高速鐵路特大橋上雙塊式軌道結構設計及施工質量控制

董佳佳， 劉學毅

(西南交通大學高速鐵路線路工程教育部重點實驗室， 成都 610031)

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高速鐵路特大橋上雙塊式軌道結構設計及施工質量控制

董佳佳， 劉學毅

(西南交通大學高速鐵路線路工程教育部重點實驗室， 成都 610031)

北盤江特大橋橋跨布置方式特殊，對軌道結構形式及施工質量有嚴格要求。橋上采用雙塊式單元道床板與縱連底座相結合的軌道結構形式。在道床板和底座之間設置隔離層，同時在道床板兩端底面設置與底座板一體的限位凸臺限制其位移，可降低結構的整體破壞可能，保證結構的穩定性。對比不同端刺結構方案對軌道結構的受力變形影響，并從施工角度敘述道床板和底座板施工的施工工藝及質量控制要點。在隧道內采用不設端刺的摩擦板方案，既減小了對隧道內軌道結構影響，又保證了橋上軌道結構安全穩定，且有利于節省工程投資，便于施工質量控制；對施工各環節進程質量控制，可提高軌道的使用壽命，降低后期維護成本。

雙塊式道床板；縱連底座板；端刺；施工質量；鐵路橋；特大橋

1 雙塊式軌道結構設計

1.1 結構特點與組成

滬昆客運專線北盤江特大鐵路橋采用簡支梁+T型連續剛構梁+連續梁的橋跨布置方式，橋梁結構形式特殊，梁軌縱向作用力大，對軌道結構形式及施工有嚴格要求。橋上軌道結構設計結合了CRTSⅡ型板式軌道縱連底座和CRTSⅠ型雙塊式道床板的優點，在單元道床板和縱連底座之間設置隔離層，通過位于道床板底部的凸臺限制其位移，保證了結構的穩定性，具有“梁軌縱向作用力分離，現澆道床板施工工藝”的特點。

橋上軌道結構系統自上向下依次為：鋼軌、道床板、隔離層、帶凸臺連續底座板和滑動層等，梁縫處設有高強度擠塑板，軌道橫斷面如圖1所示。

圖1 雙塊式軌道橫斷面結構示意

1.2 端刺方案比選

本橋兩端與隧道相連，橋上無砟軌道產生的溫度力和制動力等將影響到隧道內的軌道結構[1-2]，在橋臺后一定長度的隧道仰拱上設置摩擦板和端刺，可以將底座板上產生的溫度力和制動力等傳至隧道仰拱上，不再影響隧道內軌道結構。

本文采用有限元分析軟件ANSYS建立三維有限元力學模型，對隧道內不同設計方案的端刺結構的受力及變形情況進行分析比選，提出一個既能確保路基上軌道結構安全穩定、又能節省工程投資的摩擦板和端刺方案。模型中摩擦板、端刺、隧道回填層及仰拱均采用實體單元(SOLID95)進行模擬；隧道按設計選取拱用內徑為8.0 m，外徑為8.3 m的部分圓柱體代替，其底部厚度為0.3 m，隧道回填層中心高度為1.5 m；按設計值取端刺受力為11 000 kN，考慮最不利荷載工況。

方案1中隧道內摩擦板長80 m，摩擦板末端設置16 m長大端刺并錨固于仰拱內，大端刺后設置4 m長的過渡板。假設仰拱底部及四周、回填層前后兩端和過渡板末端均進行全約束；隧道仰拱、仰拱回填層與大端刺采用粘結，摩擦板與過渡板采用接觸；計算模型如圖2所示。

圖2 端刺結構及邊界條件計算模型

方案2中隧道內摩擦板長100 m，均勻設置10個長1 m，高0.7 m的小端刺，端刺左右兩端填充橡膠墊板，剛度分別取K=100～500 kN/mm。假設端刺四周用彈簧與仰拱回填層連接；隧道仰拱、回填層、摩擦板及過渡板約束情況與方案1相同；計算模型如圖3所示。

圖3 摩擦板和端刺結構及邊界條件計算模型

方案3隧道內摩擦板長取20 m，不設端刺，并且摩擦板全部錨固于仰拱內。隧道仰拱采用素混凝土，仰拱回填層采用片石混凝土。假設隧道仰拱與仰拱回填層粘結；摩擦板與仰拱回填層粘結；隧道仰拱底部和四周進行全約束；隧道仰拱回填層前后兩端進行全約束；過渡板末端進行全約束；并考慮摩擦板與仰拱回填層不粘結最不利情況下，計算摩擦板及端刺最大等效應力、隧道仰拱回填層最大等效應力和最大縱向位移，計算模型如圖4所示。

圖4 摩擦板結構及邊界條件計算模型

所有方案摩擦板及端刺等結構的受力及變形計算結果如表1所示。

表1 所有方案結構受力及變形計算結果

對比3個方案，無論是摩擦板、端刺和隧道仰拱回填層最大等效應力，還是最大縱向位移，所有方案都比較合理。綜合其應力、縱向位移的大小，以及經濟程度和施工難易程度等方面進行比較可知，方案3能確保橋上軌道結構安全穩定、節省工程投資且便于施工質量控制，對隧道內軌道結構影響較小，因此選擇其作為橋上軌道結構兩端的端刺結構。

2 橋上底座板施工

2.1 滑動層與擠塑板施工

橋上滑動層、擠塑板施工前要確保其所在范圍干燥、潔凈，并進行設標網復測，保證幾何要素需滿足施工要求，確定擠塑板與滑動層施工位置[3-5]。

2.1.1 擠塑板鋪設

在梁端鋪設標準擠塑板，梁面設置加高平臺，便于嵌入擠塑板。加高平臺的高差必須符合設計和規范要求，用粘合劑將擠塑板粘貼在梁面相應位置處的防水層上。擠塑板采用階梯排列形式，要連接緊密不得有貫通縫隙，如果產生破損，要及時進行更換。擠塑板的鋪設位置及其規格如圖5所示。

圖5 擠塑板鋪設及其規格示意(單位：mm)

2.1.2 滑動層鋪設

在施工范圍內涂刷粘合劑，使下層土工布粘貼在橋面防水層上。從橋梁固定端的剪力齒槽邊緣開始連續整塊進行鋪設，到相鄰剪力齒槽邊緣結束；在梁縫處將其直接鋪設于擠塑板頂面。可根據施工氣溫條件適當調整作業時間，但必須在粘合劑初凝前完成施工。

在下層土工布上直接整塊鋪設聚乙烯薄膜，使聚乙烯薄膜平整、密貼于下層土工布上；特殊情況下分塊鋪設時，接縫要進行熱熔對接。在聚乙烯薄膜鋪設完成后，進行上層土工布鋪設，鋪設時光面朝下。上層土工布鋪設完成后，在梁縫部位布置寬鋼板，為梁縫處底座板混凝土澆筑提供支撐。滑動層鋪設完成后，立即等間距放置墊塊，以防止滑動層滑動，也可使底座板鋼筋籠的荷載均布于“兩布一膜”之上不至于將其刺穿。“兩布一膜”鋪設搭接如圖6所示。

圖6 “兩布一膜”鋪設搭接示意(單位：cm)

施工注意事項：擠塑板和土工布的質量及強度偏差要滿足設計及規范要求，不得有破損或者影響正常使用的明顯缺陷。施工完成后及時切除多余部分，并檢查其狀態，要平整光滑，無鼓包。

2.2 底座板施工

底座板施工是軌道結構施工的關鍵組成部分，由于道床板底部的限位凸臺位于底座板上，需合理劃分施工單元，保證凸臺位置不與后澆帶的位置相沖突；同時后澆帶張拉時，同一道床板下的2個凸臺相對位置不應產生太大變化。

2.2.1 施工單元劃分

本橋段底座板與設置在橋臺兩端隧道中的摩擦板連接。為使底座板處于零應力狀態，保證線路的平順性，對底座板分段進行澆筑[6-7]。

在剪力齒槽之間設置鋼板連接器后澆帶(BL1)，剪力齒槽處設置剪力齒槽后澆帶(BL2)。BL1與道床板板縫之間的距離要大于80 cm，與梁縫之間的距離要大于5 m，與剪力齒槽之間的距離要小于70 m。中間位置處的剪力齒槽與混凝土澆筑段中心偏差應小于7.5 m，澆筑時兩者一同澆筑完成。應保證與隧道中摩擦板相連的澆筑段后澆帶(K0)位于橋上。

依據以上原則進行施工單元劃分完后，同在橋上對應位置標識各個后澆帶的名稱、類型。北盤江大橋上底座板共劃分為5段，每段長度約為140 m。

2.2.2 底座板鋼筋施工

剪力齒槽后澆帶處不設置縱向鋼筋搭接區，鋼板連接器、剪力釘及鋼筋按設計和相關規范的要求進行加工制作，加工完成后運至施工現場進行安裝。底座鋼筋網用吊車快速、準確的安裝就位，安裝過程中禁止破壞滑動層。跨縫鋼筋的布置執行就“高”不就“低”的原則。搭接區段、鋼板連接器處采用外箍筋，搭接區段箍筋按加密區間距綁扎，鋼板連接器處箍筋類型和綁扎間距按照設計要求進行施工。

2.2.3 模板安裝

底座板模板采用可調組合鋼模，模板加固間距要根據模板剛度來設置，確保模板穩固、混凝土澆筑時模板不變形。按照測量控制線控制模板安裝的平面位置，以底座板邊緣點控制其高程。檢測支設完成后的模板垂直度，特別注意其兩側垂直度。

2.2.4 混凝土施工

兩線同時進行底座板的混凝土澆筑，和澆筑段中部的剪力齒槽一起澆筑，其余剪力齒槽后澆帶待鋼筋張拉連接且底座板應力均勻后二次澆筑完成。澆筑前在常規區內每個BL1后澆帶之間埋設1根測溫電偶，將其固定于底座板鋼筋上，包裹嚴密。混凝土在拌和站集中拌制、用罐車運至施工地點，泵送至模板內，澆筑完成后提漿整平。施工完成后進行底座板混凝土施工質量及中線和高程測量進行驗收，根據驗收結果按標準要求進行相應處理。

2.2.5 底座板張拉及后澆帶施工

底座板混凝土分段澆筑完成并達到設計承載力，在鋼板連接器連接張拉后，進行縱連施工。底座板鎖定溫度為(15±5) ℃，按單元段中心對稱原則和順序進行常規區后澆帶縱連施工，具體工序如下。

(1)使用預埋的測溫電偶測量各澆筑段的溫度及長度，記錄各分段測量長度值，計算出張拉量值。常規區BL1后澆帶張拉距計算公式為

Wc=αt×(Ts-Tc)×Lc

式中，αt為混凝土溫度膨脹系數，取1×10-5/K；Ts為底座板鎖定溫度；Tc為底座板測量溫度；Lc為常規區相臨混凝土澆筑段中已澆筑的BL2之間的距離。

與摩擦板相鄰后澆帶K0張拉量值計算公式為

Wko=αt×(Ts-Tc)×(L+L1,ko/2)

式中：L為K0到常規區首個剪力齒槽的距離；L1，ko為摩擦板第一次測量的數據。

(2)底座鋼筋的張拉與后澆帶混凝土施工

在鎖定溫度(Ts處)范圍內按照規定順序進行底座縱連施工。后澆帶鋼筋張拉連接完成后隨即澆筑混凝土，不應有間隔施工。在底座板溫度小于鎖定溫度的情況下進行縱連時，待混凝土澆筑段內應力均衡后進行混凝土澆筑[8-10]。張拉及澆筑流程如下。

①計算各后澆帶的張拉量值，從兩端向中心對稱連接常規區內所有BL1；縱連必須在24 h內施工完成。當施工溫度高于鎖定溫度，變化幅度小于5 ℃時，直接連接；當施工溫度低于鎖定溫度，變化幅度小于5 ℃時，進行1次張拉；當施工溫度的變化幅度在低于鎖定溫度5～10 ℃范圍內時，間隔1 d進行2次張拉；當施工溫度的變化幅度在低于鎖定溫度10～15 ℃范圍內時，間隔2 d進行3次張拉。

②按張拉量值張拉臨近摩擦板的2個K0，張拉方式與第一步相同。

③進行常規區內BL1和與摩擦板交接區K0的混凝土澆筑。

④進行常規區BL2的混凝土澆筑。根據縱連時底座板內溫度決定常規區的BL2澆筑等待時間，以實現澆筑段內的應力均衡；當施工溫度高于鎖定溫度，變化幅度小于5 ℃時，直接澆筑；當施工溫度低于鎖定溫度，變化幅度小于5 ℃時，等待1 d進行澆筑；當施工溫度的變化幅度在低于鎖定溫度5～10 ℃范圍內時，等待3 d進行澆筑；當施工溫度的變化幅度在低于鎖定溫度10～15 ℃范圍內時，等待5 d進行澆筑。張拉流程示意如圖7所示。

圖7 底座板張拉及澆筑流程示意

施工注意事項：底座板鋼筋縱連時所有澆筑段內混凝土均要達到設計及標準要求強度；隨時檢測其長度變化并做好記錄，為計算張拉量值提供參考。合理安排施工進度，保證底座板的澆筑和縱連時間銜接緊密；如果環境溫度變化劇烈，要保證剪力齒槽處鋼筋狀態穩定。

3 道床板施工

道床板采用組合軌道排架法施工，該方法便于工序程序化、規范化、標準化作業，軌道投入較大，對工廠的加工精度要求高，有利于橋上道床板的精確施工[11-15]。

底座板與道床板間設置中間土工布隔離層，標識底座限位凸臺位置并將土工布鋪于設計位置，土工布必須對接并使用膠帶進行粘接。土工布鋪設完畢后，鋪設限位凸臺頂面土工布，并將彈性墊板牢固粘貼在凸臺四周；確保彈性墊層與底座凸臺頂面齊平，接縫處及周邊無缺陷。

隔離層施工完成后，將施工所用軌枕按設計和規定要求準確擺放定位到軌排上，吊運軌排并根據橋上軌道結構的中心位置在組裝平臺將其準確就位，也可減少后續施工中的粗調的工作量，隨后將軌排框架運送到施工位置進行安裝鋪設。

調整好的軌排安裝完成后，采用全站儀等工具并配合螺桿輔助進行軌排的粗調工作；先對軌排水平方向進行調整，然后調整其中線位置，使其兩端方向和高程準確無誤。隨后安裝道床板的鋼筋，鋼筋的位置和間距要與設計要求相符；并在相互絕緣的鋼筋之間安裝絕緣裝置，安裝就位后用歐姆表檢查相互絕緣鋼筋的絕緣效果，使其之間電阻值滿足規范要求。隨后進行道床板內接地鋼筋的施工，接地端子在道床板的側模安裝就位后進行焊接，因此需要提前做好接地端子防護工作。

模板安裝前對道床板鋼筋籠內進行清理，利用CPⅢ控制點采用工具輔助放出道床板的準確位置，并留出富余量，方便模板的安裝調整。安裝完成的模板要牢固穩定且接縫嚴密，安裝時不能擾動已經粗調完成的軌排框架。

精調中采取定點測量模式對軌排框架進行測量，豎向螺桿和橫向推拉桿等裝置配合進行調節；精調的精度及軌枕之間相對間距變化要滿足規范要求；并根據軌道的實際位置與設計位置之間的偏差，指導精調作業。在澆筑混凝土之前檢查并確認精調結果，如果精調之后軌排放置太長時間或受到外部條件變化較大，要重新精調。

澆筑采用集中拌和、運輸車運送、泵送混凝土、高頻插入式振搗器振搗密實。嚴格按設計順序澆筑；振搗時不得觸碰軌排與支撐架；保證軌排、模板、支撐架的穩定牢固，如有變位應立即停止澆筑和振搗，并在混凝土初凝前完成調整。道床板混凝土強度達標后拆除軌排框架并鋪設工具軌，在無太陽直射和溫度變化不大的環境下，對軌道幾何狀態進行復測，并記錄測量結果，以便后續施工采取糾偏措施。

施工注意事項：精調要選在環境溫度變化較小的時間區段內進行，因此要做好環境溫度測試。現場檢查混凝土的坍落度等指標，保證其品質恒定，無離析等不良狀況；施工完成后養護時間要不少于7 d，要避免陽光直曬，環境溫度起伏劇烈時要及時采取保護措施。

4 結語

無砟軌道彈性均勻，幾何形態優良，具有很強的抗彎曲穩定性[16]；但制造成本高，施工工藝要求高，施工技術難度大，且要結合橋梁結構選取合理的軌道結構形式。因此應盡量采用機械化施工，規范各個施工流程，以保證軌道結構質量滿足行車要求。本橋在底座板上設置凸臺限制單元道床板的位移，因此底座板施工單元科學合理的劃分以及各種溫度條件下縱連張拉尤為重要，關系到道床板施工的順利展開，對提高軌道的使用壽命，降低后期維護成本具有重要意義。

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Structural Design and Construction Quality Control of Double-slab Track on High-speed Railway Major Bridge

DONG Jia-jia， LIU Xue-yi

(MOE Key Laboratory of High-Speed Railway Engineering， Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031， China)

Beipanjiang major bridge is designed with special bridge span arrangement， which has strict requirements for track structure form and construction quality. Double-slab ballastless track and continuous seating plates are used on the bridge. An isolation layer is provided between the road deck and the base， while the limit boss is set in integration with the seating plate at the two ends of the track slab bottom to reduce possible overall damage and ensure the stability of the structure. The effects of force and deformation generated by different programs of the thorns track structure are compared， and construction processes of double-slab ballastless track and continuous seating plate and key quality control points are illustrated. The applied program uses friction plate without end thorn， which not only reduces the impact on track structure in the tunnel， ensures the security and stability of the bridge track structure， but also helps save investment and reinforce quality control. In addition， process quality control prolongs track service life and cuts maintenance cost.

Double-slab slab; Continuous seating plate; End thorn; Construction quality; Railway bridge; Major bridge

2016-04-25；

2016-05-05

國家自然科學基金重點資助項目(U1434208)；國家自然科學基金資助項目(51278431)

董佳佳(1989—)，男，碩士研究生，E-mail：851886527@qq.com。

1004-2954(2016)12-0022-04

U213.2+44

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2016.12.006