无砟轨道高速铁路桥梁线形控制技术研究

【摘要】伴随我国社会经济的不断进步，交通事业的发展可谓日新月异，而城市的进步也给交通发展提出了越来越严苛的要求，使得道路交通开始向着越来越多元化的方向发展。客运专线在近十年间就发生了翻天覆地的变化。无砟轨道高速铁路桥梁的线形控制就是这一发展过程中非常重要的一部分，它在我国高速铁路桥梁的建筑史上具有重要的意义，将高速铁路桥梁的发展推向了一个全新的高度。因此，本文针对无砟轨道桥梁的特点对无砟轨道高速铁路桥梁的施工控制方法及措施进行研究。

【关键词】无砟轨道；高速铁路桥；线形控制

一、无砟轨道桥梁施工控制特点

对于一般的有砟轨道桥梁，桥梁施工控制仅给出箱梁底板立模高程即可，梁顶板立模高程根据箱梁底板立模高程和该段梁高确定，由于现有施工技术水平限制，一般有砟轨道桥梁混凝土浇筑后的梁面不平顺，高程起伏较大.但对于无砟轨道客运专线（高速铁路）桥梁，列车运行速度较快，轨道的平顺度要求较高，如京津城际客运专线采用Ⅱ型板式无砟轨道系统，Ⅱ型板式无砟轨道桥梁桥面系统主要构造为箱梁、底座板、轨道板，箱梁和底座板整体结构分离，为保证底座板在温度等因素的作用下可以自由伸缩，梁面的平整度精度要求较高。另外，Ⅱ型板的铺设对于梁面高程及徐变上拱值要求也较高，为使梁顶高程满足浇筑底座板和铺设Ⅱ型无砟轨道板的需要，需要对梁顶面高程进行严格控制.由于无砟轨道桥梁对梁体的平顺度要求较高，这样对桥梁的施工控制提出了更高的要求，不仅合拢前合拢段两端的合拢误差不能过大，在桥面系施工完成后梁面的绝对标高也要满足要求。故在施工过程中需要准确估计后续工序对本阶段梁的位移影响。

二、无砟轨道桥梁顶面线形控制

在箱梁混凝土浇筑后，若顶板高程与设计高程有偏差，则需要在铺设底座板之前对梁面高程进行修整，若超出较多，不但修整的工作量很大，且会影响顶板钢筋的保护层厚度，对结构的耐久性等产生影响.为减小箱梁顶板混凝土面的后期修整量，提出了将箱梁顶面及底面高程同时控制的施工控制措施，另外还提出了箱梁顶面在混凝土浇筑即将完成时的梁面高程，如下所示：

式（1） 式中：h 1 为混凝土浇筑即将完成时的箱梁顶面高程；h top 为浇筑混凝土前的箱梁底面立模高程；h l I为本段前端梁高；f con 为浇筑本段混凝土时本段前端预测挠度；f g l 为预测本段挂篮变形.

根据式（1）计算的梁顶面立模高程，在混凝土即将浇筑完成时控制完成梁顶面的浇筑工作，可以消除本阶段预测挂篮变形及预测浇筑混凝土产生的梁端挠度误差对梁顶面高程的影响，减小后期梁面的修整工作，保证结构顶板钢筋的保护层厚度。

三、施工控制方法

为达到良好的线形控制效果，需要对后续工序对已浇筑混凝土梁段的挠度影响进行准确预测，在无砟轨道高速铁路大跨度桥的施工控制过程中引入灰色理论及自适应控制方法进行线形控制，并采用最小二乘法对参数进行调整[3_6]。

3.1灰色控制理论

灰色理论的特点是以现有信息为基础来进行数据加工和处理，建立灰模型来预测系统未来发展变化，灰色系统模型的主要模型是GM（1， N）模型.GM（1， N）模型适合于各变量动态关联分析，适合于为高阶系统建模提供基础，但不适合预测用.适合预测的模型只能是单变量模型即GM（1，1）模型[3_6].利用灰色理论建立的模型其形式为：

对于悬臂施工桥梁，一般将各阶段梁体的变形量和各阶段预拱度调整量作为灰色系统模型原始数据列。

四、自适应控制方法

对于预应力混凝土桥梁，施工中每个工况的受力状态达不到设计所确定的理想目标的重要原因是有限元计算模型中的计算参数取值，主要是混凝土的弹性模量、材料的比重、徐变系数等与施工中的实际情况有一定的差距。要得到比较准确的控制凋整量，必须根据施工中实测到的结构反应修正计算模型中的这些参数值，以使计算模型在与实际结构磨合一段时间后，自动适应结构的物理力学规律，为自适应控制的原理图 。对于悬臂浇筑的桥梁，主梁在墩顶附近的相对线刚度较大，变形较小，因此，在控制初期，参数不准确带来的误差对全桥线形的影响较小，这对于上述自适应控制思路的应用是非常有利的.经过几个节段的施工后，计算参数已得到修正，为跨中变形较大的节段的施工控制创造了良好的条件。

五、无砟轨道施工技术难点

与普通铁路有砟轨道相比，高速铁路无砟轨道系统的施工工艺更为复杂，技术含量更高，其难点主要体现在以下几个方面：首先，轨道基础地基沉降变形规律难以控制。无砟轨道整体形态难以通过扣件系统进行维持，因此，必须采取技术经济合理的处理措施保证轨道地基的稳定性。其次，精密测量技术。传统的测量技术已经无法满足高速铁路无砟轨道系统的施工建设需求，需要采用高精度的现代工程测量方法来保证无砟轨道路平顺性。再次，轨道平顺度控制。高速铁路与普通有砟铁路的最显著区别是需要一次性建成可靠、稳固的轨道基础工程和高平顺性的轨道结构。最后，无砟道岔施工。道岔区无砟轨道施工应严格按照相关规程进行，在保证无砟轨道的道岔间无缝的同时还要注意与不同区间、不同标段间无缝线路施工相互协调。

六、无砟轨道施工关键技术控制

我们需要清醒的认识到无砟轨道的平稳性是建立在基础工程的稳定性之上无砟轨道对基础工程变形及沉降有着严格的要求。在建设中，要高度重视基础工程的地基处理，选择科学合理的地基处理技术和方法，严格按照设计标准及要求做好路基工程填料选择及填筑作业，对基础工程的沉降变形开展分析及观测，在铺设无砟轨道前，进行沉降变形分析和评估，沉降变形趋于稳定、达到规范要求，方可铺设无砟轨道。水泥乳化沥青砂浆的质量控制。水泥砂浆的耐久性是板式无砟轨道工程质量的关键和薄弱环节。水泥砂浆受施工、材料及环境温度等因素影响，是一种施工敏感性材料，质量控制难度较大。严格控制原材料质量标准，做好采购、运输、存放等工作；加强水泥砂浆的配比及性能试验，选择合适的搅拌设备，掌握好拌合、灌注工艺，拌合中特别是要保证计量的准确性。无砟轨道刚度均匀化。无砟轨道刚度均匀化重点是桥（涵）路过渡段和岔区刚度均匀。设计中对桥涵路过渡段长度、型式、材料、施工方法要提出明确要求，施工中应加强过渡段的施工方法、工艺的控制，确保符合有关要求，防止过渡段刚度的差异引起线路的不平顺。无砟轨道铺设精确定位。无砟轨道铺设精度要求达到毫米级，精确定位、精密测量是关键的技术保障。无砟轨道施工组织要科学合理。无砟轨道技术复杂，接口多样性。无砟轨道工程必须贯彻精细施作、精确定位的理念，加强施工组织的研究和编制，制定科学合理的施工组织方案、物流组织方案。应采用专业化施工队伍，配备专业化的工装设备，加强专业培训，坚持标准化施工，强化技术与管理，做到过程有序可控，确保工程质量，提高施工工效。抓好无砟轨道工艺试验段建设。在大规模无砟轨道工程施工阶段前，应组织无砟轨道工艺性试验段建设，优化施工工艺，掌握各项技术要点，完善技术细节，调试工装设备，使施工组织达到最佳，形成标准化作业模式，开展支承层、水泥沥青砂浆和混凝土配合比的工程化放大试验，验证钢筋绝缘措施、轨道板（轨枕）与扣件匹配等接口技术问题。

七、结语

综上所述，在无砟轨道高速铁路桥梁的线形控制技术方面，我们还有很多值得探究之处，要在已有基础上进一步的完善无砟轨道交通的设计理论，不断地加强无砟轨道桥梁的技术标准与技术要求，以更好的为我国高速铁路事业推波助澜，将我国的高速铁路事业推向一个全新的阶段。