文｜太原南工務(wù)段 王亞洲 胡燕波

為保證交通便利、運(yùn)輸?shù)谋憬?，通常需要在鐵路和公路以及鐵路和鐵路的交叉口的位置修建框構(gòu)橋，工程上修建框構(gòu)橋通常采用頂進(jìn)施工?？驑?gòu)橋的頂進(jìn)施工首先要加固好既有線路，關(guān)鍵是要控制好高程。頂進(jìn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的“扎頭”和“抬頭”會(huì)影響框構(gòu)橋的頂進(jìn)施工質(zhì)量，并且會(huì)影響道路的坡度及上部鐵路線的道床的厚度危及鐵路的安全運(yùn)輸。下面以三水路中橋的施工為例，介紹頂進(jìn)施工中的關(guān)鍵性技術(shù)。

1 工程概況

三水路下穿石太右上行線、糧庫專用調(diào)2線及糧庫專用調(diào)3線與既有石太上行線斜交成110°，相交中心里程是石太上行K208+033。既有石太上行線為P60無縫線路，Ⅲa型枕木1667根/km；糧庫專用調(diào)2線為P60有縫線路，新II型枕1520根/km，均為直線段。

設(shè)計(jì)（8.52-14.9-14.9-8.52）m四孔的聯(lián)體框構(gòu)橋形式，順線路方向跨度為52.14m，框構(gòu)橋高8.7m。本框構(gòu)自重為：9880T，設(shè)計(jì)最大頂力為11216.2T，頂程為26.8m。

2 施工準(zhǔn)備階段技術(shù)措

2.1 施工準(zhǔn)備

施工前必須查清各種光纜、電纜和其他隱蔽建、構(gòu)筑物的位置和走向，將施工設(shè)備配齊到位，與相關(guān)設(shè)備管理單位簽訂配合監(jiān)護(hù)協(xié)議?？驑?gòu)橋頂進(jìn)施工橋要檢查相同條件下養(yǎng)護(hù)的混凝土試件，強(qiáng)度要達(dá)到頂進(jìn)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

2.2 加固線路

在此采用的線路的加固方法為橫抬縱挑加3-5-3扣軌法。線路加固的工作流程流程：施工前準(zhǔn)備→放置方枕→放置扣軌→線路橫穿工字鋼→搭設(shè)上縱梁鋼→栽設(shè)防橫移加固→開始頂進(jìn)→拆除加固設(shè)施→恢復(fù)線路。

2.2.1 更換枕木

傳入橫抬梁的方向和位置必須要準(zhǔn)確，因此既有軌道上工字鋼和枕木的位置要準(zhǔn)確并標(biāo)明，將混凝土枕全部放到對(duì)應(yīng)的位置，把石太上行線路的混凝土枕木間隔替換為3.4米長木枕，石太右上行線方枕長度為75m，限速慢行45km/h時(shí)間段進(jìn)行方枕及抽換木枕。

抽換木枕采用跳抽法，隔六抽一，每穿好一根要及時(shí)將道砟回填后搗固密實(shí)。以5m為間距在線路上增設(shè)絕緣軌距桿，橫梁要與軌距桿錯(cuò)開防止連電。

2.2.2 3-5-3扣軌穿設(shè)

采用P50鋼軌作為扣軌，布置方式為3-5-3，即在道心放置2+3扣軌，鋼軌外側(cè)放置1+2扣軌；扣軌長度為75m，扣軌伸出框構(gòu)兩側(cè)的長度為10m，為了保證鋼軌接頭錯(cuò)開，扣軌采用長度為25m和12.5m兩種，每設(shè)置完一束扣軌后要及時(shí)用U型卡將其與枕木牢固連接；主軌的墊板和扣軌的外邊要大于5cm，且要在扣軌的兩端放置木梭頭。

2.2.3 橫梁工字鋼穿設(shè)

橫梁為工字鋼型號(hào)為I45（B型），布置方式與線路方向垂直，布置間距為0.9m，在框構(gòu)橋兩側(cè)外沿8m內(nèi)全部加固?？驑?gòu)橋上加固橫梁的連接方式為6m+12m 、12m+6m兩種，使用時(shí)要相互交錯(cuò)。單根橫梁長度為18m，工字鋼片數(shù)為66，框構(gòu)的兩側(cè)單根橫梁 長為12m，片數(shù)為13。接頭以夾板狀布置，材料為兩塊122mm的厚鋼板，然后用￠22mm高強(qiáng)度螺栓加固連接，橫向工字鋼的每個(gè)接頭螺栓大于8個(gè)，必須用專業(yè)的打眼機(jī)穿設(shè)螺栓眼，用氧氣焊無法保證連接處的牢固性。如圖1所示。

圖1 橫梁與扣軌聯(lián)接示意圖

2.2.4 架設(shè)縱梁工字鋼

為增加剛度和穩(wěn)定性，橫抬梁上共設(shè)置縱梁四道。如圖布置，在石太上行線兩側(cè)各一道（縱梁長72m）；糧庫專用調(diào)2線東側(cè)設(shè)置一道（縱梁長60m），距離為：3.5m；石太右線西側(cè)5.5m設(shè)一道（縱梁長60m），以增加橫梁穩(wěn)定性。每道縱梁由2片I45（B型）工字鋼組成，每片由5-6根12m長工字鋼組成。布置形式為6m+12m×5+6m及12m×6交錯(cuò)布置，工字鋼接頭螺栓為￠22mm高強(qiáng)螺栓，接頭位置螺栓個(gè)數(shù)大于12個(gè)。

2.3 工字鋼橫梁檢算

通過力學(xué)計(jì)算檢算工字鋼橫梁的最大正應(yīng)力、最大剪應(yīng)力、最大撓度，確定頂進(jìn)施工的安全性。

2.3.1 工字鋼橫梁正應(yīng)力檢算

圖2 正應(yīng)力計(jì)算圖示（單位：cm）

如圖所示，對(duì)A點(diǎn)取力矩，根據(jù)力矩平衡原理Fa=p（χ+0.72）/4.3

軌下C點(diǎn)彎矩：M=Fa（2.86-χ）=p（-χ2+2.14χ=2.06）/4.3

由上式可得：

當(dāng)χ=1.07m時(shí)，Mmax=193.26KN·m

橫梁采用I45b工字鋼其力學(xué)參數(shù)：?jiǎn)挝恢兀?7.4Kg/m，截面積A：111cm2，截面模量W：1500cm3，慣性矩 I：33760cm4，S=887.1cm3，E=2.1×1011pa。

計(jì)算得橫梁用到最大彎曲正應(yīng)力：

σmax=Mmax/W=193.26 /1500=128.8 MPa＜ [σ]=140Mpa。

因此特種活載在最大跨度及最不利情況下，橫梁間距0.9m滿足要求。

圖3 最大剪力計(jì)算圖示（單位：cm）

2.3.2 最大剪應(yīng)力計(jì)算

剪應(yīng)力檢算時(shí)，取V=P=258.75 KN，根據(jù)剪應(yīng)力計(jì)算公式：τ=VS / Itw。

式中 V-計(jì)算截面沿腹板平面作用的剪 力，I-慣 性 矩：33760cm4，S-取 值 為：S=887.1cm3，tw-腹板厚度：取值為18mm。

最大剪應(yīng)力時(shí)橫梁受力如圖3所示：計(jì)算得τ=37.8Mpa＜ [τ]=85Mpa，滿足要求。

2.3.3 最大撓度檢算

根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，當(dāng)列車荷載在橫梁上對(duì)稱布置時(shí)，橫梁有最大撓度，如圖4所示：

fmax=pa[(2a+c)I2-4a2I+2a3-a2b-c3]/12EIL

式中: fmax 為梁跨中的最大撓度(mm)，P 為各個(gè)集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值之和(KN)，E 為鋼的彈性模量，I 為工字鋼的截面慣矩，L=4.3m，a=c=1.43m，b=1.44m。

計(jì)算得橫梁最大撓度為：fmax=4.5mm＜L/400=4300/400=11mm，滿足要求。

3 框構(gòu)橋頂進(jìn)施工

3.1 頂力計(jì)算

圖4 最大撓度計(jì)算圖示（單位：cm）

橋體頂進(jìn)的時(shí)候，要克服的阻力為框構(gòu)與地面之間的摩擦阻力以及端部的土的抗力，這兩個(gè)力的合力就是頂進(jìn)時(shí)需要的頂力，綜合框構(gòu)外形、有無地下水、需要頂進(jìn)的長度、土壤的性質(zhì)、頂進(jìn)方法等因素，頂力公式通常按下式計(jì)算：

P=μ.N

式中: μ---- 頂力系數(shù), 一般取1.2～1.5;

N ---- 箱身自重(KN)

一般情況下，橋體脫離滑板后出現(xiàn)最大頂力，而在這以前，頂力是隨著頂進(jìn)距離的增加而逐漸增大的，故計(jì)算頂力按入土后的頂力計(jì)算。

3.2 頂進(jìn)設(shè)備布置

橋體需要克服的阻力為框構(gòu)與地面之間的摩擦阻力以及端部的土的抗力，經(jīng)計(jì)算需要的最大定力為11216.2t，選用500t油壓千斤頂，共32臺(tái)，頂進(jìn)設(shè)備布置如圖5所示。

圖5 頂進(jìn)設(shè)備布置立面示意圖

3.3 橋體內(nèi)土體挖方

開挖土方沿頂進(jìn)方向按1:0.6坡率機(jī)械開挖。在框構(gòu)的兩側(cè)和底部機(jī)械開挖困難的地方，采用人工開挖［3］。以此減少對(duì)路基的穩(wěn)定性影響。每次開挖控制在0.5m～1.0m為宜，最大不超過1m。開挖前由技術(shù)將開挖線用石灰線標(biāo)識(shí)，嚴(yán)禁超挖。

3.4 方向控制及糾偏措施

本工程框構(gòu)橋軸線與鐵路路基為斜交，頂進(jìn)的時(shí)候高程和方向的控制是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，因此要嚴(yán)格控制，要做到及時(shí)測(cè)量及時(shí)比較發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)糾正。

左右側(cè)千斤頂各采用一臺(tái)油泵控制，但各千斤頂均單獨(dú)設(shè)置一油壓閥門，如發(fā)現(xiàn)方向偏移，則采用增減一側(cè)千斤頂?shù)捻斄Γ杭撮_或關(guān)一側(cè)部分千斤頂閥門，增加或減少千斤頂頂力數(shù)。如向左偏，即關(guān)閉減少右側(cè)部分千斤頂，如向右偏則反之。

3.5 水平控制

“抬頭”：挖除箱身前端土體，并超挖（設(shè)計(jì)標(biāo)高）5～10cm，寬度與箱身相同，在頂進(jìn)中逐步調(diào)整。

“扎頭”：1、開挖前端土方時(shí)，將框構(gòu)底上部土方預(yù)留30-50cm，適當(dāng)帶土頂進(jìn)。2、掏出箱身前端30cm下部土體，深度約3cm，塞入2cm鋼板，并形成不大于5%的坡度至設(shè)計(jì)標(biāo)高，在頂進(jìn)中逐步調(diào)整。3、空頂時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有“扎頭”傾向時(shí)，在框構(gòu)頂進(jìn)前方將滑板延長，并不少于3m寬，并確定合理坡率。

3.6 拆除線路加固、恢復(fù)線路

鐵路線路的運(yùn)營至關(guān)重要，在框構(gòu)橋就位后要及時(shí)補(bǔ)齊框構(gòu)的刃角，拆除線路的加固裝置，及時(shí)讓列車提速，恢復(fù)線路正常。拆除加固裝置的順序?yàn)椋嚎v向工字鋼的拆除--橫向工字鋼的拆除、道碴回填--扣軌的拆除—撤除長木枕--石太線安裝橋枕、護(hù)軌—線路細(xì)整。

橫向的工字鋼撤除是與安裝相同，采用隔六抽一的跳抽法，每撤除一個(gè)工字鋼后要及時(shí)將道砟回填后搗固密實(shí)。線路的整修要達(dá)到正常的通行條件。線路開通后按照鐵路局相關(guān)文件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

4 結(jié)語

通過對(duì)三水路框構(gòu)橋的施工技術(shù)的介紹，分析了施工中需要注意的關(guān)鍵技術(shù)及常見病害，以實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為例系統(tǒng)的介紹了保障工程質(zhì)量的措施。三水路框構(gòu)橋的頂進(jìn)施工取得了令人滿意的成果，可以為今后出現(xiàn)的類似工程施工提供可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)。