關于高速鐵路簡支箱梁預制遮板的研究

姜海君,金 武,蘇國明,郭 波,徐 勇

(1.中鐵第五勘察設計院集團有限公司,北京 102600； 2.寧安鐵路有限責任公司,安徽蕪湖 241000)

1 研究背景

目前高速鐵路人行道欄桿遮板和聲屏障遮板均為工廠預制，遮板運輸至現場后，通過遮板預留鋼筋與豎墻A鋼筋連接后，澆筑豎墻A固定遮板，遮板安裝步驟如圖1所示。

圖1 遮板安裝步驟

鑒于目前遮板施工存在現場澆筑工作量大、施工工序復雜、現場施工質量難以控制、施工周期長、高空作業施工風險高等問題。本文擬通過對“時速350 km無砟軌道1-31.5 m雙線簡支箱梁(通橋2016(2322A-II-1))”遮板構造及施工方案的研究，達到優化遮板施工工序、提高遮板施工質量、縮短遮板施工周期、降低遮板施工風險和節省工程投資的目的[1-12]。

2 橋面寬度研究

以時速350 km無砟軌道1-31.5 m雙線簡支箱梁(通橋2016(2322A-II-1))為基礎，通過對橋面寬度控制因素的分析，得出對部頒通用圖遮板優化方向。預制簡支梁主要分為非聲屏障梁和聲屏障梁兩種類型，其中聲屏障梁根據聲屏障立柱類型不同分為PZ型聲屏障和倒L形聲屏障兩種類型。橋面布置見圖2～圖4。

圖2 非聲屏障梁橋面布置示意(單位：mm)

圖3 倒L形立柱聲屏障橋面布置示意(單位：mm)

圖4 PZ型立柱聲屏障橋面布置示意(單位：mm)

由部頒通用圖橫斷面可知，橋面寬度主要受以下因素控制。

(1)防護墻至線路中心距離

TB 10002—2017《鐵路橋涵設計規范》第3.5.1條附注條文說明中規定“無砟軌道直線梁線路中心線距防護墻內側距離一般不小于1.9 m”；由于簡支梁采用平分中矢布置，時速350 km無砟軌道1-31.5 m雙線簡支箱梁(通橋2016(2322A-II-1))適用最小曲線半徑R=5 500 m，單側曲線矢高f1=12 mm?？紤]簡支梁曲線矢高、架梁誤差和防護墻施工誤差等因素，故防護墻內側距線路中心線距離維持通用圖2.0 m不變。

(2)通信信號、電力電纜槽尺寸

接觸網支柱基礎位置電纜槽尺寸最小，通信信號電纜槽寬350 mm，電力電纜槽寬200 mm。由于接觸網支柱基礎位置橋面局部加高14 cm，通信信號電纜槽凈尺寸為188 mm(高)×350 mm(寬)，電力電纜槽凈尺寸為182 mm(高)×200 mm(寬)。根據電纜布置要求通信信號和電力電纜槽尺寸不能減小。

(3)接觸網立柱內側距線路中心線距離

接觸網基礎橫向寬度700 mm受接觸網基礎預埋件尺寸控制不能減小；接觸網基礎位置防護墻距線路中心線距離、電纜槽尺寸均不能減??；根據TB10621—2014《高速鐵路設計規范》第11.5.7條“接觸網支柱內側邊緣至線路中心線距離，區間正線無砟軌道地段不應小于3.0 m”；《鐵路技術管理規程(高速鐵路部分)》第42條規定，橋上作業通道寬度(防護墻外側至接觸網內側)不應小于0.8 m；由于簡支梁曲線矢高、架梁誤差和接觸網基礎施工誤差等原因，導致多個項目出現了接觸網內側距離線路中心線距離不滿足規范要求的情況，故接觸網支柱內側至線路中心線距離維持3.1 m不變。

(4)人行道欄桿(或聲屏障)基礎橫向尺寸

人行道欄桿基礎預埋件直接設置遮板上，橫向寬度250 mm即可滿足安裝要求；聲屏障基礎預埋件尺寸為480 mm(橫向)×420 mm(縱向)，聲屏障基礎預埋件同時設置在遮板和豎墻上，聲屏障遮板及豎墻橫向總寬度550 mm。聲屏障基礎橫向尺寸受預埋件尺寸控制不得小于550 mm；人行道欄桿基礎橫向尺寸受預埋件尺寸控制不得小于250 mm。

(5)人行道欄桿(或聲屏障立柱)內側距線路中心線距離

TB10002—2017《鐵路橋涵設計規范》表3.5.3中規定“高速鐵路無砟軌道直線梁線路中心線至人行道欄桿內側最小凈距不得小于3.45 m”；目前通用圖中人行道欄桿內側距線路中心線距離3.705 m，倒L形聲屏障立柱內側距線路中心線距離3.69 m，PZ型聲屏障立柱內側距線路中心線距離3.76 m，以上距離均大于3.45 m，具有一定的優化空間。

(6)橋面寬度研究結論

由以上分析可知，防護墻至線路中心距離、電纜槽尺寸、接觸網立柱內側距線路中心線距離和人行道欄桿(或聲屏障)基礎橫向尺寸均無優化空間；僅人行道欄桿(或聲屏障立柱)內側距線路中心線距離具有一定的優化空間[13-14]。

3 遮板構造研究

由以上分析可知，人行道欄桿(或聲屏障立柱)內側距線路中心線距離具有一定的優化空間，故遮板構造研究從人行道欄桿(或聲屏障立柱)內側距線路中心線距離著手，研究過程如下。

(1)TB10002—2017《鐵路橋涵設計規范》表3.5.3中規定“高速鐵路無砟軌道直線梁線路中心線至人行道欄桿內側最小凈距不得小于3.45 m”；人行道欄桿、倒L形聲屏障和PZ型聲屏障中倒L形聲屏障立柱內側距離線路中心線距離最小，考慮簡支梁曲線矢高、架梁誤差、聲屏障基礎預埋件施工誤差等，倒L形聲屏障立柱內側距離線路中心線距離可由3.69 m調整為3.54 m。橋梁頂寬維持12.6 m不變。橋梁建筑總寬度(含遮板)可由12.9 m縮減至12.6 m。遮板變化過程詳見圖5。

圖5 倒L形聲屏障梁遮板變化流程(單位：mm)

(2)為保證新豎墻A施工質量及外觀，新豎墻A在梁場同梁體一同預制，人行道欄桿和聲屏障基礎可直接設置在新豎墻A上，取消原通用圖遮板；為了保證電纜槽蓋板厚度6 cm不變(蓋板橫向最大尺寸0.794 m，如加大蓋板橫向尺寸，電纜槽蓋板厚度需加厚)和減少電纜槽蓋板種類，豎墻B向線路外側移動25 cm，使內側電纜槽尺寸由35 cm變為60 cm(接觸網基礎位置保持35 cm不變)。箱梁翼緣板底面倒圓角，并設置滴水槽，圓角半徑8 cm。新豎墻A變化過程詳見圖6、圖7。

圖6 倒L形聲屏障梁基礎變化對比(單位：mm)

圖7 人行道欄桿基礎變化對比(單位：mm)

(3)聲屏障預埋件尺寸為0.48 m(橫向)×0.42 m(縱向)，為滿足聲屏障基礎安裝要求，聲屏障基礎位置豎墻尺寸為0.55 m(橫向)×0.5 m(縱向)，非聲屏障基礎位置新豎墻A厚度0.25 m。非聲屏障梁新豎墻A厚度與原通用圖一致，按照0.25 m設置?；A平面布置詳見圖8、圖9。

圖8 聲屏障基礎平面布置(單位：mm)

圖9 人行道欄桿基礎平面布置(單位：mm)

(4)聲屏障向線路內側移動0.15 m，倒L形聲屏障接觸網立柱外側距離聲屏障內側距離由30.8 cm減小至15.8 cm，PZ型聲屏障接觸網立柱外側距離聲屏障內側距離由37.8 cm減小至22.8 cm。聲屏障梁接觸網位置橫斷面布置詳見圖10、圖11。

圖10 倒L形聲屏障梁接觸網位置布置(單位：mm)

圖11 PZ型聲屏障梁接觸網位置布置(單位：mm)

接觸網立柱檢查用腳蹬子橫向尺寸12 cm，要滿足檢修要求，聲屏障內側距離接觸網立柱外側之間距離至少20 cm。接觸網立柱檢查橫向尺寸見圖12。

圖12 接觸網立柱橫向尺寸檢查

聲屏障向線路內側移動，PZ型聲屏障接觸網立柱外側距離聲屏障內側距離由37.8 cm減小至22.8 cm，滿足檢修空間要求；倒L形聲屏障接觸網立柱外側距離聲屏障內側距離由30.8 cm減小至15.8 cm，不滿足檢修空間要求。為解決檢修空間要求，接觸網位置聲屏障局部外移8 cm，接觸網立柱外側距離聲屏障內側距離由15.8 cm增加至23.8 cm。聲屏障梁接觸網位置局部外挑詳見圖13。

圖13 聲屏障梁接觸網位置局部外挑(單位：mm)

人行道欄桿向線路內側移動，接觸網立柱外側距離人行道欄桿內側距離由35 cm減小至27.5 cm。滿足檢修空間要求。人行道欄桿接觸網位置橫斷面見圖14。

圖14 人行道欄桿接觸網位置橫斷面布置(單位：mm)

4 遮板施工方案研究

為保證新豎墻A施工質量及外觀，新豎墻A在梁場同梁體一同預制，新豎墻A同梁體一同預制需考慮以下影響。

(1)對現有運架梁設備的影響

非聲屏障梁新豎墻A質量(6.4 m3混凝土)約16 t，簡支梁梁體質量(316.1 m3混凝土)約790 t，梁體和新豎墻A總質量806 t；聲屏障梁新豎墻A質量(13.2 m3混凝土)約33 t，簡支梁梁體質量(316.1 m3混凝土)約790 t，梁體和新豎墻A總質量(33+790) t=823 t，目前架橋機及運梁車均按900 t設計，新豎墻A在梁場同梁體一同預制現行運架設備可滿足運架梁要求。

(2)對隧道運梁影響

梁體與新豎墻A(聲屏障梁新豎墻A高度0.644 m，非聲屏障梁新豎墻A高度0.412 m)在梁場一體澆筑。在隧道仰拱完全施工的情況下，分別對低位運梁車和運架一體機運梁(由于不同生產廠家運梁車高度不同，僅以安九鐵路項目運梁車為例進行研究，運梁車長45 m)過隧道時，梁體翼緣與隧道之間距離進行對比統計，對比結果詳見表1。

表1 運梁過隧道翼緣與隧道之間安全距離對比

由表1可知，新豎墻A同梁體一同預制對梁體翼緣與隧道之間距離影響較大，非聲屏障梁可通過隧道仰拱混凝土局部二次澆筑實現隧道過梁；聲屏障梁無法運梁過隧道，故對聲屏障梁提出以下兩種解決方案：方案1，需過隧道的聲屏障梁，新豎墻A采用現場澆筑施工；方案2，聲屏障梁新豎墻A高度由0.644 m降低至0.412 m，與非聲屏障梁新豎墻A同高，可通過隧道仰拱混凝土局部二次澆筑實現隧道過梁，但此方案需局部增加聲屏障高度[15-20]。運梁車過隧道對比見圖15～圖18。

圖15 非聲屏障梁運架一體機過隧道對比(單位：cm)

圖16 非聲屏障梁低位運梁車過隧道對比(單位：cm)

圖17 聲屏障梁運架一體機過隧道對比(單位：cm)

圖18 聲屏障梁低位運梁車過隧道對比(單位：cm)

5 研究總結

本文通過對時速350 km高速鐵路遮板構造及施工方案研究優化，獲得以下成果。

(1)優化后橋梁建筑總寬度可由12.9 m減小到12.6 m。

(2)聲屏障和人行道欄桿基礎直接設置在豎墻A上，取消部頒通用圖遮板，可減少梁部二期恒載(聲屏障梁二期恒載每延米減少11.1 kN/m，非聲屏障梁二期恒載每延米減少7.3 kN/m)，可對結構預應力進行適當優化。

(3)新豎墻A與梁體一同在梁場預制，可減少遮板預制及安裝工序、現場澆筑工作量、高空作業風險、縮短工期、環保效果好。

(4)通過此次對高速鐵路橋梁遮板方案的研究創新，優化后遮板方案較傳統遮板方案節省了大量的人力、物力和工期成本，創造了更多的直接經濟效益，同時降低了高空作業安全風險。每孔31.5 m雙線非聲屏障簡支箱梁可減少混凝土9.2 m3，鋼筋1.23 t，材料直接費1.01萬元；每孔31.5 m雙線聲屏障簡支箱梁可減少混凝土10.0 m3，鋼筋1.14 t，材料直接費0.99萬元。

(4)新豎墻A同梁體一同在梁場預制，為防止梁體徐變上拱，造成新豎墻A開裂，新豎墻A可在梁體終張拉后進行澆筑，且每隔8 m左右設置1道斷縫。

(5)新豎墻A同梁體一同在梁場預制，由于吊裝質量增加，導致吊裝孔附近起吊過程中拉應力增大；但由于新豎墻A質量較小，僅占梁體總質量4%左右，通過實體分析發現，吊裝孔位置拉應力幾乎無變化，可忽略吊裝質量增加對吊裝孔拉應力的影響。

(6)由于聲屏障立柱和人行道欄桿基礎預埋件均在工廠預制，現場無法進行調整，必須提高制梁和架梁精度。

6 結語

本文通過對時速350 km高速鐵路遮板構造及施工方案進行詳細研究，經研究可將原通用圖豎墻A和遮板合并為滿足人行道欄桿(或聲屏障立柱)安裝要求的新豎墻A，新豎墻A同梁體一同在梁場預制，達到了優化遮板施工工序、提高遮板施工質量、縮短遮板施工周期、降低遮板施工風險和降低工程投資的目的。該方案在經濟性、可靠性、高效性、操作性、安全性等方面均有較強優勢，可為類似工程施工提供借鑒和參考。