汪 甜

( 中鐵六局集團 天津鐵建公司，天津 300222)

1 工程概況

大秦線K337 +002．5 楊雁路地道工程位于北京市懷柔區(qū)，是京承高速楊宋立交-雁棲湖工程的一部分。該工程在鐵路里程K337 +002．5 處下穿大秦線，既有大秦線鐵路東西走向，為雙線電氣化鐵路，楊雁路方向與鐵路方向交角為74．7°，鐵路位于直線段，兩線軌面高程均為43．99 m，下行線為75 kg/m 軌，上行線為60 kg/m 軌。橋體總高度8．1 m，結(jié)構(gòu)凈高度6．2 m，使用高度≥5．0 m，斜長24．779 m，正長23．900 m，公路方向總長18．666 m?？缍?0．5 m-10．5 m 兩孔。軌底距橋頂最小厚度為800 mm，施工采用線路外預(yù)制箱體，在不中斷鐵路行車的條件下從大秦下行線北側(cè)整體頂入就位法施工。

大秦線是我國運煤主干線，它的特點是荷載大，連續(xù)沖擊力大( C80 車廂約220 節(jié)) ;列車通過的間隔時間短，約為每10 min 對開上下行列車，時速為80 km/h。由于施工期間限速45 km/h，因此對于橋涵頂進及線路加固、拆除和線路加固設(shè)備提出了更高的要求。在K337 +002．5 楊雁路地道橋工程施工中，對以往線路加固體系進行了技術(shù)改進，總結(jié)了一套切實可行的、能夠保證限速45 km/h 條件下重載既有線行車安全的線路加固方法。

2 加固特點

采用澆筑支撐樁、防護樁、抗移樁，對橋體外側(cè)路基注漿加固的線路加固體系可以滿足大秦重載線路施工慢行限制速度45 km/h 通過，同時將橫梁間距改為0．8 m，可有效提高線路加固體系的整體剛度，減少對既有線行車的影響［1］。

保留部分既有混凝土枕，保持線路軌距及水平，提高線路穩(wěn)定系數(shù); 列車以45 km/h 的速度通過時，有效控制車輛的脫軌系數(shù);對既有線路的擾動小，使道床及軌道的剛度損失減小，保證了線路的穩(wěn)定，線路加固體系拆除方便，減少了因拆除引起的線路不穩(wěn)定，線路恢復(fù)的時間短，質(zhì)量高［2］。

大秦重載線路頂進橋涵上既有線路限速45 km/h。頂進橋涵頂面與既有軌底有足夠的空間( 至少0．8 m) 穿工字鋼橫梁。對單線或多股既有線進行加固。橋涵與既有線路斜交。

3 加固方案計算

3．1 加固方法

根據(jù)北京鐵路局試驗數(shù)據(jù)的分析，如線路加固體系中橫梁動撓度值的大小以及列車脫軌系數(shù)等，運用常用的線路加固安全檢算法進行計算，最終確定加固形式和橫梁布設(shè)方案。此種線路加固形式是: 枕木上鋪設(shè)與線路平行的扣軌，枕木下加工字鋼橫梁，以U 型螺栓聯(lián)結(jié)形成平面網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，線路加固施工平面圖見圖1，使線路加固體系的剛度增大，以提高施工及行車的安全系數(shù)。

圖1 線路加固施工平面圖(單位:mm)

3．2 線路加固體系穩(wěn)定計算

3．2．1 撓度計算

根據(jù)中國鐵道出版社出版的《橋涵頂進設(shè)計與施工》介紹，當限速不超過40 km/h，列車沖擊系數(shù)為1．15。限速不超過45 km/h 時，列車沖擊系數(shù)取1．20?？紤]橫梁的不均勻工作系數(shù)1．3，則綜合系數(shù)β =1．56，此時設(shè)計荷載取β ×P = 1．56P。

活載取現(xiàn)行機車最大軸重P =25 t 作為計算荷載。工字鋼橫梁按簡支梁設(shè)計核算，其強度和 撓 度 計 算，見 圖 2。M = (1/2) β · P · C = 0．78P · C，б = M/W ≤ ［б］，f =0．5 。選用I45a 工字鋼，WX=1 430 cm3，IX=32 240 cm4。б = M/W = {0．78 ×25 ×104×( LP-1．5) ×{(0．78P·C·) /(24EI) } ×(3LP-4C2) ≤L/400。即M = (1/2) β·P·C = 0．78·25·( LP-1．5)·0．5} /1 430 ≤［б］=170 MPa，得LP=3．99 m。按0．8 m 間距布置I45a 橫梁，最大允許跨度3．99 m，按現(xiàn)行規(guī)定，跨度控制在0．5 m 以內(nèi)，挖土量控制在此范圍內(nèi)能夠保證加固體系的強度要求。

圖2 線路加固計算簡圖

計算撓度是否滿足要求，即f ≤LP/400。f = {(0．78P·C·LP2) /(24EI) } × (3LP-4C2) ＜LP/400 ，撓度滿足使用要求。

3．2．2 縱梁和軌束梁檢算

根據(jù)中國鐵道出版社出版的《橋涵頂進設(shè)計與施工》介紹，當限速不超過40 km/h，列車沖擊系數(shù)為1．15。限速不超過45 km/h 時，列車沖擊系數(shù)β 取1．20。

I63a 工字鋼慣性距I=93 916 cm4，截面抵抗W =2 982 cm3。50 kg/m 鋼軌慣性距I=2 037 cm4，單根截面面積A =65．8 cm2，重心至軌底( 頭) 距離7．1 cm(8．1 cm) 。鋼材彈性模量E =2．1 ×105MPa，抗彎許用應(yīng)力［б］=170 MPa，容許最大撓度fmax≤LP/300。

縱梁計算跨度取7．2 m。列車標準活載按跨中彎距影響線確定最不利位置如圖3。

(1) 縱梁檢算。因橫梁布置距離、跨度小，故控制桿件為縱梁。按一行線“懸空”通過列車檢算( 實際上每根橫梁下均有小臺車) 。因為當框架橋頂進穿過兩行線路時，每根橫梁下均安放小臺車，即使在橋上會車也不是最不利情況?，F(xiàn)按兩線間和路肩縱梁(4 根工字鋼) 承重，扣軌梁部分承重的圖式進行檢算。

此時橋上總荷載Qβ =1 320 kN。假定每組縱梁上的集中荷載為Pg。每組3 軌束梁上的集中荷載為P3，每組5 軌束梁上的集中荷載為P5。因此荷載均勻分布在縱梁和扣軌軌束梁上，起傳力作用的橫梁變形很小，故縱梁、軌束梁產(chǎn)生的撓度均應(yīng)該相等。

圖3 跨中彎距影響線確定最不利位置圖(單位:m)

每組工字鋼梁撓度fg= pgl3/48EIg，每組3 軌束梁撓度f3= p3l3/48EI3，每組5 軌束梁撓度f5=p5l3/48EI5。經(jīng)計算，Ig=187 832 cm4，I3=6 291．2 cm4，I5=10 510．4 cm4。將各I 值和E、l 值分別代入上列各式，并根據(jù)fg= f3= f5與靜力平衡條件可得

(1) 、(2) 、(3) 式聯(lián)立解得: pg= 621．78 kN; p3=20．83 kN ; p5=34．79 kN。因每組縱梁(2 根I60 工字鋼) 與9 根橫梁聯(lián)結(jié)，列車荷載經(jīng)由鋼軌通過橫梁傳遞給縱梁( 見圖4) ，所以縱梁上分布荷載為:p =pg/9 = 69 kN。最大彎距Mmax= npLP/8 =558．9 kN·m( n = 9) 。最大彎曲應(yīng)力σ = Mmax/W =93．7 MPa ＜［σW］。最大撓度fmax= (5n2+2) PLP3/384nEIg=15．3 mm ＜LP/300 =24 mm。

圖4 縱梁受力圖式(單位:m)

以上檢算未考慮恒載，原因在于橫載相對活載很小，并且在施工過程中橫梁一端搭在預(yù)制的框架橋上，框架橋頂進時每根工字鋼下加墊專用小臺車，形成支點，對縱梁有減載作用，實際產(chǎn)生的應(yīng)力、撓度都應(yīng)比計算結(jié)果小。

(2) 軌束梁檢算。以同樣方法計算得:每組3 軌束梁的最大彎曲應(yīng)力σ =61．6 MPa ＜［σW］，最大撓度fmax=15．3 mm ＜LP/300 。每組5 軌束梁的最大彎曲應(yīng)力σ =62．6 MPa ＜［σW］，最大撓度fmax=15．3 mm ＜LP/300 。根據(jù)計算，加固體系強度和撓度變化滿足使用要求。經(jīng)過兩種計算方法檢算，大秦線K337 +002．5 地道橋工程的線路加固體系是滿足要求的，這為下一步頂進工作做出了充分準備，后來的頂進施工及線路恢復(fù)也證明了這一點。

4 施工工藝流程及操作要點

4．1 施工準備

為確?？驑?gòu)立交橋頂進期間線路運營的安全，在設(shè)計提供的方案基礎(chǔ)上進行加強，采用吊軌梁加固與縱、橫梁抬梁加固結(jié)合的辦法，對該段線路進行加固。線路加固施工前，完成防護樁、支撐樁、頂進抗移樁施工，施工采用人工挖孔。

4．2 吊軌梁加固

該段線路為混凝土軌枕，大秦下行線為75 kg/m 軌，上行線為60 kg/m 軌?？蚣軜?qū)挒?5 m，采用3-5-3 式吊軌梁，吊軌梁延伸出箱體兩端外側(cè)各12．5 m，兩股線路各50 m，共計100 m。吊軌梁采用P50 鋼軌，吊軌梁與其下面的枕木采用Φ22U 型螺栓卡和蓋板連接在一起，形成整體結(jié)構(gòu)( 如圖5) 。

框架地道橋兩側(cè)線路應(yīng)力放散鎖定，為防止頂進過程中線路爬行，框架橋兩端各100 m 范圍的鋼軌螺栓全部擰緊加固。

抽換鋼筋混凝土軌枕，對兩股線路各50 m 范圍內(nèi)，更換為Ⅰ類普通木岔枕，長度3．3 m，共需更換232根，( 橫梁加固范圍內(nèi)間距0．4 m，其余為0．5 m) 要點限速后利用列車間隔按照隔六抽一的方式進行。為保證既有線軌距及行車安全，將既有軌枕隔三留一，保留部分既有混凝土枕，保證軌距及水平。

鋪設(shè)吊軌梁。吊軌梁采用3-5-3 式共需鋼軌1 100 m，三扣吊軌卡928 套，五扣吊軌卡464 套，組裝采用穿袖式，接頭錯開2 m 以上，并與主軌接頭錯開擺放，吊軌梁頂面低于主軌頂面25 mm，并與枕木連接牢固，吊軌梁兩端設(shè)置木梭頭。

圖5 加固整體結(jié)構(gòu)示意圖(單位:cm)

4．3 橫梁加固

橫梁按照寬出橋體外端各6 m 布置，采用I45a 工字鋼，間距0．8 m，橫向長度為37 m，共計47 根。每道橫梁長度為24 m，工字鋼接頭用20 mm 的鋼板焊接牢固，橫梁一端伸出大秦上行線路中心8．5 m，接頭相錯1．5 m，與抗移樁上工字鋼焊接牢固。橫梁與枕木及吊軌梁連接牢固，橫梁下部采用木楔和滑梁小車與橋體頂部接觸，以減少頂進時的橫向阻力。

鋪設(shè)橫梁。采用間隔式抽穿，在慢行點內(nèi)進行，并與枕木和吊軌梁牢固密貼，在鋼軌外端路間和線間，以枕木頭和厚木板作為支撐點，要求鋪設(shè)平整牢固。

4．4 縱梁加固

橫梁鋪設(shè)后，大秦上、下行線路外側(cè)均采用雙工字鋼與單根并用作為一組縱梁( I63a 工字鋼) ，線間縱梁采用雙( I60) 工字鋼作為一組縱梁?？v梁長度48 m，兩端各伸出框構(gòu)橋外端11．5 m，縱梁與橫梁采用Φ22U 型螺栓卡和蓋板連接牢固，形成整體結(jié)構(gòu)。

首先在大秦上行線南側(cè)路肩與兩線間設(shè)置Φ1．25 m 混凝土支撐樁各6 根。雙工字鋼與單根并用作為一組縱梁，接頭用20 mm 的鋼板焊接，縱梁要求平整順直，縱梁連接接頭錯開不小于1．5 m。為防止縱梁橫向位移，在縱梁與枕木間，用100 mm×100 mm 方木作為支撐，并用木楔打緊。為防止雙縱梁上下錯動，在兩縱梁間設(shè)置方木固定。縱梁鋪設(shè)后，全面檢查各部分連接是否牢固，線路的軌距水平方向是否正確。全面檢查后，方可進行頂進作業(yè)。

5 結(jié)語

該工程同時下穿大秦線上行，下行兩股線，大秦線行車密度大，車速快，車載大，施工具有很大難度及風(fēng)險。在限速45 km/h 條件下，按線路加固方法順利地完成了楊雁路地道橋的頂進施工，保證了鐵路線路的穩(wěn)定和鐵路運營的安全，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益，為以后在同樣條件下的地道橋施工積累了經(jīng)驗。

［1］周長清．大跨度鐵路頂進橋線路加固施工技術(shù)［J］．鐵道建筑技術(shù)，2010( S1) :84-87．

［2］陳希哲．土力學(xué)地基基礎(chǔ)［M］．北京:清華大學(xué)出版社，2003．