重载铁路特大桥线桥偏心病害整治方法研究

我国铁路正在大规模建设，投入运营的线路里程约130000km，铁路桥梁总数已超过20万座。受施工质量、运营维护、线路条件等因素影响，许多桥梁线桥关系已偏离设计位置，重载铁路病害情况尤为严重。对有偏心病害的桥梁在尽量不影响运输行车组织和行车安全的前提下，进行偏心值超限的病害整治，实施难度较大。国内某重载铁路一座28～32m预应力钢筋混凝土T形梁桥，其中有24孔在半径400m的曲线上，曲线为左转曲线，桥头从圆曲线开始，桥尾进入直线段。该桥线桥偏心情况较严重，已危及行车安全。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄡󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

1 线桥偏心测量

从梁的构造和预制来讲，其几何形状，除了梁的底脚棱是在标准模具强制振捣成型外，其他均有一定的可塑性，主要是保证其物理性能，并且外观检查上外侧面及底脚棱也是必须检查的面和棱，几何质量是有保证的。因此，本文利用有效正确的梁的几何面(外侧面)和线(底脚棱)加上既有铁路的控制点(CPⅠ、CPⅡ、CPⅢ)用免棱镜全站仪直接测量法，得出梁的中心线方程，并且和铁路既有线中心的坐标相比较，可得出每跨既有桥梁的偏心值。综合考虑整桥每跨的偏心值，来调整相应的直线方向和曲线元素，以使桥梁偏心符合《普速桥修规》要求，保证行车安全和延长桥使用寿命。具体测量方法见图1。

(1)采用轨道控制网(CPⅢ)测量线路中心线坐标。

(2)利用精密控制点(CPⅠ、CPⅡ、CPⅢ)后方交会法可得设站点坐标，用免棱镜全站仪定向检查控制点坐标正确后，照准桥梁面底脚棱进行离散测量，从一跨的一端测到另一端。可连续测量几跨(尽量避免小角度测量，要求交角大于45°)，回光不顺畅时可搬站，重复上述测量过程。再开始测离散点时，一定要重复测量上一站测最后梁片的三五个点，以检查其接口的测量精度，做好记录，依次测完整桥的一面。用同样的方法测出整桥的另一面梁底角棱坐标。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄡󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

(3)对每一跨梁的两边底角棱的实测坐标点进行直线回归，分别得出直线方程:󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄡󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

у₁=K₁χ₁+b₁ у₂=K₂χ₂+b₂

程序求解桥梁中心方程并判断线路偏心示意如图2所示。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄡󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

如果两片梁施工正确，原则上，K1=K2是两条平行线，否则说明梁的制作或施工有问题(桥墩偏心这是另外一个问题，不在此范围讨论)，计算得出既有桥梁的中心线方程у=(у1+у2)/2。由于既有线路中心已有坐标，而且与测量桥梁是相同的坐标系统，通过计算既有线路中心线与梁中心线的关系，可得到偏心量。本次线桥偏心测量使用LeicaMS050.5″级免棱镜全站仪施测。

通过计算分析可知，上行线的前22跨和第27跨、28跨的尾部线桥偏心超限严重，其余四跨的偏心值在规范允许范围之内。最大线桥偏心值在第一孔的尾部，左偏328mm，最后一孔在直线上，尾部左偏177mm。经专业检测机构检算，该桥的最大偏心处承载力系数已小于1，必须进行偏心调整。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄡󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

2 线桥偏心原因分析

本桥的线桥偏心多数都是向左偏移，即线路向曲线内侧有较大的横向变形，个别桥梁上一孔内的两个点，偏心值相差将近一倍，第25孔的尾和26孔的头是向右偏移的。从测量数据分析，本桥所在的曲线变形很不规则，造成线桥偏心值较大且不规则的原因有以下4个方面:

(1)常年的现状养护，起拨道没有设计数据控制，原本是一条曲线，运营后变形成为若干条不规则的小曲线，在既有线上找不到原设计的曲线要素。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄡󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

(2)线路条件较差。整桥基本都在400m小半径曲线内，逐年增大的运量形成大荷载的经常性冲击，线路变形严重。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄡󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

(3)道床厚度严重超标，最厚处在桥头达到75cm，造成了轨道的复合不平顺，加剧了无缝线路的横向变形。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄡󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

(4)线桥施工精度较差。本桥的建设是在20世纪90年代末，当时的测量精度和施工技术还较落后，规范也要求不严格，造成既有的线桥关系偏差较大。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄡󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

综上所述，造成既有重载铁路线桥偏心值较大的原因主要有施工精度差、养护维修不规范、线路几何条件不好和常年大运量运输形成的大荷载经常性冲击。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄡󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

3 线桥偏心病害整治方案

本次设计的曲线桥梁仍按原设计的平分中矢法进行布置，中矢值采用原设计数据。线路经过拟合调整后，线桥偏心值全部在《普速桥修规》的允许范围之内，但是偏心值的变化率不太均匀，经过对桥墩中心的测量、调查、分析，发现个别桥墩存在施工方面的永久性缺陷。

方案1:分多次整治方案。《普速铁路工务安全规则》第2.3.5条要求，线路一次拨道量不得超过30mm，一侧年累计拨道量不得超过120mm，桥梁上一侧年累计拨道量不得超过60mm，拨道量超出上述限值，应事先通知供电部门调查确认，满足调整要求后配合作业。考虑到桥梁的稳定问题、供电等专业的配合问题等，通过渐变更改设计曲线要素编制了分八次进行调整的施工方案，每次都有完整的曲线要素控制，每次调整量控制在50mm左右。每次调整基本都是曲线外移，全部完成后该段无缝线路的钢轨总伸长量是337mm，辅以相应的应力放散方案配合。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄡󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

方案2:分二次整治方案。按照两次完成偏心整治进行安排，即将方案1的前4次整治量合并在一个天窗点内完成，后4次整治量合并在一个天窗点内完成，通过二次更改设计曲线要素编制施工方案，每次都有完整的曲线要素控制。考虑到无缝线路上挑后钢轨的长度不足问题，辅以相应的应力放散方案配合。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄡󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

综合测量、设计结果及其他专业的配合问题，对两个方案进行了必选。方案1分次调整每次的拨道量小了，但这样做的弊病:①前4次个别点线路还要向左拨，加大了偏心值;②供电部门的配合次数增加了，而且出现了接触网先左调，后右调的情况;③每次拨道都会将轨道抬高，增加道床的厚度。分8次整治只能部分满足或接近《安规》要求的一次拨道量，但同时又产生或加大了线路病害。方案2分2次整治，避免了增大偏心值、减小抬道量、减少供电部门的配合工作量，同时也减少多次拨道对线路总体运输能力的影响等因素;风险点在于一次拨道量较大，改变线路的相对稳定状态，安全风险较大。综合分析后，实际施工采用了方案2，并详细制定了供电配合方案、应力放散方案和线路监测方案，确保施工安全。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄡󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

4 方案实施

第1次整治是在夏季的7月25日进行，整治施工地段为上行线K16+704～K17+758，无缝线路锁定轨温26℃,作业时间为4h。本次完成拨道量是8次的第1～4次的合计量，最大拨道量是在K16+920处右拨184mm，主要施工设备有两台09捣固车和一台清筛车、一台08捣固车、一台09捣固车，供电配合负责捣固拨线后接触网技术参数测量及调整。根据现场作业的测量记录，本次拨道作业基本能够按设计数据完成，个别点的实际拨道量与设计数据存在一定的施工误差，K17+390处比设计向右少拨26mm，最大起道量是K17+425.45处95mm。整治作业全部正常完成，施工回检线路正矢误差及变化率全部符合技规要求，按点开通线路。本次拨道前没有对线路进行应力调整，而是拨道完成之后进行了应力放散，重新将该段无缝线路的锁定轨温设定为10℃。

第2次整治是在秋季的10月17日进行，整治施工地段为上行线K16+700～K18+000，无缝线路锁定轨温10℃,作业时间为4h。本次完成拨道量是8次的第5～8次的合计量，最大拨道量是在K16+860处右拨199mm，主要施工设备有一台清筛车、一台08捣固车、两台09捣固车，供电配合负责捣固拨线后接触网技术参数测量及调整。根据现场作业的测量记录，本次拨道作业基本能够按设计数据完成，个别点的实际拨道量与设计数据存在一定的施工误差，最大值比设计向右少拨24mm，最大起道量是45mm。整治作业全部正常完成，施工回检线路正矢误差及变化率全部符合技规要求，按点开通线路。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄡󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

5 整治结果

本段完成线桥偏心整治后，按照现场的施工作业记录，线路上的各控制点都按设计数据拨道到位，上行线的线桥偏心值按照设计意图调整到了《普速铁路桥隧建筑物修理规则》的允许范围之内。施工后又利用天窗点对整治后的线路进行了长期监测，具体情况见表1和表2。

表1 上行K16+704～K18+210监测数据表

序号	检测日期	锁定轨温/(℃)	实测轨温/(℃)	线路外移		线路回弹		K16+860最大拨量处变化量		平均变化量		备注
				数量	最大值/mm	数量	最大值/mm	外移/mm	回弹/mm	外移/mm	回弹/mm
1	10-29	10	16	43	13	96	17	5		1.7
2	11-28	10	3	22	8	86	19	5		4.8
3	12-15	10	3	14	8	85	20	4		10.4
4	12-26	10	3	22	17	87	32	4		7.1
5	1-3	10	-5	16	17	93	40	4		10.4
6	1-30	10	-9	20	20	90	42	4		12.0
7	3-2	10	3	24	20	85	40	3		12.2

注:表内线路外移(回弹)数量为当前日期的累计数量。

表2 第1、28跨整治前后偏心数据的对比

线形	孔号	里程	以梁中心线为基准，线路中心左偏为“－”右偏为“+”(mm)					备注
			设计	既有线路中	既有线桥偏心值	拟合后线路中心至梁中心距离	拟合后线桥
			偏距	心至梁中心距离			偏心值
28～32m预应力钢筋混凝土T形梁
圆曲线	1跨中	K16+965.94	-170	-460	-290	-183	-13
		K16+982.24	170	-143	-313	108	-62
		K16+998.54	-170	-498	-328	-240	-70
直线	28	K17+852.41	0	-52	-52	-30	-30
		K17+885.01	0	-177	-177	-13	-13

根据对线桥偏心整治试验结果分析，两台09捣固车在240分钟的天窗点内是可以完成1km的拨道、捣固任务的，同时供电专业积极配合，可以达到调整线路、整治线桥偏心的目。需要注意的是，在捣固车作业时，大机作业人员和地面测量人员一定要力求精准，努力按设计数据完成拨量，实现调整线桥偏心的目的，同时在拨道完成后要及时回填道床，防止线路回弹。另外，在拨量较大的地段，需要采用大拨量的捣固车进行作业。

本项目一侧单次或年累计横向拨道量全部超过了《安规》允许的最大值，经后期检测，全部指标都符合相关规定，消除了因偏心超限引起的承载力不足的问题，保障了线路运输安全。从检测及运营结果分析，《安规》要求的一侧单次或年累计拨道量，只是针对工务专业单方面、局部调整线路要求的，如果有科学的设计数据指导和供电专业的全面配合，在电气化铁路上，是可以进行横向大拨量拨道的。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄡󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

按设计数据拨道后，线路的平面线形完全符合规范要求。但是，线路的纵断面还没有整治，测量数据显示，线路是由若干坡度不同的小坡段组成的，百米坡度变化很大，道床厚度超标也影响线路的稳定，另外线路清筛是隔断的、不连续的，这样会造成道床的软硬不一致，容易引起线路变形。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄡󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

6 结论

综上所述，重载铁路特大桥超限线桥偏心病害，可以采用大拨量捣固车通过调整线路横向位置进行整治，同时要有序的安排纵断面整治，按设计数据进行清筛，保证道床的均匀、稳定;施工后要及时进行应力放散，确保无缝线路钢轨内的应力均匀，保证锁定轨温与设计相符;要根据实际行车速度设置外轨超高，减小重载列车对曲线内股的冲击;要随时监测线路的回弹情况，控制线路的横向变形，确保线桥关系的相对稳定。该案例的成功实施表明，通过大型机械拨道整治特大桥线桥偏心病害，整治效果明显，可以推广应用。

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原文名称：重载铁路特大桥线桥偏心病害整治方法研究󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄡󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

作者信息：育林¹，张凯峰²，何 峰³( 1. 包头铁道职业技术学院，内蒙古 包头 014060;2. 神华铁路装备有限公司，北京 100011;3. 中国神华轨道机械化维护分公司准格尔工务机械段，内蒙古 鄂尔多斯，010300）

期刊信息：测绘通报 . 2020 (S1)󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄡󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮