赵汗青 王小勇 金令 王海彬 杨登辉

1.中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055；
2.中铁大桥局第一工程有限公司，郑州 450003

随着高速铁路的迅速发展，无砟轨道被广泛运用到大跨度桥梁上。施工过程中大跨度桥梁的温度敏感性高，且无砟轨道对线形精度要求高，这给无砟轨道施工线形控制带来了严峻的挑战。因此，针对大跨度桥梁，研究无砟轨道施工线形控制具有重要意义。

文献［1］针对京张高速铁路官厅水库特大桥主桥，分析了温度变化对无砟轨道的影响，提出应在夜间对该桥进行铺轨和精调。文献［2-3］分析了在大跨度连续刚构梁桥无砟轨道的铺设过程中预拱度对成桥线形和轨道线形的影响。文献［4］分析了当采用不同施工工序时简支钢桁梁桥的设计预拱度和施工实测预拱度，提出在钢桁梁的加工和施工过程中应根据设计要求严格控制预拱度。文献［5］根据郑万、郑阜高速铁路河南段的施工经验，提出增加无砟轨道的管控流程并更新其管控措施，从而提高无砟轨道的平顺性。文献［6］在无砟轨道施工前采用桥面预压试验得到桥梁的实际刚度，从而修正无砟轨道的施工线形。

为了确保郑州万滩黄河公铁大桥主桥（112+6 ×168+112）m 连续钢桁梁无砟轨道的线形精度满足规范和设计要求，本文在无砟轨道施工前对连续钢桁梁进行施工线形控制试验，测量连续钢桁梁的施工挠度，并与挠度理论计算值进行对比，通过修正有限元模型中连续钢桁梁的理论刚度来预测无砟轨道的施工挠度，为无砟轨道施工线形控制提供依据。

1.1 桥梁简介

郑州万滩黄河公铁大桥主桥连续钢桁梁（图1）位于黄河主河槽（378#—386#墩），全联共计8 跨，全长1 232 m，大桥为公铁两用桥，上层为六车道郑新快速路，下层为四线铁路（两线为郑济高速铁路，两线为郑新城际铁路［7］）。其中，下层铁路采用无砟轨道施工。

图1 （112+6 × 168+112）m连续钢桁梁布置（单位：m）

1.2 CRTSⅠ型双块式无砟轨道

连续钢桁梁桥采用CRTSⅠ型双块式无砟轨道。轨道结构由钢轨、WJ-8B 扣件、道床板以及底座组成，见图2。

图2 CRTSⅠ型双块式减振无砟轨道（单位：cm）

通过浇筑桥面铺装层及防护墙的混凝土来施加荷载，测量连续钢桁梁的实际挠度L1，结合理论计算挠度L2，推导连续钢桁梁的施工刚度。通过连续钢桁梁的施工刚度修正无砟轨道施工挠度，为无砟轨道施工线形控制提供依据。

2.1 试验荷载

试验前，统计试验荷载（表1）并对其进行分析，拟定合理的试验方案。

表1 试验荷载

2.2 试验测点

根据现场实际施工情况及试验要求，选择383#—386#墩的三跨连续钢桁梁进行施工线形控制试验。位移监测测点布置在铁路层下弦杆顶部，按节间布置：每个节间为一个断面，每个断面按三桁布置4个测点，即郑新城际铁路侧边桁（简称市域侧边桁）和郑济高速铁路侧边桁（简称高速铁路侧边桁）的下弦杆布置1 个测点，中桁下弦杆处布置2 个测点。因此，383#—386#墩三桁共计156 个位移监测点。384#—383#墩的节点编号为24—38（图3）；
386#—384#墩的节点编号为0 —24。

图3 383#—384#墩测点平面布置（单位：m）

2.3 试验过程

1）第一次测量。在施工线形控制试验开始前，测量下弦杆各监测点标高初始值。

2）第二次测量。浇筑384#—385#跨高速铁路侧铺装层和防护墙混凝土后，测量下弦杆各监测点位移。

3）第三次测量。浇筑383#—384#及385#—386#跨高速铁路侧铺装层和防护墙混凝土后，测量下弦杆各监测点标高。

4）第四次测量。浇筑383#—386#跨市域侧铺装层和防护墙混凝土后，测量下弦杆各监测点标高。

3.1 有限元模型的建立

采用MIDAS/Civil软件建立全桥有限元模型，采用板单元模拟铁路钢桥面板，采用梁单元模拟钢桁架和纵横梁，在桥墩处添加边界约束条件来模拟桥墩的支撑作用。

3.2 第二次测量结果对比

浇筑试验跨（384#—385#）高速铁路侧铺装层和防护墙混凝土后，测量下弦杆标高并减去对应的初始标高，得到第二次测量结果，见图4。图中负值表示节点向下移动，正值表示节点向上移动。

图4 第二次测量结果

由图4可知：①因为只完成了384#—385#跨高速铁路侧铺装层和防护墙混凝土的浇筑，所以在384#—385#跨中，高速铁路侧的边桁下弦杆处挠度最大，且挠度实测值和理论计算值的相对误差最小。②与384#—385#跨的挠度相比，383#—384#、385#—386#跨的挠度较小，实测值和理论计算值的相对误差较大。③整体上挠度实测值小于理论计算值，说明在有限元模型中连续钢桁梁的理论刚度小于施工刚度。为了能够较为准确地预测出无砟轨道的施工挠度，应适当增大连续钢桁梁的理论刚度。

3.3 第三次测量结果对比

第三次测量结果见图5。因为现场有遮挡物，无法测到几个测点的下弦杆标高，所以图中缺少一些节点的挠度实测值。可知：①当383#—386#跨高速铁路侧铺装层和防护墙的混凝土均浇筑完成后，市域侧边桁下弦杆处挠度最小，且挠度实测值和理论计算值的相对误差最大。②383#—384#和384#—385#跨中，各测点挠度的实测值均小于理论计算值。

图5 第三次测量结果

3.4 第四次测量结果对比

为了能够较为准确地预测出无砟轨道的施工挠度，为无砟轨道施工线形控制提供依据，对比分析了连续钢桁梁挠度的理论计算值L2与实测值L1，见图6。可知，L2/L1的拟合值为1.35，即连续钢桁梁的施工刚度是理论刚度的1.35倍。因此，有限元模型中连续钢桁梁的理论刚度增大到原设计值的1.35倍。

图6 钢桁梁挠度的理论计算值与实测值对比

4.1 底座板施工线形控制

根据施工进度以及施工线形控制试验的结果，修正连续钢桁梁的理论刚度，计算出郑济高速铁路侧底座板施工标高控制预抬值。在底座板施工时，通过测量施工前后各节点的标高，获得连续钢桁梁钢混结构的挠度，并与理论计算值进行对比分析，进一步修正连续钢桁梁钢混结构的理论刚度，为道床板施工线形控制提供数据支撑，保证无砟轨道施工线形。

4.2 无砟轨道施工线形控制

采用相对高差控制法控制无砟轨道施工线形。高差如图7所示。

图7 高差示意

具体实施方法如下：

1）在环境温度恒定且温度接近15 ℃时，测量全桥CPⅢ点的高程、坐标值，以及全桥CPⅢ断面处铺装层顶面实际高程（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，得到轨底标高目标曲线①。

3）用目标曲线①减去实际曲线，就可以得到各断面处的高程差，此高程差即为底座板和道床板施工厚度之和。

4）确定各断面底座板及道床板的施工厚度，消除前期施工高度偏差。

5）按照确定的施工厚度，施工完全部底座板。

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

7）用第6 步的测量结果减去第1 步的测量结果并进行分析。根据分析结果修正连续钢桁梁钢混结构的理论刚度。

8）根据设计图纸提供的理论轨底标高曲线和第7步的计算结果，得到轨底标高目标曲线②。

9）将轨底标高目标曲线②测设放线至相应的防护墙上。

10）根据轨底标高目标曲线②，施工道床板。

11）全桥竣工测量。

4.3 施工线形控制的实测结果

测量市域侧边桁、中桁和高速铁路侧边桁的最终线形，钢梁相对高程设计值与实测值对比见图8。可知，相对高程设计值与实测值之间的误差非常小，这说明本文提出的措施可以很好地控制无砟轨道的施工线形。

图8 钢梁相对高程设计值与实测值对比

连续钢桁梁中各测点挠度的实测值均小于理论计算值，说明在有限元模型中连续钢桁梁的理论刚度小于实际刚度。为了能够较为准确地预测出无砟轨道的施工挠度，应适当增大连续钢桁梁的理论刚度。根据第四次测量结果可知，连续钢桁梁挠度的理论计算值是实测值的1.35倍，有限元模型中连续钢桁梁的理论刚度应增大到原设计值的1.35倍。

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