高速铁路大跨径连续梁施工

高速铁路大跨径连续梁施工

作者：吴昊

来源：《城市建设理论研究》2013年第20期

摘要: 梁体温度变化引起的大跨度连续梁伸缩变形量较大，严重影响 CPⅢ平面控制网的绝对及相对精度，导致其无法满足轨道检测、精调作业的需要。结合郑西高速铁路渭南河特大桥大跨度连续梁段落桥梁伸缩监测数据及轨道控制网维护的实际需求，对轨道控制网长期稳定性维护方法进行探讨。通过对梁体伸缩特性及监测数据进行分析，提出一种解决因梁体伸缩变形引起的 CPⅢ点位坐标变化问题的方法。采用此方法，能够保持大跨度连续梁段落轨道控制网的长期稳定性，避免连续梁段落高频次的CPⅢ平面控制网复测。 关键词: CPⅢ平面控制网; 伸缩变形; 坐标改化; 长期稳定性 中图分类号：U238 文献标识码：A 文章编号： 一、引 言

作为高速铁路精密控制测量成套技术的一个重要组成部分，我国高速铁路轨道控制网( CPⅢ) 的基本理论思想是由德国引进的，其测量及维护方法与德国方法基本一致，但在其自身发展过程中也形成了一套自成体系的数据处理方法。由于跨越江河、公路的需要，基本上我国每条长大铁路中都包含了大跨度连续梁设计方案。目前，国内所有高速铁路桥梁段 CPⅢ点均埋设在防撞墙上。对于简支梁而言，CPⅢ点均埋设在桥梁固定支座端上方防撞墙上，能够保证相邻 CPⅢ点的相对稳定性; 而对于连续梁而言，不可能将所有 CPⅢ点均埋设在桥梁固定支座端，这将导致相应段落 CPⅢ点可重复性测量精度极差，维护困难，难以发挥对钢轨平顺性应有的控制基准作用。由于热胀冷缩效应，桥梁梁体伸缩变形不可避免，因此当 CPⅢ点埋设在连续梁活动支座端时，将造成埋设在防撞墙体上的 CPⅢ点位置发生变动。由于梁体伸缩的持续性，因此进行支脚精调及轨枕检测时 CPⅢ点位坐标相对建网时刻已经发生变动，点位精度不能得到有效的保证，进而影响轨道的平顺性。目前，国内针对连续梁段落主要采用缩短测量周期、提高测量频次的办法来解决 CPⅢ网长期可用性问题，这种方法不但费时费力、增加测量成本，且对连续的大跨度连续梁段落 CPⅢ网精度控制无能为力。基于中国高速铁路轨道控制网维护的应用需求，对连续梁段落梁体伸缩变形引起的轨道控制网精度问题进行研究分析、探寻解决方法就显得十分重要。本文结合郑西客运专线渭南河特大桥大跨连续梁段落 CPⅢ应用中遇到的这一突出问题，对大跨连续梁段落 CPⅢ平面网长期稳定性解决方法进行深入探讨。

二、CPⅢ控制点平面坐标变化特征分析

郑西客运高速铁路渭南河特大桥一跨渭河及二跨渭河段均为大跨度连续梁，桥梁伸缩变形引起的 CPⅢ点位变动问题特别突出，其中尤以二跨渭河段问题最为严重，在建设期间曾导致

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该段落的轨道精调无法进行。本文以二跨渭河段大跨连续梁为例分析解决桥梁伸缩变形引起 CPⅢ点位变化的技术方法。郑西客专二跨渭河段共有七跨长度逾 400 m、一跨长度逾 200 m 的大跨连续梁，图 1 为二跨渭河段大跨连续梁设计示意图。 图 1 大跨度连续梁示意图

图 1 中 D1、D2 是为了精确测量梁缝长度变化量而在梁缝两侧防撞墙顶面锚固的膨胀螺栓，两膨胀螺栓之间的距离值采用游标卡尺精确测定。在远离固定支座端的大梁缝处 CPⅢ点平面坐标变化最大，监测数据显示，季节变换时大梁缝处缝隙长度因桥梁伸缩引起的变形值达 14 cm。由于CPⅢ点均布设在轨道两侧的防撞墙上，而防撞墙会随桥梁一起发生变形，因此带动 CPⅢ点点位移动。其中，在远离固定支座端的大梁缝 CPⅢ点坐标变化最大，采用自由设站交会法进行轨道精调时设站误差达厘米级，远远超过 2 mm 的限差要求，且其他各项指标均无法满足轨道精调需要。温度变化是影响桥梁伸缩变形量的主要因素，伸缩量分为线性温度变化和非线性温度变化。其中，线性温度变化对桥梁伸缩量的影响占主导地位。为了探寻桥梁伸缩变形及其引起 CPⅢ控制点点位随温度变化的规律，以便解决高速铁路施工建设及运营维护期轨道精调作业中遇到的突出问题，施工单位配合设计单位对桥梁表面、梁体温度、大气温度、大气压及梁缝长度进行了大量的监测工作。缩变形，48 h 内最大伸缩变形达 9． 74 mm; ② 梁体伸缩变化量与大气条件并未保持同步，无法采用大气条件拟合法进行梁缝长度拟合计算。由于桥梁伸缩变形相对 CPⅢ网的精度要求而言速率过快、伸缩量过大，因此重测该段的 CPⅢ平面控制网后控制点相对精度仍难以满足技术要求。施工单位曾在重测 CPⅢ平面网 36 h 后进行轨道精调作业，发现大梁缝处 CPⅢ平面网点间相对精度无法满足精调作业要求，因此简单的重测难以彻底解决高速铁路大跨度连续梁精调作业中遇到的CPⅢ点位变动的问题。综合各种数据对比分析后，本文提出了实时坐标改化方法( 专利号: CN101864709B) 。该方法要求 CPⅢ平面控制网施测与梁大梁缝长度值监测同步进行，在采用该段 CPⅢ网进行轨道精调时，再次测量大梁缝的长度，并计算实测的大梁缝长度与 CPⅢ建网时大梁缝长度差值，进而确定大跨度连续梁的梁长伸缩量。根据桥梁线性伸缩特征，将梁长的伸缩变形量依比例分配至各个 CPⅢ点上，以此改化CPⅢ点的平面坐标，以消除或减弱桥梁伸缩变形对CPⅢ点点位的影响。 三、CPⅢ控制点平面坐标坐标改化方法

基于以上思想，CPⅢ控制点平面坐标改化算法如下:

1) 在大梁缝处采用自由设站法进行 CPⅢ平面网测量时，量测大梁缝长度，记为 S 前; 利用本次平面网观测数据进行平差计算，生成初始 CPⅢ平面网坐标成果。

2) 在采用该段 CPⅢ点进行轨道精调时，再次量测大梁缝的长度，记为 S后，则梁缝长度变化量为ΔS = S后－ S前。

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3) 根据大梁缝两侧 D1、D2 点分别至所在梁跨固定支座端的距离为 S小里程、S大里程，则左右两端梁长伸缩量分别为

4) 此算法的前提条件是固定支座端未发生变动，则梁长伸缩量即为固定支座端至大梁缝端桥梁在线路方向上伸缩引起的。根据连续梁上各 CPⅢ点至固定支座端 CPⅢ点的距离 Si、Sj、…，则可以求得各 CPⅢ点在线路方向的距离变化量 ΔSi、ΔSj、…。 5) 依据线路设计参数可以求得该段落线路走向的方位角 α。

在采用该段 CPⅢ点进行轨道精调时，据此进行大跨连续梁非固定支座端 CPⅢ点坐标改化，即可有效提高 CPⅢ控制点平面坐标绝对及相对精度，以减小或消除设站误差，从而满足既定的技术要求。 四、检测应用分析

1) 为了检测坐标改化后绝对坐标值的可靠性，在采用该方法完成初次建网 120 h 后进行此段 CPⅢ平面控制网复测。采用自由设站法进行完整性复测后的控制点平面成果与采用本文提出的坐标改化方法获得的控制点平面坐标成果。

2) 为了解决二跨渭河段大跨度连续梁伸缩变形引起的 CPⅢ点位坐标不断变化的问题，按照上述方法，在进行 CPⅢ测量时量测大梁缝值，量测频率为 1 次/30 min。轨道检测时，分别采用改化前及改化后 CPⅢ点位坐标进行自由设站，伸缩变形最大的大梁缝处设站误差。采用改化后坐标，利用轨道检测仪检验已铺设轨道偏离设计轨道位置的情况。实际检测结果表明，采用此方法不但能够有效减小全站仪的设站误差，而且轨道偏差满足轨道铺设技术要求，从而解决了大跨度连续梁段落 CPⅢ控制点平面坐标随桥梁伸缩变动较大的技术难题。 五、结束语

采用本文提出的坐标改化方法能够有效地消除或减弱伴随昼夜及季节变化而发生的桥梁伸缩变形引起的 CPⅢ点位坐标变化问题，为施工建设及运营维护期间轨道检测及轨道精调提供了一种有效的 CPⅢ平面控制网维护方法，保证了 CPⅢ平面控制网的长期可用性，并从根本上解决了连续梁伸缩变形给轨道控制网造成的一系列问题。 参考文献:

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