铁路小半径曲线桥梁偏心问题技术研究

0 引言

国内外铁路修建中，因考虑到地理位置及地形特性等因素，小半径曲线桥梁占很大比重，这样高墩和小半径构成复杂的空间结构受力体系，设计保证行车安全一般会设置合理的预偏心，这就对施工质量的把控要求非常高。本文以实际工程案例为依托，对曲线桥梁偏心的相关问题做重点研究分析，从施工到验收过程进行现场把控和技术研究，减小后期运营安全风险、同时减少运营期维修成本，总结此类问题处理及验收措施，为将来处理此类桥梁偏心问题做工程参考。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

1 概况及说明

桥梁概况：獭窝三号大桥全长282.89 m，全桥孔跨布置（见图1）：11～24m简支T梁，平分中失法布置，设计预偏心E=9.6cm；桥梁中心里程：D1K2+838.975，全桥位于圆曲线上。梁部采用通桥（2012）2101简支T梁，制梁场预制，架桥机架设施；本桥梁宽为5.0m，支座采用钢支座；本桥设双侧人行道，人行道宽1.05m；墩台及基础：桥墩采用圆端形实体桥墩，桥台采用单线T形桥台；本桥基础均采用钻孔灌注桩基础，桩径为1.25m；铁路标准，Ⅲ级；正线 数 目 ， 单 线 ； 计 算 行 车 速 度 ，60ｋｍ/ｈ；设计活载，中-活载；设计使用年限，100年；轨道，P50轨，有缝线路，根据直线梁按照折线布置在曲线上按平分中矢布置的原则，在T梁延长线处以及T梁中心位置的预设偏心为9.6cm。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

2 施工要点

（１）确保施工后桥梁偏心在允许误差范围以内。獭窝三号大桥在施工前期，先计算曲线桥梁桥台桩基坐标，再将计算的桩基、桥台、墩身、支撑垫石、T梁等结构物按照平面坐标绘制在CAD图上（见图2），便于技术人员复核及放样。如今随着科学技术的进步，普遍采用机械化施工，进度较快，因此必须迅速、及时地放样测量，才能满足施工需要，同时还须保证测量精度以达到各部分构造物间的正确衔接。本工程采用瑞士徕卡公司最新出厂的1″级徕卡TS30型电子全站仪，其测角精度±0.5″，测距精度0.6mm+1ppm•D。水准测量拟用DNA03电子水准仪，同时还配备相应计算机计算程序来进行数据处理，在测量时严格控制设站精度，以求高效、准确地进行测量工作，保正梁下结构施工定位准确无误。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

（２）防止梁体变形增加桥梁偏心差。在T梁与之过程中严格检查模板是否符合施工要求，底模要按照设计要求和实际情况预设反拱以抵消张拉过程中引起的T梁变形，着重检查侧模的垂直度和线性要求，以及支撑的稳定性，防止T梁在浇筑过程中产生变形。严格把控T梁张拉，防止因超张引起的梁体变形。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

（３）在T梁架设前先复核预留支座孔洞的平面位置及标高，用支座砂浆找平。确保支撑中心偏位在5mm，高程误差控制在2mm以内，在T梁架设时，测量人员测得每一孔梁端头的平面位置，在CAD图上画出桥梁工作线，与设计的线路中心线相对比即可得到桥梁的实际偏心大小，如偏差较大，可在架梁时及时做出调整，确保桥上线路与桥梁工作线的偏差在设计容许范围以内，超过限差时应当采取合适的方法进行校检及调整。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

（４）在T梁架设时严格控制梁体的垂直度以及临时支撑的稳定性。防止梁体的位置变化影响T梁的架设精度，从而导致桥梁偏心加大。

3 验收过程要点

在施工完成后需移交给验收单位，在验收前，应当准备好设计图纸，桥梁偏心测量的数据，计算出偏心数据：E 实际=（a +b –c）/2。（见图3），留存记录。验收过程中，可采用直角式线梁偏心及道砟厚度测量尺测量桥梁偏心，本工程采用水准尺、直方尺、铅垂、直尺、道尺等工具量测每片梁的中点、端头数据，再结合TS30型电子全站仪测量每片梁端坐标进行校核，两种方法对比最大测误差仅为3mm。接收单位按照《普通铁路桥隧建筑物修理规则》对桥梁偏心问题进行量测，桥上线路中线与梁跨中线的偏差，钢梁不得大于50mm，圬工梁不得大于70mm，超过规定值时，应当进行简算。如果影响承载力（󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹K ＜1）或侵入限界时，须进行调整。由于本工程为圬工梁设计偏差为9.6cm，实际在T梁架设完成以后未做线路调整时最大值为13.9cm，需要对结构强度、抗裂性、应力进行全面分析。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

本工程采用Madis Civil对桥梁进行分析计算，分别对各施工阶段和使用阶段进行全面分析，验算强度、抗裂性、应力（见图4）。可变荷载中，列车荷载按照《桥规》计算，偏载增大系数取（2300/2+0.139）/2300/2）=1.12。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

某设计院验算书对正截面抗弯强度、斜截面抗剪强度、抗裂性（运营阶段）、混凝土压应力（运营阶段）、预应力钢筋应力（运营阶段）、预应力钢筋应力幅（运营阶段）进行验算均满足规范要求。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

4 一般问题的解决办法

铁路桥梁线路偏心在验收前主要由施工误差引起，一旦造成偏差超限将会对梁体、墩台等承载能力造成巨大影响，对线路运营存在难以估算的安全隐患，也降低了桥梁的合理寿命期，后期处理偏心问题的方法一般有设置合理的外曲线超高、降低运营速度、减小运营活载、优化变更线路曲线半径、顶梁移梁调整等，以上处理措施对线路的正常开通非常不利，同时将消耗大量维修成本和时间，所以我们在施工初始就得引起足够重视，避免出现此类问题。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

在施工期容易引发偏心超限的原因主要有测量误差、施工方法不当对下部结构及梁体损伤、梁体模具变形导致的梁体变形、垫石预埋孔偏位、活动支座偏移等，这些都是在施工过程中需要特别注意的。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

5 结论

（１）线路偏心超限如果引起桥梁承载力达不到行车安全要求后果十分严重，特别针对小半径全线桥梁在预设偏心值已经超过规范要求的情况下，对施工单位的施工精度要求更加严格。预防小半径曲线桥梁出现这类问题是关键，首先要思想上要引起足够的重视，施工前期仔细核对设计资料，计算出准确的各结构物平面坐标，布置好测量控制基准点，使用精密的测量仪器和技术水平较高的测量人员。要避免因为仪器精度不够，技术人员水平较差引起的偶然误差。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

（２）小半径曲线桥梁梁体的预制、运输、架设等施工过程繁琐难度大且需要使用特殊的机械设备施工，避免因为施工机械等对结构物位置和尺寸造成偏差，所以要选择适合优化的施工方案，要求对线路平面位置影响较小。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

（３）上部结构的偏心误差是累计的，施工过程必须及时复核桩基、承台、墩身平面高程位置是否要求，如果发现问题及时整改，避免后期造成更大误差或偏移。

（４）本工程施工时通过对每道工序严格的自检工作，将累计误差降低到最小程度。

（５）验收移交前采用合适的观测方法，本工程采用高精度全站仪测量与传统方法测量相结合的检验的方式，进行观测记录，并留存数据，对超限数据及时做出了分析验算，本工程仅在第四跨最大偏心13.9cm，设计偏心值为9.6cm，通过某设计院验算书得知，局部偏心超设计值，不存在安全隐患，若存在问题则需要采取合理的措施进行调整，若在验收时出现此类问题，将影响整个线路的运营开通。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

在施工过程中最容易引起桥梁偏心超限的因素就是T梁的架设精度。因此，T梁架设时一定要严格控制T梁平面位置以及水平位置的精度。

以上从獭窝三号大桥工程实践中分析总结如何避免小半径曲线桥梁出现线路偏心超限、如何顺利通过接收单位验收经验，为将来此类小半径曲线桥梁施工及验收做参考。

文章来源：

原文名称：铁路小半径曲线桥梁偏心问题技术研究

作者信息：尹浪（中铁城建集团南昌建设有限公司）

期刊信息：中国高新科技 . 2019 (07)