高速铁路双线预制箱梁偏移整治原理和方法

1 工程概况

设计为时速250km/h 无砟轨道双线铁路，轨道采用CRTSⅠ型板式无砟轨道。某大桥位于3.2‰下坡，梁部为简支梁，跨度32m，梁宽11.8m，梁高2.7m，梁重686.6t。桥墩采用双线圆端形实体墩，墩顶布置固定支座、横向活动支座、纵向活动支座及多向活动支座各一个。

2 病害情况

2018年夏季，场区遭遇1951年以来最强降雨，桥位附近山体地表开裂，局部甚至发生溜坍、滑移。有3个桥墩发生不同程度的沉降和偏移，上行线最大偏移量41.1mm，下行线最大偏移量39.9mm，上行线最大沉降量21.6mm，下行线最大沉降量10.5mm。从而导致线形线位异常突变，列车只能降速通过。

3 整治方案及原理

3.1 整治目的

在桩基、承台已完成托换加固的情况下，利用天窗时间对梁体进行顶升和平移纠偏处理，精调线路轨道，改善线路现状，恢复线路设计状态，并消除轨道结构偏移量，从而提高线路平顺性。

3.2 方案设计原则

3.2.1 横向偏移处理原则：区间线路采用WJ-7B型扣件，左右位置调整量为-6～+6mm，考虑1mm扣件调整富余程度，原则上应对偏移量≥5mm的地段进行纠偏处理，以恢复桥梁正常的使用功能。

3.2.2 竖向沉降处理原则：对于竖向沉降量＜5mm的桥墩不进行顶升处理；而竖向沉降≥5mm的桥墩，要对梁体进行顶升和在梁底垫钢板加高处理[1]。

按以上原则，对该大桥其中1个墩上的梁体进行顶升和平移处理，对其中2个墩上的梁体仅进行平移处理。

3.3 设计原理

3.3.1 首先在每个既有支座的内侧浇筑支承垫石，安设临时支座，在整治过程中替代原有支座发挥承载作用。

3.3.2 利用梁底防落梁挡块的预埋钢板，通过增设一块转换钢板，将临时支座与梁底预埋钢板连接起来，从而达到对箱梁进行纵向和横向的限位，保证了施工过程中线路线形的稳定性，确保施工过程中的线路运营安全。另外，在梁缝内也设置千斤顶对箱梁进行了纵向限位。

3.3.3 选用多点液压同步位移控制系统进行箱梁的顶升和平移，从而保证位移精确可控，并确保结构安全。

3.3.4 布置竖向千斤顶进行顶升及水平千斤顶进行横移。横移的原理是在千斤顶1 和梁底之间、千斤顶2 和墩顶之间设置滑动面，先顶升，再横移，然后利用千斤顶1 和墩顶之间的摩擦阻力以及千斤顶2 和梁底之间的摩擦阻力来提供水平横移的反力，实现横移。此法优点在于仅利用桥墩即可为箱梁纠偏提供反力，不需采设置额外的结构或装置，原理简单、施工简便、费用经济。其工作原理如下图所示：

3.4 顶升及平移系统布置

该桥跨单孔梁重约1208t（包括桥上附属结构，二期恒载按照曲线有声屏障梁考虑），施工选用的千斤顶均为QFB-15040型，本体高度150mm，外径220×200mm，顶升力150t，油顶活塞与梁体接触采用2cm厚70×70cm的钢板分散应力。根据布置位置和作用不同，布置竖向千斤顶和水平千斤顶，施工时箱梁顶升由竖向布置的千斤顶完成，箱梁平移由横向布置的千斤顶完成[2]。

3.4.1 竖向千斤顶

每个支座布置4个（即一组）竖向千斤顶，每个桥墩有4个支座，紧邻每个支座布置1 组竖向千斤顶。每组竖向千斤顶中有2个竖向千斤顶下部与桥墩顶之间设钢板支垫，顶升后形成伪固定，且不会发生相对桥墩的滑移，并提供平移反力。在这2个竖向千斤顶的上部与梁底之间设置滑动面，另2个竖向千斤顶则相反，上部与梁底伪固定，下部与墩顶可相对滑移，这2个千斤顶和箱梁一起相对桥墩滑动，实现梁体的平移。每个竖向千斤顶可提供150t的额定顶升力，每个桥墩共16台竖向千斤顶，可以提供2400t的顶升力，相对于需顶升重量1208t，其具有2倍的安全储备系数。竖向千斤顶的最大额定油压为70MPa，实际工作时，千斤顶的油压小于70/2=35MPa，千斤顶的外观底面积为39300mm2，油缸面积为21428mm2，则千斤顶底面的压应力为35×21428/39300=19.1MPa，能够满足C40混凝土的局部受压要求，局部受压是安全的。如果墩顶有局部坑洼不平的情况，应先将墩顶表面凿平处理，使用同标号支座砂浆补平，并在千斤顶与箱梁接触面和桥墩接触面之间加垫2～3cm厚的应力分散钢板后安放千斤顶，从而使其局部应力集中减小；同时在竖向千斤顶上对应箱梁内的位置，设置临时支柱，支撑在箱梁顶、底板之间，以改善梁体受力。

3.4.2 水平千斤顶

在每组竖向千斤顶中间设置1个水平千斤顶，即每孔梁下共有4个水平千斤顶，梁体每端有2个水平千斤顶。梁体的水平移动由右侧的水平千斤顶完成，如实际平移量过多，且大于设计纠偏量，梁体的反向回移则由左侧的水平千斤顶完成，由此可保证梁体的精确平移。水平千斤顶额定顶升能力为150t，每侧2台，单侧平移时可提供300t 顶力。单孔桥梁重约1208t（加上桥上附属结构），利用不锈钢板和四氟板作为滑移面，其单台千斤顶需平移重量约为302t，按摩擦系数0.05 计，所需水平推力为15t，实际单台千斤顶可提供150t 顶推力，具有10倍的安全储备系数。

4 移梁对轨道结构安全性影响分析

桥上铺设的CRTSⅠ型板式无砟轨道，在桥梁纠偏过程中无砟轨道与桥梁为整体结构，对无砟轨道结构的影响较小。桥上铺设的无缝线路，在桥梁纠偏过程中应加强钢轨的横向变形观测，无砟轨道道床刚度很大且无缝线路横向变形过大，可能导致扣件损坏、失效，加剧轨道变形的不平顺，影响列车的运营安全。相关工程测试数据和计算结果表明，单次顶升或纠偏10mm的条件下，钢轨最大附加应力为6.39MPa，换算成等效温度为2.6℃，小于每日正常温差值，由此可认为单次顶升或纠偏在10mm以内时，对钢轨基本无影响。综合类似工程经验分析，建议施工时单次单点顶升量不超过10mm，单次单点移梁纠偏量控制在5mm左右，并加强纠偏施工过程中轨道结构的变形和应力监控，确保多次纠偏轨道结构安全。

5 顶升、平移主要施工工序

5.1 工艺流程

搭设施工平台→拆除梁底防落梁挡块→施工临时支承垫石和临时支座→垫石开槽取出锚固螺栓→箱梁纵横向限位→安装千斤顶、位移控制系统、PLC控制系统→箱梁同步顶升、平移→恢复原支座锚固螺栓、支座灌浆、螺栓锚固→轨道复位、检查确认→泄压、落顶→纠偏完成。

5.2 主要施工工序

5.2.1 将原支座垫石侧面加宽20cm，可方便摆放千斤顶，亦可增加墩顶的受压面积，保证墩顶混凝土不被局部集中荷载压坏。安装临时支座时，下钢板置于临时支承垫石上，另外设置一块转换钢板，并利用梁底防落梁挡块的预埋钢，将临时支座与梁体安装固定。

5.2.2 梁体竖向顶升前，将既有支座上下钢板临时焊接固定，松开临时支座下锚固螺栓；然后进行梁体顶升，顶升到位后锁竖向千斤顶，在梁底与支座上板间加塞钢板，加塞钢板的厚度按实际调整量控制；最后落梁，紧固临时支座螺栓。

5.2.3 梁体横移前，将既有支座上下钢板临时焊接固定，且松开临时支座下锚固螺栓。首先将梁体同步顶升5mm 后，再按计划进行平移，平移到位后锁定水平千斤顶，竖向千斤顶泄压、落顶，紧固临时支座螺。各墩每个天窗期内的平移量单次不大于5mm，一个天窗点按不大于20mm 控制，并重复上述施工步骤，直到所有梁体平面纠偏到位[3]。同时，施工中还应注意，相邻梁墩顶梁或移梁不能同时作业，要考虑移梁后的受力，在临时支座的垫石上临时支座下锚栓中心至其垫石的临空面边的距离不应小于20cm；顶升和平移时，应按桥墩偏移量大小，同步、逐级分次纠偏到位；顶、移梁过程中支座螺栓的松、拧作业均应在天窗时段内完成。

6 监测监控

成立专门的监测组，对结构的变形和沉降位移进行实时监测，从而为移梁纠偏提供有力保障和支持；采用位移传感器、标高及位移测量、应力应变监测、视频监控等方式对结构位移、应力应变和轨道线位进行实时监测，定时将监测结果汇总上报；对比验证各监测系统的监测结果，确保纠偏位移量满足设计要求。当监测结果超出报警值时或出现异常情况，应及时汇报，并提出处理建议。

7 结语

在营业线上整治此类病害治施工组织难度大、技术要求高，因此必须以保障行车安全为前提。通过充分的施工准备、精心组织施工、多专业密切配合，从而达到方案设定的目的，顺利完成病害整治，使线路恢复正常的运营速度。