一种大跨度斜拉桥无砟轨道的施工方法

技术领域

本申请涉及桥梁施工技术领域，特别涉及一种大跨度斜拉桥CRTS III型无砟轨道的施工方法。

背景技术

斜拉桥是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的索塔、受拉的斜拉索和承弯的主梁组合起来的一种结构体系，其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料，比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的最主要桥型。

截至2020年底，我国高速铁路开通运营里程近3.79万公里，正线主要采用无砟轨道，相对于有砟轨道而言，无砟轨道稳定、精确、运行舒适，能够较为有效地提高轨道平顺度、提高线路利用率，且养护周期相对较长，是我国高速铁路主要采用的轨道类型。

CRTSⅢ型无砟轨道是一种无砟轨道系统，采用了中国铁路轨道系统(ChinaRailway Track System，简称CRTS)系列的技术标准和设计理念，用于高速铁路和城市轨道交通等领域。

CRTSⅢ型无砟轨道采用预应力混凝土组件，并使用特殊的连接装置将轨道固定在基础上，而无需传统轨枕和道床。无砟轨道施工过程对铺设精度要求较高，而大跨度斜拉桥相对柔性强，温度效应较为明显，故CRTSⅢ型无砟轨道应用于大跨度斜拉桥时，无砟轨道的铺设精度难以达标，整体工序较为繁复，如相关技术中建立并修正有限元模型时，常采用的做法是：在桥面预加载，通过预加载过程中主梁的变形获取斜拉桥的桥面载荷与主梁的初步变形对应关系表，进而修正有限元模型。而整体预加载过程较为繁琐，堆载荷载质量精确度难以控制，即使较小的流量误差也会导致桥面变形的显著差距，而且施工工期长。

发明内容

本申请实施例提供一种大跨度斜拉桥无砟轨道的施工方法，以解决相关技术中CRTSⅢ型无砟轨道应用于大跨度斜拉桥时无砟轨道的铺设精度难以达标、施工工期长的技术问题。

本申请实施例提供了一种大跨度斜拉桥无砟轨道的施工方法，所述大跨度斜拉桥无砟轨道的施工方法包括以下步骤：

桥面轨道施工前，监测温度与桥面的线形变化，以计算得到桥面线形的温度预拱度；

建立斜拉桥的有限元模型，施工附属设施，监测施工前后桥面线形的变化，基于桥面线形的变化，对所述有限元模型进行刚度修正，以计算得到施工阶段后续荷载的施工预拱度；

调整斜拉索索力，以将桥面线形调整至第一目标线形，所述第一目标线形为最终成桥线形、第一施工预拱度和温度预拱度之和；

进行底座板放样，对底座板进行施工；

铺设轨道板，以将桥面线形调整至第二目标线形，所述第二目标线形为最终成桥线形、第二施工预拱度和温度预拱度之和；

进行混凝土施工，铺设钢轨，以完成大跨度斜拉桥无砟轨道的施工。

在一些实施例中，监测温度与桥面的线形变化时，在桥面上埋设测量部件作为线形观测点。

在一些实施例中，所述测量部件为测钉。

在一些实施例中，所述测钉埋设于底座板放样断面的桥面两侧。

在一些实施例中，所述附属设施为精度要求低且荷载均匀的附属设施。

在一些实施例中，对施工材料的物理参数进行检测，以优化所述有限元模型。

在一些实施例中，所述物理参数包括混凝土弹性模量、容重、抗压强度、泊松比中的任意一种或多种。

在一些实施例中，进行底座板放样时，所述测钉作为放样基准点，以所述测钉与所述底座板之间的高差进行放样。

在一些实施例中，所述铺设轨道板包括：

铺设所述轨道板至预定位置；

根据所述有限元模型计算所述轨道板的线形，根据所述轨道板线形的计算结果精调所述轨道板的位置。

在一些实施例中，铺设钢轨前，对所述轨道板的线形进行检测，确认是否符合线形误差范围。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请提供一种大跨度斜拉桥无砟轨道的施工方法，先监测温度与桥面的线形变化，计算得到桥面线形的温度预拱度；然后通过监测施工前后桥面线形的变化，对有限元模型进行刚度修正，再进行调整斜拉索索力、底座板等后续施工。相比于相关技术，本申请实施例提供的施工方法舍弃预加载工序，舍弃等效荷载替换的线形控制方式，根据实际施工情况修正有限元模型，简化工序，将有限元模型修正的更为准确，保证无砟轨道的铺设精度达标，尤其是预加载过程中可能出现预加荷载质量精度控制问题及相关材料设备采购、布置过程，本申请实施例中均不需要，大大节省工期。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例中大跨度斜拉桥无砟轨道的施工方法的步骤流程图。

图2为本发明一实施例中无砟轨道的结构示意图。

附图标记：

1、底座板；2、轨道板；3、混凝土；4、钢轨。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1和图2所示，其中，图1为本发明一实施例中大跨度斜拉桥无砟轨道的施工方法的步骤流程图。图2为本发明一实施例中无砟轨道的结构示意图。

本申请实施例提供了一种大跨度斜拉桥无砟轨道的施工方法，尤其适用于CRTSⅢ型无砟轨道。

一种大跨度斜拉桥无砟轨道的施工方法包括以下步骤：

步骤S1、桥面轨道施工前，监测温度与桥面的线形变化，以计算得到桥面线形的温度预拱度；

步骤S2、建立斜拉桥的有限元模型，施工附属设施，监测施工前后桥面线形的变化，基于桥面线形的变化，对有限元模型进行刚度修正，以计算得到施工阶段后续荷载的施工预拱度；

步骤S3、调整斜拉索索力，以将桥面线形调整至第一目标线形，第一目标线形为最终成桥线形、第一施工预拱度和温度预拱度之和；

步骤S4、进行底座板放样，对底座板1进行施工；

步骤S5、铺设轨道板2，以将桥面线形调整至第二目标线形，第二目标线形为最终成桥线形、第二施工预拱度和温度预拱度之和；

步骤S6、进行混凝土3施工，铺设钢轨4，以完成大跨度斜拉桥无砟轨道的施工。

本申请实施例提供一种大跨度斜拉桥无砟轨道的施工方法，先监测温度与桥面的线形变化，计算得到桥面线形的温度预拱度；然后通过监测施工前后桥面线形的变化，对有限元模型进行刚度修正，再进行调整斜拉索索力、底座板等后续施工。相比于相关技术，本申请实施例提供的施工方法舍弃预加载工序，舍弃等效荷载替换的线形控制方式，根据实际施工情况修正有限元模型，简化工序，将有限元模型修正的更为准确，保证无砟轨道的铺设精度达标，尤其是预加载过程中可能出现预加荷载质量精度控制问题及相关材料设备采购、布置过程，本申请实施例中均不需要，大大节省工期。

下面对各步骤进行详细说明和阐述。

步骤S1、桥面轨道施工前，监测温度与桥面的线形变化，以计算得到桥面线形的温度预拱度。

桥面轨道施工前，即斜拉桥主体结构完工之后。

在一些实施例中，监测温度与桥面的线形变化时，在桥面上埋设测量部件作为线形观测点。

在一些实施例中，测量部件为测钉。

在一些实施例中，测钉埋设于底座板放样断面的桥面两侧。

以大跨度高低塔斜拉桥结构为例，主梁为组合梁结构，其中跨的温度敏感性较强，在日照作用下梁板之间的温度梯度效应及温度效应作用下的变形较为明显，且斜拉桥还存在塔梁温度不同、索梁温度不同、上下游斜拉索温度分布不均匀等特点，通过模拟对其温度敏感性进行的计算分析可信度较低。而本申请实施例中，通过提前布设的测钉监测温度与桥面的实测线形变化，能得到较为可信的桥面线形的温度敏感性数据，进而计算出桥面线形的温度预拱度，更为真实可靠。

步骤S2、建立斜拉桥的有限元模型，施工附属设施，监测施工前后桥面线形的变化，基于桥面线形的变化，对有限元模型进行刚度修正，以计算得到施工阶段后续荷载的施工预拱度。

通过建立斜拉桥施工阶段的有限元模型，根据桥梁结构施工材料特性及施工进度安排进行分析，通过部分施工工序的进行对模型刚度进行修正并确定施工预拱度，提高了无砟轨道的铺设精度。

在一些实施例中，附属设施为精度要求低且荷载均匀的附属设施，如防撞墙。

对精度要求低且荷载均匀的附属设施施工后，对施工前后的桥面线形进行测量，基于主桥变形数据对有限元模型进行刚度修正，以得到各施工阶段的施工预拱度，更合理。

在一些实施例中，对施工材料的物理参数进行检测，以优化有限元模型。

通过对施工材料的物理参数进行检测，进一步保证有限元模型分析的准确性。

在一些实施例中，物理参数包括混凝土弹性模量、容重、抗压强度、泊松比中的任意一种或多种。

以大跨度高低塔斜拉桥结构为例，使用midas软件对斜拉桥全桥进行建模，建立有限元模型，并结合部分实测数据对主桥模型进行刚度修正。

为了解主桥线形在不同静力荷载作用下的变化，对主桥在均布荷载(-35kN/m)作用下的跨中变形进行分析，其中均布荷载取值为精度要求低且荷载均匀的附属设施(如防撞墙等附属设施)的总荷载，通过这部份荷载施工前后的实测主桥线形变化对有限元模型进行修正，表1中列出主跨跨中的变形数据。

表1均布荷载作用下的主桥主跨跨中变形

根据实测数据得到有限元模型的刚度修正系数为0.975。通过修正后的有限元模型计算主桥在轨道施工过程中不同施工阶段的施工预拱度，其中轨道施工过程中桥面需施加的荷载主要包括：

(1)底座板(4线)：59.9kN/m；

(2)防水层、保护层结构：25.4kN/m；

(3)底座板与道床板间自密实混凝土(4线)：29.8kN/m；

(4)轨道板(4线)(包括轨道底座)：52.7kN/m；

(5)其他(电缆、接触网、轨道等)：11.6kN/m。

各阶段荷载产生的主梁挠度如表2所示，表2列出主跨跨中的变形数据。

表2不同阶段施工荷载作用下的主桥主跨跨中变形

步骤S3、调整斜拉索索力，以将桥面线形调整至第一目标线形，第一目标线形为最终成桥线形、第一施工预拱度和温度预拱度之和。

在底座板施工前通过微调斜拉索索力，将桥面线形调整至预拱位置，第一目标线形中，第一施工预拱度包括底座+保护层+轨道板+自密实混凝土+其他附属设施的施工预拱度。

步骤S4、进行底座板放样，对底座板1进行施工。

在一些实施例中，进行底座板放样时，测钉作为放样基准点，以测钉与底座板之间的高差进行放样。

对底座板1进行施工的流程为标准流程，在此并不赘述。

相关技术采用的放样方法是：通过CPIII控制点对底座进行放样，但工程实例中大气温度每变化1℃跨中变形为1.8mm，即温度每变化不到1℃时桥面上的CPIII控制点就会超限，测量控制网无法平差，需要多次重新测定建网，通过CPIII控制点进行底座板放样过程中势必需要进行多次CPIII建网操作。

而本申请实施例中，通过前期在各放样断面两侧布设的测钉作为放样基准点，以测钉与底座板之间的高差进行放样。由于在荷载及环境因素作用下梁体同一断面的线形相同，故测钉与底座板之间的高差保持不变，一方面，避免温度及其他环境因素对桥面线形的影响，解决了底座板施工过程中受环境因素影响需重复构建CPIII测量控制网的问题，另一方面，可以为底座板施工过程中桥面的交叉作业提供便利，底座板放样过程只需要常规放样方法20％的时间，进一步节省施工工期。

步骤S5、铺设轨道板2，以将桥面线形调整至第二目标线形，第二目标线形为最终成桥线形、第二施工预拱度和温度预拱度之和。

在一些实施例中，铺设轨道板2包括：

铺设轨道板2至预定位置；

根据有限元模型计算轨道板2的线形，根据轨道板2线形的计算结果精调轨道板2的位置。

在底座板1上铺设轨道板2时，先粗铺，再通过模型计算精调到位，更加准确。

第二目标线形中，第二施工预拱度包括自密实混凝土+其他附属设施的施工预拱度。

步骤S6、进行混凝土3施工，铺设钢轨4，以完成大跨度斜拉桥无砟轨道的施工。

混凝土3施工、铺设钢轨4均为标准流程，在此并不赘述。

混凝土3及轨道板2设有隔离层作为防水层、保护层。

在一些实施例中，铺设钢轨4前，对轨道板2的线形进行检测，确认是否符合线形误差范围。

符合线形误差范围即可按照标准作业流程进行钢轨铺设。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的方法或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且术语“包括”“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。