田禮忠

摘要：本文結(jié)合大跨度框架橋下穿小半徑曲線鐵路的施工實(shí)踐，采用工字鋼縱橫抬梁加吊軌梁法及采用孔樁作支墩對(duì)鐵路線路進(jìn)行加固，并采取系列措施防止鐵路線路橫移變形，解決了小半徑曲線及大跨度鐵路線路加固的難題，滿足了施工要求，確保在不影響鐵路正常運(yùn)營(yíng)的情況下順利安全地完成框架的頂進(jìn)施工。

Abstract： In this paper， combined with the construction practice of large span frame bridge underpassing small radius curve rail， the I beam and lintel and crane rail beam method and pile piers are used for reinforcement of railway line， and a series of measures are adopted to prevent the railway line transverse deformation， thus solving the problem of small radius curve and long span railway reinforcement， and meeting the construction requirements， and it can ensure smooth and safe jacking construction of frame without affecting the normal operation of railway.

關(guān)鍵詞：框架橋；下穿鐵路；小半徑曲線；大跨度；頂進(jìn)法施工；線路加固

Key words： frame bridge；underpassing railway；small radius curve；large span；jacking construction；line reinforcement

中圖分類號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）29-0137-04

0 引言

通常進(jìn)行下穿鐵路框架橋涵施工時(shí)，不允許長(zhǎng)時(shí)間中斷鐵路運(yùn)營(yíng)，故需對(duì)鐵路線路進(jìn)行加固后頂進(jìn)法施工，以保持鐵路運(yùn)營(yíng)的正常進(jìn)行。

以往線路加固技術(shù)均基于當(dāng)時(shí)的框架結(jié)構(gòu)類型而產(chǎn)生的，即基本為小跨度線路加固。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快及城市建設(shè)的快速發(fā)展，因道路下穿鐵路而建的框架橋日趨增多，并向大跨度方向發(fā)展。故施工急需解決大跨度框架橋頂進(jìn)時(shí)如何進(jìn)行線路加固，確保鐵路運(yùn)營(yíng)及施工安全的難點(diǎn)問(wèn)題。本項(xiàng)目針對(duì)大跨度框架，且下穿小半徑曲線鐵路頂進(jìn)施工采用了縱挑橫抬梁法+挖孔樁支墩進(jìn)行線路加固，并采取了設(shè)置滑車、導(dǎo)鏈及阻移鋼板等多種技術(shù)措施來(lái)確保鐵路線路保持穩(wěn)定，取得了良好的效果。本工程項(xiàng)目的成功實(shí)施，對(duì)大跨度框架下穿小半徑曲線鐵路頂進(jìn)施工的類似工程的線路加固設(shè)計(jì)及施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況及頂進(jìn)施工的重難點(diǎn)

本道路下穿石德線鐵路立交工程位于衡水市桃城區(qū)，道路下穿鐵路。道路在K0+657.39處與既有鐵路相交，交點(diǎn)處鐵路里程為K114+119.5，交角為88°0′52"。既有鐵路為單線，P60軌無(wú)縫線路，鋼筋混凝土軌枕。立交橋位于既有鐵路R=380的曲線地段。立交橋采用三孔連續(xù)框架（12m+18.5m+12m）的形式下穿既有鐵路1股道，中間孔為機(jī)動(dòng)車輛，兩側(cè)邊孔分別設(shè)置機(jī)非混合車道及人行道。

框架高8.9m，長(zhǎng)8.25m，寬45.9m，頂面積378.7m2，框架橋主體頂板厚0.9m，底板厚度1.0m，邊墻厚度0.9m，中墻厚0.8m，凈高7.0m，頂面覆土厚度2.15m。

本項(xiàng)目采用頂進(jìn)法施工，其工作坑設(shè)于鐵路右側(cè)的空地上。下穿的鐵路為鐵路干線，日常運(yùn)輸繁忙，立交框架頂進(jìn)施工時(shí)不能中斷鐵路的正常運(yùn)營(yíng)。因此需對(duì)鐵路采取線路加固措施。本項(xiàng)目具有加固的鐵路線路縱向跨度長(zhǎng)，鐵路處于小半徑曲線等特點(diǎn)。

因鐵路曲線半徑僅為380m，小于采用D型施工便梁進(jìn)行線路加固的最小適用半徑400m，。如果按線路情況由廠家新型特種D型施工便梁，存在施工成本大幅上升，工期延誤等問(wèn)題，故本項(xiàng)目排除使用D型施工便梁進(jìn)行線路加固的方案。

采用通常的橫抬梁法進(jìn)行線路加固，能夠加固大跨度線路，但是頂進(jìn)期間鐵路橫向線型的控制難度大。

因此，需改變線路加固的思路，針對(duì)本項(xiàng)目的具體施工特點(diǎn)，提出確保鐵路行車安全、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的線路加固方案。

2 線路加固總體設(shè)計(jì)方案

橋梁頂進(jìn)法施工的技術(shù)關(guān)鍵及重難點(diǎn)為如何進(jìn)行線路加固，保障鐵路線路的穩(wěn)固，符合安全行車的技術(shù)要求。針對(duì)本項(xiàng)目橋涵工程頂進(jìn)跨度大，鐵路曲線半徑小及且按鐵路局要求線路加固期間行車速度不低于45km/h等特點(diǎn)。在確保鐵路行車及頂進(jìn)施工安全，并控制經(jīng)濟(jì)投入的原則下，綜合考慮各種制約因素，對(duì)多種線路加固方案進(jìn)行比選、整合及優(yōu)化，并提請(qǐng)鐵路局總工室進(jìn)行評(píng)估及審定。最終采用了如下的線路加固方案。

采用縱挑橫抬梁法對(duì)鐵路線路進(jìn)行加固，線路加固總長(zhǎng)度為59m，框架橋頂進(jìn)施工期間列車慢行通過(guò)，限速45km/h。

采用Ⅰ56b工字鋼作線路加固的縱挑梁，縱挑梁設(shè)置在基本軌外側(cè)，按單層布置，3根聯(lián)結(jié)成一束。橫抬梁采用9m長(zhǎng)的Ⅰ56b工字鋼，中心距為1.0m。

設(shè)置？準(zhǔn)150人工挖孔樁作為縱挑梁的支墩，支墩沿鐵路縱向中心距為7m，橫向中心距為4.5m，挖孔樁埋置深度為框架基坑頂部以下15m，采用C25砼護(hù)壁，砼內(nèi)設(shè)鋼筋，以確保列車通過(guò)時(shí)的強(qiáng)烈振動(dòng)不影響孔樁安全。

經(jīng)對(duì)鐵路的線路狀況進(jìn)行了測(cè)量，數(shù)據(jù)表明線路狀況較佳。如果將原有砼軌枕?yè)Q為木枕后，在頂進(jìn)期間不利于保持線路幾何尺寸的穩(wěn)定，且施工單位材料儲(chǔ)備中的木枕數(shù)量不足。經(jīng)研究決定，不進(jìn)行軌枕的更換，而是直接在砼軌枕上進(jìn)行吊軌梁施工。

吊軌梁采取P50軌3-5-3組合，即在基本軌左右外側(cè)各設(shè)3根一束吊軌梁，線路中心處設(shè)5根一束吊軌梁。

本項(xiàng)目線路加固如圖1、圖2所示。

3 線路加固施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 鐵路安全防護(hù)措施

挖孔支墩樁施工及框架的頂進(jìn)施工期間鐵路行車均限速45km/h。線路加固縱橫梁工字鋼安拆、框架頂進(jìn)施工時(shí)須封鎖進(jìn)行。需列車慢行或封鎖線路施工，提前向鐵路部門(mén)遞交有關(guān)資料，提出申請(qǐng)要點(diǎn)計(jì)劃。在鐵路局批準(zhǔn)的地點(diǎn)、時(shí)段內(nèi)完成施工，確保準(zhǔn)時(shí)開(kāi)通線路或解除慢行。封鎖、慢行施工期間按鐵路局要求安排駐站聯(lián)絡(luò)員駐站，加強(qiáng)與車站的聯(lián)系。每次慢行、封鎖均須按鐵路有關(guān)規(guī)程、規(guī)則辦理和實(shí)施，確保鐵路運(yùn)營(yíng)安全。

進(jìn)行支墩挖孔樁施工前采用P50軌3-5-3吊軌梁對(duì)鐵路線路進(jìn)行加固。

施工期間，施工范圍內(nèi)列車按45km/h限速慢行，減速地點(diǎn)標(biāo)安放在施工范圍前后20m處，移動(dòng)減速信號(hào)牌安放在施工范圍前后800m處。實(shí)行“機(jī)工”聯(lián)控，采取全天24h不間斷看守和防護(hù)。按標(biāo)準(zhǔn)做好每趟通行列車的接車工作及記錄。每天三次認(rèn)真檢查軌道的軌距、水平、方向，檢查線路加固的安全狀況，并作好記錄。

3.2 縱挑梁安設(shè)

縱挑梁采用Ⅰ56b工字鋼，縱挑梁3根聯(lián)結(jié)成一束，單層布置。本工程頂進(jìn)穿過(guò)1股道既有線，需加固長(zhǎng)度為59m，兩側(cè)縱挑梁一共需要14束，合計(jì)42根Ⅰ56b工字鋼，單束采用Φ22圓鋼U型扣扣成整體?？v挑梁在線路旁的加工場(chǎng)內(nèi)扣結(jié)成束，成束的兩側(cè)縱挑梁采用50T汽車吊吊至同側(cè)路肩上，最后要點(diǎn)封鎖線路跨線橫移縱梁。

同時(shí)利用列車間隔時(shí)間，將縱挑梁安裝槽處的道碴清出，用麻袋袋裝后原位堆碼回填。以便要點(diǎn)封鎖時(shí)可以迅速清出縱梁槽位置，在封鎖點(diǎn)內(nèi)完成更多的縱梁吊裝。

縱挑梁安裝前鑿除孔樁支墩超高部分，并用水泥漿抹平，使縱挑梁與樁頂密貼，確保受力良好，在樁頂部預(yù)埋鋼筋，鋼筋與縱挑梁通過(guò)焊接連接牢固，以限制縱挑梁縱、橫向移動(dòng)。

3.3 橫抬梁安設(shè)

使用長(zhǎng)度為9m的Ⅰ56b工字鋼做橫抬梁，按間距為1.0m設(shè)置，橫抬梁與縱挑梁及砼枕使用Φ22圓鋼U型扣扣成整體，在橫抬梁與鋼軌間加墊絕緣板，防止聯(lián)電。橫抬梁安裝前調(diào)整砼枕的間距，以便橫抬梁安裝間距符合設(shè)計(jì)要求。橫抬梁安裝按工務(wù)“隔六穿一”的要求進(jìn)行。每穿一根要及時(shí)振搗密實(shí)道床。在施工時(shí)嚴(yán)格控制線路水平、方向及軌道幾何尺寸，以確保鐵路行車安全。

3.4 線路恢復(fù)

框架頂進(jìn)完成后，向鐵路局申請(qǐng)封鎖點(diǎn)，在封鎖點(diǎn)內(nèi)拆除線路加固材料，補(bǔ)充道碴及搗固，進(jìn)行線路幾何尺寸調(diào)整。滿足工務(wù)要求后申請(qǐng)取消慢行，恢復(fù)線路列車運(yùn)行常速。

3.5 線路縱、橫向變形控制

3.5.1 縱梁橫向變形控制

頂進(jìn)時(shí)，鑿除前排孔樁前，框架范圍的橫抬梁一端支撐點(diǎn)要從孔樁轉(zhuǎn)移至框架頂上，考慮到頂進(jìn)時(shí)橫抬梁與框架間存在較大的滑動(dòng)磨擦力，頂進(jìn)時(shí)極易引起縱挑梁及線路產(chǎn)生橫移變形。為了減少磨擦力，采取了在框架頂部放置鋼板，鋼板與橫抬梁間加設(shè)滑車的措施。

框架預(yù)制時(shí)在頂部按縱向間距4m預(yù)埋φ22圓鋼錨環(huán)，本項(xiàng)目共預(yù)埋11個(gè)，在縱挑梁與錨環(huán)間設(shè)置8t導(dǎo)鏈，框架頂進(jìn)時(shí)，通過(guò)拉緊導(dǎo)鏈以限制線路橫移或?qū)a(chǎn)生橫移的軌道線路恢復(fù)原狀。

3.5.2 縱梁縱向變形控制

在孔樁支撐頂部預(yù)埋鋼板，縱挑梁安裝并調(diào)整就位與預(yù)埋鋼板通過(guò)焊接連接，以控制縱挑梁不產(chǎn)生縱移現(xiàn)象。

本項(xiàng)目采取的如上線路控制措施，解決了大跨度橫抬梁法線路加固時(shí)鐵路橫向線形控制難度大的問(wèn)題。

4 線路加固穩(wěn)定性驗(yàn)算

4.1 荷載取值

荷載取值為鐵路中活載。

列車限速45km/h時(shí)的活載沖擊系數(shù)：μ=1+28/（40+5.1）×0.75×45/60=1.35。

4.2 縱挑梁3I56b工字鋼承載檢測(cè)

查閱《鐵路工務(wù)安全規(guī)則》可知，在限速45km/h情況下，3I56b工字鋼縱挑梁線路加固的容許最大跨度為9.6m，而本項(xiàng)目縱挑梁跨度均為7m，少于9.6m的最大跨度，可安全使用。

4.3 I56b工字鋼橫抬梁承載檢算

查閱《鐵路工程施工技術(shù)手冊(cè)（橋涵下冊(cè)）》得I56b工字鋼特性：慣性矩Ix=68512×10-8m4，面積矩Wx=2446×10-6m3，彈性模量E=210×109Pa，斷面面積A=146.45×10-4m2，容許應(yīng)力[σ]=170×106Pa，容許撓度f(wàn)/Lp=1/400。

I56b工字鋼橫抬梁按受集中荷載的簡(jiǎn)支梁進(jìn)行承載計(jì)算，其最大跨度為4.635m，則單根橫抬梁承載檢算如圖3所示。

考慮到鐵路基本軌及吊軌梁對(duì)列車輪對(duì)荷載的擴(kuò)散作用，按中—活載的單個(gè)機(jī)車輪對(duì)荷載由2根橫抬梁共同承載。單個(gè)機(jī)車輪對(duì)荷載P=220kN。圖3中F/4=P×μ/4=220×1.35/4=74.25kN。

■

①?gòu)?qiáng)度驗(yàn)算。

σmax=Mmax/W=118.8×103/（2446×10-6）=48.57MPa<170MPa（可）

②撓度驗(yàn)算。

fmax=1.76mm<[f]=LP/400=4635/400=11.59mm（可）

計(jì)算結(jié)果表明：橫抬梁強(qiáng)度、撓度經(jīng)檢算，滿足安全施工要求。

4.4 框架頂進(jìn)時(shí)橫抬梁檢算

當(dāng)立交橋框架頂進(jìn)至前排孔樁支撐時(shí)，需將挖孔樁支墩鑿除，以便框架能夠繼續(xù)頂進(jìn)。鑿除前排孔樁支撐前，將橫抬梁在前排孔樁上的支撐點(diǎn)轉(zhuǎn)移至框架頂部。根據(jù)本項(xiàng)目的線路加固設(shè)計(jì)方案，鑿除孔樁支撐時(shí)橫抬梁最不利荷載情況如圖4所示，其承載檢算如圖5所示。

①?gòu)?qiáng)度驗(yàn)算。

σmax=Mmax/W=155.45×103/（2446×10-6）=63.55MPa<170MPa（可）

②撓度驗(yàn)算。

fmax=3.96mm<[f]=LP/400=5535/400=13.84mm（可）

4.5 挖孔樁容許承載力檢算

①孔樁支墩承受的最大荷載。

經(jīng)計(jì)算，列車、線路及線路加固等荷載作用于挖孔樁支墩的最大作用力為417.92kN。

②挖孔樁容許承載力按下式進(jìn)行計(jì)算。

將本項(xiàng)目以上參數(shù)代入孔樁容許承載力計(jì)算公式，得：[P]=0.5×4.71×[0.6×51+3.7×83+6.5×68+4.2×160]+1×1.77×1980=6928.58kN>417.92kN

結(jié)論：在框架頂進(jìn)施工過(guò)程中工字鋼橫抬梁強(qiáng)度、撓度、挖孔樁容許承載力均滿足使用要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快及城市建設(shè)的快速發(fā)展，下穿鐵路的框架橋日趨增多，并向大跨度方向發(fā)展。施工急需解決大跨度框架橋頂進(jìn)時(shí)如何進(jìn)行線路加固，確保鐵路運(yùn)營(yíng)及施工安全的難點(diǎn)問(wèn)題，本工程對(duì)大跨度框架下穿小半徑曲線鐵路頂進(jìn)施工的類似工程的線路加固設(shè)計(jì)及施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐵道部第三工程局.鐵路工程施工技術(shù)手冊(cè)—橋涵（下冊(cè)）[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1999.

[2]普速鐵路工務(wù)安全規(guī)則[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2014，09.

[3]王兵，王德華.大跨度下穿頂進(jìn)框架橋線路加固設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010年第7月.