温度作用中产生的节点位移量大[12]，CPⅢ控制点的高程值、里程值在一天内的变化量较大，无法用于道床施工控制。实测显示，温度升高10℃，跨中节点最大上拱量为9mm。

3)连续梁各跨间的挠度变形具有联动性，一跨在施工时产生挠度变形，则其余7跨均会发生大小不一的挠度变形[13]，确定道床结构的施工控制高程值十分困难。

4)大跨度钢梁的刚度相对较小，受荷载变化的影响大[14]，某跨道床结构施工时，对其相邻跨已浇筑的道床结构混凝土(已初凝，处于养护期，强度不高)质量会造成影响，常规的道床施工顺序(从桥梁一端向另一端顺序推进施工)质量风险非常高。

3 桥梁计算刚度修正

采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型(见图4)，对施工各阶段进行模拟计算。但受模拟精度、制造偏差、施工误差、材料离散等因素的影响，计算结果与实测结果往往存在一定偏差。受快速路混凝土桥面板等结构的影响，本工程的上述偏差较大，不可忽略不计。为减小该偏差，采用实桥荷载试验，测得桥梁实际挠度，与相应的计算挠度对比，并据此调整计算模型的结构刚度EI，从而使刚度修正后的计算挠度值达到可控制施工的精度。

图4 全桥有限元计算模型

3.1 荷载试验

为节约成本，以铁路桥面铺装层为试验荷载，以383～384号、384～385号、385～386号3跨为试验跨。先浇筑384～385号跨的铺装层，再同步浇筑383～384号、385～386号两跨的铺装层，通过混凝土运输车过磅称重，做好试验荷载计量，分别测量上述3跨钢梁节点的挠度变化值，并与相应计算值进行对比。

3.2 试验数据

3.2.1384～385号跨

试验荷载为5 750kN，384～385号铺装层浇筑后，测得钢梁上游侧边桁架下弦杆节点处产生的竖向位移，实测最大挠度值为-9.0mm，计算最大挠度值为-11.9mm。

3.2.2383～384号、385～386号跨

新加试验荷载9 600kN，383～384号、385～386号跨铺装层浇筑后，测得钢梁上游侧边桁架下弦杆节点处产生的竖向位移，383～384号、384～385号跨、385～386号跨实测最大挠度值分别为-10.1，-7.9，-5.4mm，相应计算最大挠度值分别为-13.0，-11.0，-6.0mm。

3.3 试验成果

以跨中最大挠度值作为桥梁刚度修正的依据。通过将多组实测与计算数据进行对比，可知桥梁实际刚度约为计算刚度的1.3倍，据此修正钢梁计算模型刚度。修正后，钢梁各节点计算挠度与实测值的偏差在0.5mm内，效果良好。

4 基于CPⅢ的“相对高差控制法”

4.1 工法原理

对大跨度钢梁而言，CPⅢ[15]测点的绝对高程、坐标值是动态变量，受温度、荷载变化的影响，且其变化值不可忽略不计，要实时掌握各CPⅢ高程值十分困难。为此，提出基于CPⅢ的“相对高差控制法”。该方法以桥梁设计提出的轨道理论线形为目标值，结合桥梁实测线形，计算出各底座、道床板的施工控制厚度，并利用CPⅢ测点与同断面铺装层顶面测点间的高差变化极小、可视为一个不变量(h1，h2是不变量)的特点，用“相对高差”这个非变量，控制道床施工(见图5)。该方法可剔除桥梁变形、温度变化的不利影响。

图5 相对高差示意

4.2 实施步骤

1)在环境温度恒定且接近15℃(14℃～16℃)时(桥梁设计基准温度)，测量全桥CPⅢ测点的高程、坐标值及全桥CPⅢ断面处铺装层顶面实际高程值(测点设在无砟轨道中线处)，得到铺装层顶面实际高程曲线。

2)根据设计图纸提供的理论轨底标高曲线，计算得到轨底标高目标曲线(理论轨底标高+未施工的二期恒荷载引起的竖向变形)。

3)用目标曲线减去实际曲线可得到各断面处的高程差，此高程差即为底座和道床板施工厚度之和(含减振垫层)。

4)计算确定各断面底座及道床板的施工控制厚度，消除前期施工高度偏差。注意控制底座、道床板施工控制厚度与设计厚度的偏差在验标允许范围内。

5)按确定的施工控制厚度，施工完全部底座。

6)在温度恒定且接近15℃时(14℃～16℃)时，再次测量CPⅢ测点的高程及坐标，同时测量底座顶面中心线高程。

7)根据轨底标高目标曲线及底座顶面中心线实测高程，计算各道床板的施工控制厚度。

8)用相对高差控制法，施工道床板。

9)进行全桥竣工测量。

5 关键施工技术

5.1 底座

为减小施工荷载对相邻跨间已浇筑、尚处于养护期内混凝土的扰动，避免应力裂缝的产生，同时考虑满足工期、连续施工，将底座划分为跨中、墩顶两部分，分15个区段进行浇筑施工(见图6)，顺桥向以382号墩为对称中心，按先跨中再墩顶、隔跨对称施工的原则，从①～的顺序依次浇筑，即先依次浇筑①～⑨，完成桥梁绝大部分的挠度变形后，再按⑩～浇筑墩顶6个节间，以减小钢桁梁变形量；横桥向的两线底座同步施工。每一区段的底座混凝土在初凝时间内浇筑完成，依次浇筑施工之间的时间差为3d，底座施工历时45d。

图6 底座施工顺序

5.2 道床板

道床板施工采用“轨排框架法”，施工工艺为：施工准备→测量放线→铺设道床板底层钢筋→散枕器吊装、人工布枕→安装纵、横向模板→组装轨排→轨排粗调→道床板上层钢筋绑扎→焊接接地钢筋、接地端子→轨排精调→混凝土浇筑、抹面→混凝土养护→应力放散→模板拆除、质量检查。

浇筑道床板混凝土顺桥向以382号墩为中心(见图7)，按①～⑧的顺序逐跨进行，即从跨中向两端、隔跨对称施工，相邻跨间施工工期间隔以混凝土强度进行控制；横桥向两线道床板同步施工。

图7 道床板施工顺序

6 混凝土质量控制措施

无砟道床混凝土工程质量是另一控制重点。混凝土裂缝、轨枕周边裂缝是常见的质量通病[16]，大跨度钢梁无砟轨道工程因桥梁刚度小，受温度、荷载变化影响大，上述质量风险极高。研究采用以下质量控制措施，实施效果良好。

1)选用优质地材，进行适当清洗降低含泥量。

2)设计时，适当提高道床混凝土强度等级。优选低坍落度、低用水量、低胶凝材料、高含气量的配合比设计，施工时严格控制混凝土坍落度。

3)在凹槽四角、轨枕转角等处增设防裂钢丝网片。

4)原浆收面、底座收面不少于3次，道床板收面不少于5次。

5)养护及时、保湿效果好，养护时间不少于14d。

6)道床施工期间，钢梁上严禁重车通行。

7)道床板混凝土浇筑后6～7h，根据气温、混凝土强度增长情况，适时做好轨排框架钢轨应力放散工作。

7 结语

郑州万滩黄河特大桥是国内联长最长、跨度最大、设计时速最高的公铁两用连续钢桁梁桥。目前郑济高铁已进入联调联试阶段，该桥无砟道床施工质量良好，轨道各项检测指标优良。无砟轨道技术在该桥的成功实践，对无砟轨道在大跨度桥梁上的应用推广意义重大。主要得到如下结论。

1)长联大跨连续钢桁梁桥受荷载、温度变化等因素影响大，无砟轨道道床施工质量风险很高，其施工工序、工期、工艺工法与其他类型桥梁有较大区别。

2)将铁路桥面铺装层作为试验荷载，工期短、成本低、工序流畅，对桥梁计算刚度的修正效果好。

3)施工期间，荷载、温度变化会引起连续梁各CPⅢ测点高程值不断变化，基于CPⅢ的“相对高差控制法”，可消除上述不利影响，实践也证实了其可行性。

4)连续梁无砟轨道底座、道床板的施工过程中，通过合理安排连续梁无砟轨道底座、道床板的施工顺序，可降低施工荷载对相邻跨间已浇筑、尚处于养护期内混凝土的扰动程度，对控制其早期受力裂缝的发生有利。