剪力齿槽和侧向挡块在曲线上的定位方法研究

1 工程概况

天津至秦皇岛的客运专线DK170+853.22～DK175+160.5段的沙河特大桥，位于迁安沙河驿镇，穿过柳新庄、九百户等村庄，斜跨京哈上下行和马柳南、北联铁路。该工程由中铁二十一局集团公司施工，大桥上部结构主要采用跨度为5-24m双线简支箱梁、121-32m双线简支箱梁和1-(60+100+60)m连续箱梁。桥面宽12m，轨道线间距5m。左线曲线半径为11000m，缓和曲线长370m。右线曲线半径为11005m，缓和曲线长370m。

列车在曲线上运行时，会产生离心力，当离心力超过某一限度时，列车就有脱轨和倾覆的危险，这一影响对于高速行驶列车上的乘客来说必将是致命的。为了抵消离心力的不良影响，线路在曲线部分采用外轨超高和内轨加宽的办法。无论是外轨超高还是内轨加宽都不可能突然进行，而是通过增加缓和曲线来达到直线和圆曲线的平稳过渡。然而随着我国高速铁路的建设和运营，对线路稳定性和平顺性的要求也在逐步提高。为了适应高速列车对线路稳定性和平顺性的要求，结构耐久性好、轨道稳定、连续、平稳、使用寿命长的CRTSⅡ型板式无砟轨道结构已经成为我国高速铁路和客运专线轨道的主要结构形式。因此CRTSⅡ型板式无砟轨道对测量精度和测量方法的要求都高于普通铁路。

2 曲线桥面剪力齿槽、侧向挡块布置

剪力齿槽和侧向挡块在CRTSⅡ型板式无砟轨道系统中起着重要作用，剪力齿槽布置在桥梁的固定支座一侧，可将所有上部纵向力和横向力传递到桥梁基础，是无砟轨道和桥梁之间相互作用的“纽带”，同时是长桥上无砟轨道底座板的纵向限位装置。侧向挡块布置在轨道板的两侧，为CRTSⅡ型轨道板提供横向约束力，防止轨道横向移动。曲线梁侧向挡块断面位置如图1所示。在曲线桥上线路中心线是曲线，而桥梁本身是直的，所以线路中心线与桥梁中心线不能完全吻合，如图2所示。所以应该根据曲线梁上线路中心线与梁中心线的关系，对其横向位置的偏移量进行计算和调整，纵向位置不变。

图1 曲线桥梁侧向挡块位置断面图（单位：mm）

图2 曲线梁剪力齿槽和侧向挡块布置示意图

3 箱梁中心线上点到线路中心线距离的计算

如图3所示，先采用偏角法计算出弦线与切线的偏角β，δ1，δ2，δ3，δ4，然后再计算出各个分段点的矢距 fi，按平分中矢法将矢距按偏距E值平移到梁中心线位置，即可求出各个分段点的di。靠近梁端时应当注意支距值的正负号。偏距E值在计算时采用以设计的曲线布置图中梁端偏距E值。在缓和曲线上，由于梁两端的偏距E值不相同，应当分别按不同的偏距E来进行偏移计算，分段各点也相应的按偏距E值的变化来计算。

图3 偏角法计算示意图

3.1 计算各个分段点的矢距

3.1.1 偏角法计算圆曲线偏角值

按几何关系，偏角等于弦所对应角的圆心角一半。圆心角的计算公式:

其中，li为曲线长度;R为圆曲线半径。

则相应的偏角:

如图3所示，先求出4点到活动梁端切点曲线所对应的偏角δ4:

再求3点到4点所对应曲线的偏角值，则将 δ4和δ累加得曲线点3的偏角值:

以后各点偏角依次累加，最后得出1点的偏角值。

3.1.2 偏角法计算缓和曲线偏角值

任意一点的切线角:

故偏角为:

其中，li为分段各点到梁端切点的缓和曲线长度;l0为缓和曲线长度;R为圆曲线半径。

3.2 计算各点矢距

其中，Li为各点到梁端切点的垂直距离。

3.3 计算梁中心线上各点到线路中心线的距离di

其中，E为平分中矢法偏距，圆曲线，缓和曲线E=，L为交点距，t为计算点到ZH(HZ)的距离;di为分段各点的矢距。

4 钢尺量距结果的改正

为了达到CRTSⅡ型板式无砟轨道所要求的精度，所以必须采用精密量距方法。在实际施工中往往以钢尺量距为主，对于精度要求比较高的工程，由于在制造时尺长往往有误差，使用时由于拉力不同及温度等的影响，致使钢尺的实际长度与其标注的名义长度往往不一致。在确定剪力齿槽和挡块预埋件位置方向后，用水准仪测出两点之间的高差，以便进行倾斜改正，并记录丈量时的温度，以便进行温度改正。

4.1 尺长方程式

其中，lt为钢尺在温度t℃时的实际长度;l0为钢尺上标注的长度，即名义长度;Δl为在标准温度20℃时尺长改正数，Δl=ll0，l为在标准温度20℃时检定的长度;t为丈量时的温度;t0为钢尺的标准温度，一般为20℃;α为钢尺的线膨胀系数，一般采用1.25×10 －5℃ 。

4.2 结果处理

精密量距的结果必须根据尺长方程式改正到标准温度、标准拉力下的实际长度，并把斜距改化成水平距离。所以量得的长度应加上尺长改正数、温度改正数和倾斜改正数。

1)尺长改正数:

2)温度改正数:

3)倾斜改正数:

其中，h为被测两点的高差。

所以改正后的长度:

4.3 对测量距离进行改正

在对钢尺进行改正后，根据具体施工时间的温度，计算出钢尺在该温度下的实际长度，然后将剪力齿槽和侧向挡块预埋位置到桥梁的中心线的垂直距离换算成在实际施工温度下的测量长度，最后在实际施工温度下进行放样。

5 曲线梁采用偏角法的优缺点

优点是:利用偏角法测设缓和曲线和钢尺量距，在现场不利于精密仪器进行测量时，不但能方便现场操作和简化了测量步骤，而且还能达到设计所要求的精度。从梁中心线可直接量出剪力齿槽和侧向挡块的位置;消除和缩小了累计误差，使测量结果更加准确，从而达到设计和规范要求的精度，保证了工程质量。

缺点是:计算过程比较繁杂，数据处理比较多，工作量比较大，且必须至少有2人对计算数据和测量结果进行计算和复核。

6 结语

本文对箱梁桥面的剪力齿槽和侧向挡块预埋位置在曲线上的定位方法进行了论述。对每片梁都要计算剪力齿槽和侧向挡块预埋位置放线的数据，由于箱梁中心线到线路中心线的垂直距离随着曲线的变化而变化，剪力齿槽和侧向挡块的位置也随之变化，因此计算过程繁杂、工作量大。所以把这些数据和公式在Excel中编成程序，直接输入变化参数，即可得出数据结果。通过计算机来计算，可以减少计算时间，提高计算结果的准确性。经实践证明，采用这种方法，不但操作方便，工作效率高，而且确保了预埋件位置的精度，取得了良好的效果。