石 磊
（中铁十四局集团第一工程发展有限公司 湛江 524000）
摘 要 随着铁路运输工程的蓬勃发展，遍布河流和道路的连续梁钢管拱桥不断出现。此类桥型是梁与拱共同构成工程结构整体荷载的结合体。该梁的表面标高主要会受动荷载应力变化、环境温度、预应力混凝土结构、拱的吊索张力等因素的影响。而对于无砟轨道的桥面施工而言，对标高控制要求极高。本文结合横涌海(90+180+90)m钢管连续梁拱桥在穗莞深城际轨道交通工程中的施工、交付和整改经验，重点研究了大跨度钢管拱桥无砟轨道的线性控制、标高修正及吊索张力的受力调整技术。
关键词 大跨度 连续梁钢管拱桥 无砟轨道 线性控制 纠偏技术
中图分类号 文献标识码
Linear control and rectification technology of large-span steel tubular arched bridge with ballastless track
Shi lei
(NO.1 Engineering Development CO.,LTD.of China Railway 14thBureau Group, Zhanjiang 524000,China)
Abstract : With the vigorous development of the railway transit engineering, steel tubular arched bridge with continuous beam that across rivers and roads constantly appear all over the country. The bridge is the combination of beam and arch together into a whole load of engineering structures. The surface elevation of beam is mainly affected by the dynamic load stress changes, ambient temperature, prestressed concrete structure, sling tension of arch and so on. In addition, the control requirements of bridge surface elevation for ballastless track are extremely high. In this paper, based on the experiences of construction, delivery, and rectification of Hengyonghai (90+180+90) m steel tubular arched bridge with continuous beam which has been applied to Guangzhou-Dongguan-Shenzhen intercity rail transit project, we focus on the linear control of ballastless track, elevation correction and force adjustment technic of sling tension for large-span steel tubular arched bridge.
Keywords：Large span ; Continuous beam steel tube arch bridge ; Ballastless track ; Linear control ; Correction technique
1 工程概况
1.1 桥梁概况
穗莞穗莞深城际横涌海特大桥主桥为（90+180+90）m连续梁拱桥，主桥桥长361.85m。 主梁为预应力混凝土结构，采用单箱双室变高度箱形截面[1]。拱肋计算跨度L=180.0m，设计矢高f=36.0m，矢跨比f／L=1：5。拱肋为钢管混凝土结构，采用等高度哑铃形截面，截面高度3.1m，弦管直径φ1.1m。两榀拱肋间横向中心距13.1m。吊杆顺桥向间距9m，全桥共设18组双吊杆。吊杆采用平行钢丝束，配套使用冷铸镦头锚。吊杆上端穿过拱肋，锚于拱肋上缘张拉底座，下端锚于吊点横梁下缘固定底座。
1.2 原设计施工步骤
主桥采用“先梁后拱”施工方法[2-3]，主要施工步骤如下：
⑴ 利用挂篮悬臂浇筑主梁，张拉相应预应力；
⑵先边后中合拢主梁，张拉全部预应力；
⑶通行运梁车3个月；
⑷以桥面为工作面，支架拼装钢管拱肋。
⑸合拢拱顶、固结拱脚；
⑹拆除桥面临时支架；
⑺依次灌注拱肋上弦管、下弦管、缀板内混凝土；
⑻安装吊杆，按指定次序给吊杆加初张力N=200KN；调整吊杆索力至N=200kN。
⑼存梁3个月；
⑽施工桥面系；
⑾调整吊杆力到成桥设计索力。
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图1 连续梁钢管拱原位拼装施工示意图
1.3 工序分析
在原设计工序（7）灌注拱肋混凝土后，先安装吊杆，再调整初始索力200KN，存梁3个月后施工桥面系（包含防水层、栏杆、竖墙防护墙及盖板、无砟轨道等），此时无砟轨道顶面标高按交验设计值预留0～114mm用于索力调整后标高上抬，最后，调整吊杆索力到设计索力，此时轨面标高应与设计标高一致。
设计主要节点变形情况：主梁施工时，需设置恒载及活载预拱度，代表节点在施工阶段的累计位移及设计给出参考预拱度如下表：
表1 设计参考预拱度表
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2 存在的问题及分析
2.1 工后无砟轨道标高问题
索力调整到设计值后，发现无砟轨道实测标高呈“W”形偏差，中跨上拱，最大值45mm，两边跨下饶，最大值约23mm，且左右股道情况基本一致。
由此可见存在问题：（1）工况之间的桥梁变形值与设计存在较大偏差；（2）当连续梁拱桥主跨索力调整到设计时，将产生中跨抬高、边跨下沉的总体趋势。
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图2 连续梁钢管拱无砟轨道标高工后示意图
2.2 偏差过程分析
钢管拱连续梁左右轨道偏差基本一致，经桥梁线性监控分析可知，不是无砟轨道道床板施工误差及精调造成，而是连续梁桥面整体标高产生了非设计预留值变化[4]。
（1）连续梁于2015年10月开始施工梁部结构，2017年12月完成全桥合拢，合拢后继续进行桥梁沉降观测，梁体沉降观测数据均能满足要求[5]。
（2）初始索力调整到200KN后，施工无砟轨道道床板精调值满足预留值要求。
（3）调整吊杆力到成桥设计索力后桥面及轨面标高产生“W”形变化，超过设计预留值，造成无砟轨道顶面标高偏差超标（工务段精调件调整值为+0，-7mm）[6]。
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图3 连续梁钢管拱无砟轨道施工完后桥梁线性照片
2.3 典型工况下理论与实测变形情况对比
受现场温度、实际混凝土弹模、临时荷载等影响，理论计算与实测值会有差别。选取小里程侧边跨1/2、中跨1/4、中跨1/2、中跨3/4、大里程侧边跨1/2位置处节点，对比其在梁部合拢后几个典型工况下理论与实测值的变化。
（1）施工阶段对比（方向向下为负，向上为正）单位:mm
1）架桥面支架，拼装拱肋钢管后
图表2 钢管拱原位拼装后理论实际对比表
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2）拱合拢后，拆除支架
3）
图表3 钢管拱合龙并拆除支架理论实际对比表
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3）初张拉吊杆后，铺装桥面系
图表4 桥面铺装后理论实际对比表
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4）调整吊杆至设计值
图表5 吊索调整设计值理论实际对比表
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由以上图表可以看出，理论与实际测量数值变化趋势是一致的，但具体数值有差别。其中最终吊杆拉力调整后理论和实际变化值相差最大，实际测量跨中比理论上拱44mm。
3 梁面偏差对结构应力的影响
3.1 主梁应力检算
实际施工状况主梁正应力与原设计最大相差0.14MPa；主力组合时，无拉应力；主附组合时，跨中下缘有最大拉应力-0.01MPa；满足规范要求。
表6 主梁应力检算表
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3.2 钢管拱应力检算
实际施工状况拱肋钢管最大压应力较原设计增加12MPa；主力组合时，最大压应力140MPa；主+附组合时，最大压应力145MPa；满足规范要求。
表7 钢管拱应力检算表
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3.3 拱肋混凝土应力检算
实际施工状况拱肋混凝土正应力与原设计最大相差0.34MPa；主力组合时，无拉应力；主+附组合时，最大拉应力-0.81MPa；满足规范要求[7]。
表8 拱肋混凝土应力检算表
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3.4 检算结论
实际施工状况主梁正应力、拱肋钢管正应力、拱肋混凝土正应力与原设计差异较小，均满足规范要求[8-9]。
4 轨面标高调整至验收要求
4.1 调整吊杆索力
根据对桥梁模型的综合计算，吊杆力在确保桥梁总体结构安全的情况下可分三种调整情况：
①调整成桥吊杆力至原设计90%，跨中最大下挠15mm，边跨跨中上拱4.8mm。
②调整成桥吊杆力至原设计85%，主梁标高变化值如下图；跨中最大下挠20.3mm，边跨跨中上拱5.8mm。
③调整成桥吊杆力至原设计80%，主梁标高变化值如下图；跨中最大下挠28mm，边跨跨中上拱7.95mm。
因此，理论计算认为，按该方式调整，调整后跨中实际比设计高差仍+17mm，边跨实际比设计仍-15.6mm，未能满足验收要求。
4.2 线路纵坡结合吊杆受力调整
根据对桥梁模型的综合计算，吊杆力在确保桥梁总体结构安全的情况下可分三种调整情况：
根据现场实测数据桥梁上拱最高点的位置为DK17+360附近，上拱最高位置抬高45mm，小里程边跨下落最低的位置为DK17+204附近，下落17mm，大里程边跨下落最低点的位置DK17+495附近，下挠23.2mm。结合桥梁索力调整本次研究了一下三个调坡方案：
① 方案一：在吊杆索力调至原设计85%的基础上，采用最小坡度长200m调整坡度。
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按各方案调整后超限情况（m）
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由此可知，根据理论计算，按调吊杆索力和调整纵坡两种方式及结合均无法达到设计要求和验收标准。
5 吊杆索力与桥梁梁面标高关系研究
5.1 索力与桥梁标高是否成绝对的数学关系
按照上述设计根据模型的受力计算，索力的大小与桥梁终孔、边跨标高成数学关系，也就是提高索力，中跨标高上升、边跨标高降低；而实际情况并非绝对如此[10-11]：
1、索力无限增大的情况下，因桥梁刚度的影响，桥面标高不会再发生变化；
2、同理，索力无限降低的情况下，桥面标高也不会再发生改变；
因此，索力对桥面标高的影响是在一个区间段内表现出来的，而且将受桥梁自身刚度、温度、索力调整顺序等各方面因素制衡。
5.2 吊杆间索力调整顺序的影响
理论计算显示出索力与标高呈一一对应关系，将调整的任何索力大小一定体现出唯一对应的桥面标高，这种理论是不正确的：
钢管拱18组吊索大小里程呈中心对称关系，中间9#、10#吊索因远离0#块支撑中心，索力对梁面影响最大，当按原加载索力顺序反向调整一轮时，发现各组间的索力变化与调整顺序有很大关系，一个共同受力结构将因一个点的平衡被打破而造成其他各吊杆索力不均匀变化，且变化值与结构本身非计算所得的对应关系。
5.3 反复调整证实索力与桥面的非绝对关系
1、思维转换，把降低索力达到梁面标高要求反其道而行之，逐一下放锚固端丝杆，放低梁面标高，观测吊杆索力；
2、通过实践调整经验，得到1#～9#、18#～10#索之间相互影响，其中7#～12#索对桥面影响最大，1#～3#、16#～18#索对桥面影响极小，是调整平均受力的砝码。
3、将桥面标高下放至设计值（即满足验收要求）时，各吊索平均受力仍有设计值的81%，按实践经验增大小应力吊索，其他索力不动，在满足标高要求的同时，设计索力调整值原设计值的95%，完全达到结构受力要求[12]。
6 结束语
成熟的施工工艺也需要在细节处进行优化和改进，理论的结果和实践往往会会有差别，大型桥梁结构施工阶段各项影响因素与设计计算模型并非完全一致，尽管在某些应力数据和监控方面已经耦合，但总体结构的差异性还需要通过更加先进的手段来研究和仿真，这也指导桥梁设计、施工人员追求精致工程的同时勇于积极探索，从现场实际出发，解决实际难题。
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附：作者简介
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