鄭徐高速鐵路徐州特大橋上跨隴海鐵路段施工關鍵技術

張 帆 徐子涵 張雅僮

（1.中鐵七局集團鄭州工程有限公司， 鄭州 450052；2.中鐵七局集團有限公司， 鄭州 450052）

1 工程概況

新建鄭州至徐州鐵路客運專線（簡稱鄭徐客專）徐州特大橋位于江蘇省徐州市，全橋雙線6 254.52 m，186個墩臺，2 013根鉆孔樁?？珉]海鐵路段為49號～52號墩（48 + 80 + 48） m預應力混凝土連續箱梁，除跨國家I級雙線電氣化隴海鐵路外，還跨夾孟疏解線、夾河寨牽出線鐵路，與隴海鐵路既有線交匯里程K 236 + 040、夾角為128°。鄭徐客專徐州特大橋建設過程中的主要問題包括：51號主墩樁基承臺由于地質弱施工時對鄰近鐵路路基易產擾動，常規埋設沉降觀測點法可掌握既有路基變形，但不能提前知曉既有鐵路路基變形發生、從而實施早期控制；連續箱梁采用先支架現澆再轉體合攏施工，兩側轉體T構長78 m，箱梁頂寬13.4 m、底寬6.7 m，常規滿堂支架法現澆轉體T構，支架搭拆慢，特別是臨近鐵路側梁底支架拆除難度更大；轉體施工過程中經常出現鋼制球鉸安裝缺陷導致轉體橋梁上轉盤鋼撐腳與環形滑道異常頂緊、無法正常轉動的情況，導致原先申報的鐵路施工要點計劃擱淺，不得已重新要點，嚴重耽誤工期；梁體混凝土收縮徐變時，主墩墩頂向跨中方向位移，墩底產生彎矩和剪力，對結構受力及橋梁耐久性十分不利，以往橋梁合攏時除溫度控制外未有針對性的控制措施；轉體橋合攏采用常規掛籃模板支撐體系，除設備成本較高外，橋梁寬幅較大時整體自重撓度較大，在安裝、移動、拆除時均存在較大的安全風險；橋上CRTSⅢ型板式無砟軌道道床設計是國內首條高速鐵路大范圍采用，面臨著新的施工技術問題。

2 既有鐵路路基沉降自動化監測關鍵技術

2.1 51號主墩簡介

鄭徐客專徐州特大橋跨隴海鐵路（48 + 80 + 48） m預應力混凝土連續梁51號主墩承臺離隴海鐵路上行線6.91 m、距鐵路防護網僅有1.91 m，旅客列車行車最高速度160 km/h，貨運列車60對，旅客列車39對，其中包含6對動車組。該主墩地面以下3～20 m存在流塑性粉質粘土層，屬于巖溶地質，施工時易出現地下空洞和地面塌陷，對既有鐵路路基及線路易產生不利影響。51號主墩承臺包含12根樁，樁徑1.5 m，樁長61～63.5 m，樁基類型為嵌巖柱樁，其中10號樁靠近隴海鐵路上行線，距隴海上行線9.49 m、距鐵路防護網4.38 m；樁基采用沖擊鉆沖擊成孔，對路基地面以下土體沖擊擾動較大，應為既有線路基沉降變形的監測重點。承臺采用鋼板樁防護，承臺鋼板樁周長51.64 m。51號主墩承臺位置如圖1所示。

圖1 51號主墩承臺位置圖

2.2 無線沉降監測系統

2.2.1 構造和技術參數

（1）無線沉降監測系統由數據監測、數據采集、數據傳輸和數據監控4大部分組成。數據采集由埋入地面下的單點沉降計測得位移沉降變形數據，經由數據傳輸模塊利用配置SIM卡手機GPRS無線網絡將數據上傳至互聯網，再傳入到接收的電腦上。分析和預測不同水平距離和深度地層的沉降對既有鐵路線路和路基穩定性可能產生的影響，即準確實時監測施工過程中既有線路以下軟弱地層塌陷和沉降情況，并提前預警，從而確保線路變形前能夠及時采取補救措施。

（2）單點沉降計［1］由埋入式電測位移傳感器、不銹鋼加長測桿、鋼制錨頭、沉降板等組成，埋設于觀測處鉆孔地基土體內，埋設后將上部沉降板及下部錨頭用水泥砂漿固定，測量錨頭與沉降板之間土體的壓縮沉降變形量。沉降板直徑300 mm，與孔底不銹鋼加長桿相連接，單點沉降計外接四芯水工電纜，電纜外圍由鋼絲波紋管包裹。單點沉降計構造及技術參數如圖2和表1所示。

圖2 單點沉降計構造圖

表1 JMDL-4720A型單點沉降計的技術參數表

2.2.2 安裝方法

（1）鉆孔監測點布設。監測區域設置在51號承臺開挖邊界與隴海鐵路防護網中間。為監測到不同深度地層的沉降變化情況，監測區域設置6個鉆孔監測點，1號和6號長15 m，2號和5號長13 m，3號和4號長5 m，橫向間距均為2 m。采用φ110 mm空心鉆頭鉆孔，孔深不得大于要求孔深的±10 mm。鉆孔監測點布設如圖3所示。

圖3 鉆孔監測點布設圖（m）

（2）單點沉降計埋設。按照孔深配置測桿長度，測桿接頭用套筒螺絲穩固連接，將連接完成的測桿放入預埋孔內，錨頭與不銹鋼加長桿相連；將錨頭在孔底用水泥漿注漿錨固，使鉆孔孔底錨頭與土體固結為一個整體；將孔內剩余縫隙用砂全部回填，從而保證地面以下土體的微小形變可以準確傳遞至沉降計。

（3）監測系統安裝。單點沉降計埋入地面鉆孔內后，通過配套的線路將其與現場的監測控制箱內數據自動采集模塊聯接并調試，通過GPRS網絡將數據上傳至DSC無線數據采集軟件。

2.3 沉降監測與實施效果

2.3.1 沉降監測

控制監測終端的操作包括：運行采集軟件→啟動沉降觀測模式→撥打監控系統終端中放置的移動電話使終端登錄到互聯網→在軟件中出現終端登錄號→點擊出現的終端登錄號碼→布置相應的模塊編號和模塊類型。采集數據包括測量模塊數據、測量通道數據和讀取模塊數據。以靠近隴海鐵路上行線一側距離最近的51號墩10號鉆孔樁、承臺外圍鋼板樁施工過程中沉降變形監測為例，實時監測數據如表2、表3所示。

表2 鉆孔樁施工過程中沉降變形監測表

表3 承臺外圍鋼板樁施工過程中沉降變形監測表

2.3.2 實施效果

實時監測數據的結果表明，51號墩10號樁施工過程中，從2014年4月15日至5月9日9點50分采集各監測點實時數據為0，該段時間內地基未發生變形；51號墩承臺鋼板樁施工過程中，從2014年5月29日開始監測至5月30日14點30分采集各監測點實時數據為0～0.97 mm，臨近既有線一側路基土體未發生較明顯沉降；

51號墩樁基及承臺施工過程中，各孔位路基路肩累計沉降小于10 mm或單日沉降小于2 mm；路基底層每個監測斷面單日沉降監測數據均小于50 mm，51號墩樁基及承臺施工未對隴海鐵路既有線路造成影響。

3 跨鐵路連續梁轉體施工關鍵技術

3.1 轉體簡介

跨隴海鐵路（48 + 80 + 48） m預應力混凝土連續梁位于徐州特大橋49～52號墩、R = 9 000 m的曲線上，縱向坡度2.0‰，與既有隴海鐵路線交角128°，采用先支架現澆再轉體合攏施工，轉體總重量55 000 kN，轉體段長度 78 m，50號墩轉角 54°15′53″，51 號墩轉角50°6′49″。橋梁轉體和合攏施工前，需與鐵路管理部門簽訂安全協議和上報列車封鎖點計劃。橋梁轉體前與既有鐵路線平面位置關系如圖4所示。

圖4 橋梁轉體前與既有鐵路線平面位置關系圖

3.2 轉體橋梁支架體系的設計

3.2.1 萬能復合支架

臨近鐵路現澆混凝土轉體橋箱梁萬能復合支架體系由混凝土基礎、等高鋼管柱、水平主梁、分配梁、滿堂架平臺和現澆梁底部線型相配合的滿堂架組成，該支架可適應梁底連續曲線變化，承載任意高度、寬度不同體積和重量的轉體混凝土箱梁，也可在滿足同等條件下搭拆轉體橋梁支架體系，裝配式支架體系搭拆速度遠快碗扣式和盤扣式滿堂支架。萬能復合支架如圖5所示，該支架為實用新型專利［2］。

圖5 萬能復合支架圖

3.2.2 拆卸吊運機

拆卸吊運機由動滑輪組、定滑輪、單輪吊鉤滑車、鋼索、卷揚機等組成，兩臺卷揚機設在遠離鐵路側地面上，一臺卷揚機帶動動滑輪組控制支架零件上下移動，另一臺卷揚機帶動單輪吊鉤滑車控制支架零件水平移動，拆卸吊運機解決了近鐵路一側的支架不易拆除運出的難題。拆卸吊運機如圖6所示，該裝置為發明專利［3］。

圖6 拆卸吊運機圖

3.3 上轉盤撐腳與滑道

（1）在上轉盤撐腳與下滑道之間支墊楔形鐵作為轉體結構與滑道的間隙，可預防上轉盤撐腳和環形滑道頂緊。

（2）轉體保險輔助裝置由反力座、分配梁、傳力柱、千斤頂和頂鐵組成，如圖7所示。若上轉盤撐腳與環形滑道頂緊，可采用轉體保險輔助裝置克服撐腳與滑道之間的靜摩擦力，使橋梁順利轉體到位。該裝置為實用新型專利。

圖7 轉體保險輔助裝置圖

3.4 合攏前墩頂預偏施工

3.4.1 墩頂預偏原因及方案

混凝土連續梁橋由于使用的磨耗和溫度變化，梁體混凝土會收縮徐變，主墩墩頂向跨中方向位移，墩底產生負面的彎矩和剪力，梁體也會產生變形。為改善梁體和墩身的受力狀態，保證橋梁正常壽命，采用“先合攏邊跨，后合攏中跨”的方案；中跨合攏前，采用千斤頂對合攏段兩端梁體施加反向水平推力，抵消混凝土收縮徐變引起的墩底負面的彎矩和剪力，改善墩身受力狀態和確保梁體的設計線形。

3.4.2 方案實施

（1）水平頂推裝置是由40×40×2 cm頂鐵、φ609 mm鋼管傳力柱、200 t千斤頂和Ⅰ20工字鋼組成。Ⅰ20工字鋼橫擔在中跨合攏段兩端梁體上，千斤頂和鋼管柱傳力柱均用倒鏈懸掛其上方Ⅰ20工字鋼上。千斤頂按梁寬均勻布置，數量由設計頂推力確定。

（2）合攏段選在既有鐵路線間或外側實施，提前觀測合攏口大小隨溫度變化的情況，確定合攏段最大伸長量時的時間段。將合攏段定型骨架雙拼40c槽鋼剛性鎖定設施提前進行單邊焊接，利用確定的時間段（一般是夜晚）的最低氣溫頂推，以設計頂推力和頂推位移雙重控制后進行焊接鎖定。

3.5 模板支撐體系吊架法設計

合攏段箱梁模板由底模、翼緣板及斜腹板和箱室內模3大支架模板體系組成。其中，底模支架模板體系由方木和竹膠板組成，翼緣板及斜腹板支架模板體系由底部防護鋼板、盤扣式支架、方木、竹膠板和側模拉桿組成，內模支架模板體系由盤扣式支架、方木、竹膠板組成。模板支架模板體系受力通過縱梁、橫梁和調整型緊固機吊桿傳遞給合攏段兩側箱梁。橫梁、縱梁和吊桿設計構成結構簡單、承載力較強的支撐平臺，用以高效搭建合攏段吊架法模板支撐體。在合攏段施工同等條件下，模板支撐體系吊架法成本遠低于普通掛籃模板支撐體系，并且消除了安全隱患。

合攏段箱梁模板安裝過程包括：利用橋梁轉體前施工空地拼裝吊運臨時橫梁，采用小型吊裝機配合人工在橋梁轉體后較窄的空間內吊運安裝臨時縱梁；4臺卷揚機協助安裝寬幅橫梁和拆除竹膠板、方木、縱梁、吊桿、橫梁；調整型緊固機構通過吊桿的底（頂）墊梁、底（頂）螺帽和最大行程0.2 m千斤頂緊固或松懈3大支架模板體系；合攏段箱梁外側安裝防護欄桿和防拋網。模板支撐體系吊架法設計如圖8所示［4］。

圖8 模板支撐體系吊架法設計圖

4 橋梁CRTSⅢ型無砟軌道道床施工關鍵技術

4.1 CRTSⅢ型無砟道床結構簡介

鄭徐客專全長361.937 km，是國內首條大范圍采用CRTSⅢ型無砟軌道的高速鐵路［5-7］。橋梁CRTSⅢ型無砟道床結構由196 mm厚鋼筋混凝土底座、94 mm厚自密實混凝土和200 mm厚軌道板組成，如圖9所示。徐州特大橋0 ～185號墩雙線6 254.52 m共有2 520塊CRTSⅢ型無砟軌道板，采用“橋梁CRTSⅢ型無砟軌道道床施工工藝”，工期4個月。在跨隴海鐵路段上空（48 + 80 + 48） m預應力混凝土連續梁段施工徐州特大橋CRTSⅢ型無砟軌道板時，設專人防護，以確保隴海鐵路行車安全。

圖9 橋梁無砟道床結構圖（mm）

4.2 鋼筋混凝土底座

（1）橋梁軌道板底座基層處理。結合設計底座板縫20 mm，彈出底座板橫、縱邊線；梁面鑿毛；清理梁面底座板范圍內的浮碴、浮漿、碎片、油漬積水等，將連接筋擰入套筒中，對不能使用及破損套筒應進行植筋處理。

（2）底座板鋼筋加工安裝。底座板上下兩層鋼筋網定制，輔助架立鋼筋（剪力釘、L型植筋）由自建鋼筋場加工，安裝時運輸上橋。安裝套筒連接筋或L型植筋和焊接上下兩層鋼筋網片時，注意控制鋼筋保護層超限。焊網下安裝不小于C40強度的保護層墊塊，數量不少于4個/m2。

（3）底座板側模、端模安裝。鋼筋安裝完成后，按照模板控制線對底座模板進行安裝，模板高度按絕對高程進行控制。側模采取較底座板厚度較少的模板，安裝時先在模板下部使用少量砂漿進行找平，然后按照標高安裝模板，最后封堵模板下部縫隙；側模安裝時可同時進行端模安裝，底座板在梁端部需預埋伸縮縫耐候鋼，將伸縮縫耐候鋼一次預埋在底座板內。

（4）底座板伸縮縫插板安裝。底座板在斷縫位置為2 cm伸縮縫，伸縮縫插板由3塊鋼板組成，厚度分別為6 mm、8 mm、6 mm，中間8 mm板為分塊式。安裝時由一端向另一端安裝，伸縮縫插板應保證位置準確、順直。

（5）底座板限位凹槽模板安裝。每塊軌道板對應的底座板范圍內設置兩個限位凹槽，凹槽深度為10 cm，凹槽上口長寬尺寸為100 cm×70 cm，坡度為 1：10。

（6）預埋拉錨鋼筋PVC管孔。作為軌道板抗上浮措施的拉錨裝置，拉錨鋼筋預留孔采用PVC管預埋，鋼筋直徑20 mm，PVC管內徑22 mm，長30 cm，預留管預埋時根據軌道板承軌槽位置與壓杠位置確定預埋位置。預埋PVC管內側使用膠帶粘貼密封，防止灰漿進入堵塞管孔；同時，在PVC管位置綁扎2道豎向箍筋，增加豎向受力，防止混凝土受力開裂。

（7）底座板混凝土施工?；炷翝仓r，用φ50 mm插入式振搗器振搗，采取一端向另一端推進，1次成型，中間不留施工縫；最后采用振動梁提漿整平，人工收面，抹出橫向設計6%流水坡。

（8）底座板嵌縫施工。伸縮縫設置在底座板上，縫寬2 cm，由嵌縫泡沫板和硅酮膠組成。嵌縫施工必須在底座板養生期結束后施工?？p槽應干凈、干燥，表面無起皮、起砂、松散脫落等現象；縫兩側頂面粘貼膠帶，并均勻涂刷界面劑，灌注時灌注口應靠近接縫處，速度應緩慢均勻；對于超高段應從高處分層灌注，完成后撕起膠帶。底座板嵌縫施工應確保嵌縫密貼無縫隙、表面平滑、縫邊順直和底座板無污染。

（9）隔離層和彈性墊層施工。底座板頂面、限位凹槽清理干凈后，將整張土工布鋪在底座板表面，根據放樣的軌道板端位置和限位凹槽位置在土工布上彈出隔離層邊線和方孔線，用剪刀或熱熔刀切割，割下的方孔剛好補在下面凹槽結構的底面，再在土工布表面使用膠帶將裁剪的土工布條（伸縮縫位置的剪裁）與整體土工布粘貼在一起。灌注完成混凝土后，人工撕去伸縮縫位置剪裁的土工布條。土工布切割時較自密實混凝土層四周邊緣寬出5 cm。凹槽底和四周土工布用粘接劑粘貼牢固，接茬用膠帶粘接嚴密，防止水泥漿滲入。

4.3 CRTSⅢ型軌道板安裝

將運至現場的定制自密實混凝土鋼筋網片吊運至梁頂面，在隔離層彈出鋼筋網片邊緣墨線內進行安裝，上下均放置保護層墊塊，在臨時支架上將已設置絕緣卡的縱向鋼筋穿入“門型鋼筋”內并固定，用90×90 mm方木四點臨時支撐，臨時封堵灌注孔和觀察孔。初鋪完成后用精調爪取代支撐方木，并用棘輪扳手按照高程、左右、前后的順序進行調整，待自密實混凝土模板安裝到位后，再用精調標架再次檢查軌道板平面位置及高程偏差，混凝土灌注完成后及時用精調軟件檢測成品軌道板平順性和通過措施糾偏。

4.4 自密實混凝土

4.4.1 模板設計

自密實混凝土模板主要由封邊14a槽鋼模板和扣壓加固裝置組成。四周封邊節段模板由平扣雙螺栓連接，角模設置定型插板封堵排氣排漿口，模板內粘貼聚丙烯纖維黏紡與噴熔復合型無紡透水模板布，板間蝴蝶卡內塞方木加固端模?？蹓貉b置的φ16 mm螺桿拉桿下部圓環連接錨栓，上部穿過橫梁后用螺母緊固；上下布置兩水平螺栓旋緊于側模的上下兩側。拆模時，先拆精調爪連接螺栓、卸下精調爪，然后拆除扣壓裝置水平頂絲，移除扣壓裝置，最后依次拆除封邊模板，如圖10所示。

4.4.2 灌注

（1）移動式灌注臺車設計。將1.5 m的溜槽、帶混凝土插板的小料斗和PE材質下料管固定在帶轉向輪腿移動的小支架平臺上，灌注時通過叉車運輸閥門開10 cm×10 cm方孔大料倉、溜槽、小料斗、下料管注入。

（2）自密實混凝土灌注性能指標控制參數如表4所示。

表4 自密實混凝土灌注性能指標參數表

4.4.3 養護

混凝土結構采用自然養護，在氣溫高于30℃或低于5℃時采取覆蓋養護，帶模養護不少于3 d，總養護時間不少于14 d。

5 結語

（1）鄰近既有線軟弱地層施工時，根據無線監測系統采集的數據，迅速地分析出地基沉降對既有線的影響，準確地判斷出既有鐵路地基沉降大小與危險程度，對危及安全的變形提前做出預警，在線路變形前采取有效的補救措施，提前排除危險，防止線路變形，確保既有線安全穩定的運營。研究成果彌補了目前國內鄰近既有線施工時常規用埋設沉降觀測點，測量儀器觀測發現線路沉降前再采取預防措施的缺點。

（2）鄭徐客運專線徐州特大橋跨隴海線（48 + 80 +48） m預應力混凝土連續梁先支架澆筑，再水平轉體澆筑合攏。針對臨近鐵路現澆混凝土轉體橋箱梁存在搭拆耗時長的問題，提出了萬能復合支架體系；針對上轉盤撐腳與滑道易頂緊的問題，提出了楔形鐵支墊和轉體保險輔助裝置；針對合攏時墩底易產生負面彎矩和剪力、梁體也會變形的問題，提出了先邊跨后中跨合攏和墩頂預偏措施。

（3）通過徐州特大橋跨隴海鐵路段橋梁CRTSⅢ型無砟軌道道床工程應用，提出了CRTSⅢ型板式無砟軌道底座板伸縮縫灌注防污處理和隔離層土工布鋪設方法，自制了自密實混凝模板工裝和移動式灌注臺車，工期4個月完成了2 520塊CRTSⅢ型無砟軌道板鋪設。