張大軍 曾凡根 劉志軍

（中鐵二院貴陽勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，貴陽 550002）

既有鐵路改造及增建二線設(shè)計(jì)施工中，經(jīng)常需要對(duì)既有線涵洞進(jìn)行接長。接長涵洞施工會(huì)干擾既有線行車。尤其是對(duì)于斜交角度較大（25°～45°）、孔徑較大（3～6 m）的蓋板涵，進(jìn)出口梯形蓋板拆除、防護(hù)的安全風(fēng)險(xiǎn)極高，防護(hù)工作量大，報(bào)批手續(xù)繁瑣，周期長，工期緊。國內(nèi)學(xué)者對(duì)涵洞接長進(jìn)行了相應(yīng)的研究［1-3］，主要集中在防護(hù)措施選擇、施工方案選擇且大多數(shù)針對(duì)正交涵洞，對(duì)斜交蓋板涵的具體接長方案較少涉及。斜交蓋板涵由于原涵洞采用的通用圖計(jì)算假定與接長后不符而需特殊考慮。選擇合適的接長方案，對(duì)降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)、縮短施工周期、確保行車安全、降低成本均有重要意義。本文對(duì)增建渝懷二線21座斜交涵洞出入口蓋板及邊墻分別建立MIDAS有限元模型，分析其接長后的受力特點(diǎn)，并結(jié)合計(jì)算結(jié)果總結(jié)5種接長方案。

1 既有涵接長分析

1.1 工程背景

增建渝懷二線為客貨共線鐵路，設(shè)計(jì)速度120 km/h，秀山至懷化段共有接長斜交蓋板涵21座，見表1。既有斜交蓋板涵根據(jù)通用圖《叁橋5013》和《叁橋5014》設(shè)計(jì)。按通用圖中計(jì)算假定的說明，中間涵節(jié)蓋板填土高為軌底至蓋板頂土厚，出入口梯形蓋板填土高為梯形蓋板頂實(shí)際填土厚，活載亦按照分布擴(kuò)散后的實(shí)際情況取用。增建二線后，既有涵原梯形蓋板填土厚度發(fā)生了較大變化。有必要對(duì)接長后的出入口梯形蓋板及邊墻進(jìn)行驗(yàn)算，確定既確保安全又方便施工的最優(yōu)方案。

表1 斜交蓋板涵統(tǒng)計(jì)

1.2 既有涵出入口蓋板及邊墻分析

接長斜交蓋板涵孔徑、角度、填土高度均不同，為分析不同情況下的受力，針對(duì)每個(gè)涵洞出入口蓋板及邊墻建立MIDAS有限元模型。出入口梯形蓋板按簡支結(jié)構(gòu)采用板單元建模［4］，荷載包括自重、豎向土壓力、活載引起的土壓力。邊墻按懸臂結(jié)構(gòu)采用梁單元建模，荷載包括自重、豎向土壓力、水平土壓力、活載引起的土壓力。

表2 典型涵洞梯形蓋板及邊墻驗(yàn)算結(jié)果

1.3 計(jì)算結(jié)果

將21個(gè)涵洞計(jì)算結(jié)果匯總統(tǒng)計(jì)，表2給出了每種孔徑典型涵洞梯形蓋板及邊墻的鋼筋應(yīng)力、混凝土應(yīng)力及裂縫寬度，表3給出了統(tǒng)計(jì)結(jié)果?？芍?5%的斜交蓋板以及50%的邊墻考慮接長增加的荷載后相關(guān)指標(biāo)不能滿足規(guī)范要求，必須采取相應(yīng)的措施。

表3 梯形蓋板及邊墻強(qiáng)度及裂縫驗(yàn)算統(tǒng)計(jì)

2 接長方案探討

目前對(duì)于斜交蓋板涵梯形蓋板多采用拆除方案，但梯形蓋板由于角度問題往往比常規(guī)正交涵洞伸入路基下方范圍大，對(duì)既有線的擾動(dòng)也比常規(guī)正交涵洞大，往往需要中斷行車予以施工［5-7］。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，梯形蓋板和邊墻不一定同時(shí)不滿足規(guī)范要求，接長方案應(yīng)根據(jù)具體情況采用不同措施。根據(jù)渝懷二線斜交接長涵洞的實(shí)際情況，本文給出了5種接長方案。

2.1 方案1——蓋板上設(shè)置新蓋板

從計(jì)算結(jié)果可以看出，當(dāng)填土高度增加后，既有蓋板強(qiáng)度不足，若簡單拆換，需清除斜交蓋板上部填土，既有線邊坡防護(hù)困難，邊坡溜坍難以控制。當(dāng)新蓋板板頂至軌底填土高度滿足規(guī)范要求時(shí)，利用既有梯形蓋板，鏡像設(shè)置新梯形蓋板，使其與既有蓋板構(gòu)成矩形，其上設(shè)新蓋板，新蓋板兩端設(shè)支撐樁，避免拆除既有梯形蓋板，從而消除安全隱患，加快了施工進(jìn)度。該方案見圖1。

圖1 蓋板上設(shè)置新蓋板

2.2 方案2——邊墻外設(shè)置防護(hù)樁

當(dāng)填土高度增加導(dǎo)致水平土壓力超出梯形蓋板邊墻承載能力時(shí)，為避免拆除邊墻，可采用在邊墻外側(cè)設(shè)置防護(hù)樁，消除因拆除梯形蓋板邊墻帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。該方案見圖2

圖2 邊墻外設(shè)置防護(hù)樁

2.3 方案3——涵內(nèi)套設(shè)鋼筋混凝土框架涵

當(dāng)蓋板或邊墻強(qiáng)度不足，但是涵內(nèi)凈空富余量較大，內(nèi)套框架不影響排洪或者立交功能時(shí)，可采用涵內(nèi)套設(shè)鋼筋混凝土框架涵方式，徹底消除因拆除、開挖帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，既節(jié)約投資，又加快施工進(jìn)度。該方案見圖3。

圖3 涵內(nèi)設(shè)置鋼筋混凝土框架涵

2.4 方案4——受拉側(cè)粘貼碳纖維布

當(dāng)梯形蓋板邊墻、蓋板強(qiáng)度滿足要求，但裂縫寬度不滿足規(guī)范要求時(shí)，避免簡單拆換帶來安全風(fēng)險(xiǎn)，采用粘貼碳纖維布對(duì)既有蓋板或邊墻進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，安全可靠性高，施工簡便，工期短，對(duì)既有鐵路運(yùn)營影響小。

2.5 方案5——拆除斜交蓋板或涵節(jié)

當(dāng)方案1至方案4不滿足現(xiàn)場要求時(shí)，可選擇拆除、新建方案。由于涉及到蓋板頂一定范圍土體清除，所以對(duì)既有線影響較大。平金艷［8］在朔黃鐵路復(fù)線肅黃段12座斜交涵洞蓋板抽換中采取了同一個(gè)天窗時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)拖出舊蓋板安裝新蓋板的方法，此方法雖操作簡單，投入較少，但若發(fā)生一次性操作不到位，易引起后續(xù)通車中斷。因此渝懷二線采用先實(shí)施防護(hù)樁、支承樁、架設(shè)D型便梁等防護(hù)措施后拆除斜交蓋板或涵節(jié)。該方案見圖4。

通過采用以上5種方法，渝懷二線21座斜交蓋板涵洞均已施工完畢，安全可靠，工期滿足施工組織要求。

圖4 拆除斜交蓋板或涵節(jié)

3 結(jié)語

斜交蓋板涵接長是既有線涵洞接長中一個(gè)特殊的門類，由于斜交部分在受力方面與正交部分不同，接長之前的首要任務(wù)是對(duì)原斜交結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算。

本文依托增建渝懷二線21座斜交涵洞接長，對(duì)蓋板、涵身的裂縫以及應(yīng)力進(jìn)行了數(shù)值分析。然后依據(jù)計(jì)算結(jié)果并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際總結(jié)出5種斜交蓋板涵接長方案，涵蓋了大部分既有鐵路斜交涵洞接長的情形。實(shí)踐證明，這5種方案能有效應(yīng)對(duì)斜交蓋板涵接長中遇到的問題，對(duì)既有鐵路影響小，施工安全，可供類似工程借鑒。