文/趙乾

為了不影響既有鐵路的正常運(yùn)營，確保鐵路行車過程中的安全，在平交道口改下穿式立交箱形橋施工作業(yè)過程中，常采用縱橫梁相結(jié)合的加固方式來架空既有鐵路。本文結(jié)合永城市雪楓路下穿永煤礦區(qū)車集鐵路專用線施工為例，進(jìn)行線路架空技術(shù)的研究。

1.概述

隨著城市的發(fā)展和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，既有鐵路與城市主干道大型立體交叉工程越來越多，其中大多數(shù)為箱形橋下穿鐵路工程。在施工過程中，為了保證既有鐵路安全運(yùn)營，要求多孔連體箱橋頂進(jìn)至鐵路路基正下方時(shí)鋼梁撓度在允許的安全范圍內(nèi)，設(shè)置垂直于鐵路的橫向鋼梁和平行于鐵路的縱向鋼梁。通過整套縱橫鋼梁加固系統(tǒng)，形成涵洞頂進(jìn)期間的臨時(shí)“橋梁”，確保線路安全不間斷運(yùn)營。

2.工程實(shí)例

2.1 項(xiàng)目簡介。本工程實(shí)例為永城市雪楓路下穿永煤礦區(qū)車集鐵路專用線施工，在永煤礦區(qū)車集鐵路專用線K2+050，雪楓路與鐵路相交處新建5.5m下穿鐵路箱形橋，順鐵路橋長6.6m。公路與鐵路基本正交，相交處鐵路、公路均為直線，鐵路為單線、非電氣化鐵路、標(biāo)準(zhǔn)P50鋼軌，鋼筋混凝土II型枕。經(jīng)各種經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較，既有線防護(hù)采用縱橫梁架空線路、頂進(jìn)施工方法最可行。

2.2 線路架空原理步驟及安全注意事項(xiàng)

2.2.1 線路架空原理。鐵路線路架空體系由支撐點(diǎn)（支點(diǎn)樁），縱向受力體系（縱向鋼梁），橫向受力體系（橫向鋼梁），連接配件組成一個(gè)立體的空間結(jié)構(gòu)，根據(jù)箱形橋強(qiáng)度、剛度大的自身特點(diǎn)及縱橫鋼梁可拼可接的特點(diǎn)，合理布置混凝土支點(diǎn)樁，選擇最匹配的縱橫鋼梁組合方式，滿足承載要求，達(dá)到鐵路不間斷運(yùn)營條件，縱橫鋼梁便于運(yùn)輸、可反復(fù)利用的特點(diǎn)也減少施工投入成本。

2.2.2 線路架空步驟。（1）對鐵路既有的通信電纜做遷移防護(hù),待防護(hù)完成后，根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)要求施工路肩支點(diǎn)樁，采用人工挖孔樁，灌注樁混凝土強(qiáng)度C25，樁徑1.25m。（2）清除支點(diǎn)樁及箱形橋上的雜物，找平接觸面，調(diào)整好接觸面標(biāo)高，必要時(shí)采用方木支點(diǎn)，將方木固定成整體，并在上部墊竹膠板。（3）清除支點(diǎn)樁及箱形橋端頭截面處道砟，并在支點(diǎn)樁及箱橋上部穿插[903]橫向鋼梁，穿插位置為鐵路軌枕之間的空隙，使其能夠架空鋼軌。（4）在支點(diǎn)樁及箱橋橫向鋼梁上部安放I100工字鋼縱向鋼梁，清除支點(diǎn)樁與箱形橋之間斷面道砟，穿插[903]橫向鋼梁，[903]橫向鋼梁與I100工字鋼縱向鋼梁間采用Φ20U型高強(qiáng)螺栓連接。（5）檢查線路是否移動(dòng)，并采用硬雜木加塞[903]橫向鋼梁與鋼軌之間縫隙，并在火車通過期間，測量縱向鋼梁撓度及支點(diǎn)樁及箱橋處彈性變形，確保在安全范圍內(nèi)。（6）頂進(jìn)開挖放坡，坡度采用1:0.5的坡度，控制基礎(chǔ)標(biāo)高，進(jìn)行墊層土體換填，并進(jìn)行強(qiáng)夯，滿足重型壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)且壓實(shí)度不小于95%，南側(cè)25m范圍內(nèi)澆筑C25鋼筋混凝土基礎(chǔ)。（7）砌筑石砌體擋土墻，擋墻砌筑完成后，拆除縱橫梁，回填道砟，調(diào)整整修線路，撤除限速恢復(fù)正常行車。

2.2.3 線路架空安全注意事項(xiàng)。（1）施工前，采用人工開挖方法先探明地下管線位置，按照所屬部門要求，對既有地埋管線做好防護(hù)，經(jīng)驗(yàn)收后方可施工。（2）結(jié)合安全防護(hù)要求，鐵路施工現(xiàn)場兩端500m至1000m位置設(shè)置作業(yè)標(biāo)防護(hù)，作業(yè)區(qū)段應(yīng)設(shè)專職防護(hù)人員，發(fā)現(xiàn)來車時(shí)，及時(shí)通知停止作業(yè)、人員、材料等下道避車。從挖孔樁施工開始到主體箱形橋施工完畢頂進(jìn)施工期間行車限速45km/h。（3）遇陰雨天氣時(shí)，路基邊坡要采用防雨布覆蓋，做好檢查靜態(tài)和動(dòng)態(tài)線路，頻次不小于6h/次，且每次過車前后均應(yīng)附加一次線路檢查，確保安全穩(wěn)定。（4）I100工字鋼、[903]鋼梁及配件,均應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求,且使用前檢查確保無損傷，滿足強(qiáng)度要求。（5）開挖頂進(jìn)施工作業(yè)中，每次頂進(jìn)距離不應(yīng)超過lm，嚴(yán)禁超挖。列車通過時(shí)嚴(yán)禁頂進(jìn)作業(yè),I100工字鋼拼接接頭下用枕木和木楔頂緊。（6）每次頂進(jìn)后,應(yīng)重新檢查線路加固情況,若出現(xiàn)線路高低不良問題，采取在合適位置加設(shè)木楔的方法及時(shí)恢復(fù)線路標(biāo)高。每次鐵路過車前后均應(yīng)附加一次線路檢查，確保線路幾何尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)。（7）對于變形或者有傷損經(jīng)鑒定不符合要求的構(gòu)件,在線路架空施工過程中嚴(yán)禁使用。

2.3 線路架空安全性驗(yàn)算

2.3.1 橫向鋼梁計(jì)算。橫向鋼梁的計(jì)算長度取4.2m,每組由2片[903]背靠背組成，橫向鋼梁截面特性：Wx=876cm3，Ix=13130cm4，g=112kg/m。其中每組橫向鋼梁都是由[903]錯(cuò)開組拼成的,因此共兩個(gè)截面：一個(gè)是2片[903]靠在一起的截面，一個(gè)是1片[903]。因此計(jì)算時(shí)計(jì)算一組橫向鋼梁（2片[903]），應(yīng)力計(jì)算時(shí)應(yīng)按照最不利截面計(jì)算。力學(xué)模型按照簡支梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行建立，如圖所示：

圖1 架空線路立面圖

圖2 架空線路平面圖

圖3 橫向鋼梁簡支結(jié)構(gòu)力學(xué)模型

荷載計(jì)算。荷載包括列車活載、自重靜載。列車活載取特種活載（重25t，間距1.5m）。自重靜載包括每股道線路自重及橫向鋼梁自重。

恒載:鋼軌和軌枕：0.05t/m×0.6m×2+0.23t=0.29t；橫向鋼梁由2片[903]組成,自重荷載為:q=0.112t；活載:按中一活載25t特種活載計(jì)算以每軸重由3根抬梁承擔(dān)p=25t/3=8.33t。沖擊系數(shù)取1.5,因此P活=8.33t×1.5=12.50t,F=（P活+O.29t）/2=6.4t。支反力:F1=F2=64+（1.12×4.2）/2=66.35KN；則跨中最大彎矩:M=66.35×2.1-64×0.75-（1.12×2.12）/2=88.87KN。驗(yàn)算：Q=M/Wx=88.87×1000/876=101.45Mpa＜[Q]=210Mpa。因此，[903]橫向鋼梁強(qiáng)度滿足要求。f=[5ql4/384EI+Fa（3l2-4a2）/24EI]=[5×1120×4.24/384×210×109×13130×108+64000×1.35（3×4.22-4×1.352）/24×210×109×13130×108]=0.006mπ×4.2/400=0.011m；因此，[903]橫向鋼梁剛度滿足要求。

2.3.2 縱向鋼梁計(jì)算。驗(yàn)算跨度取L=9m。列車限速按45km/h。

（1）荷載計(jì)算。1)恒載計(jì)算

圖4 縱梁簡支結(jié)構(gòu)模型

恒載考慮鋼軌、軌枕、抬梁及縱梁自重，鋼軌、軌枕、抬梁間隔0.6m，所以取0.6m為一個(gè)單元進(jìn)行計(jì)算。簡支結(jié)構(gòu)模型如下：鋼軌、軌枕自重荷載：F=（0.05t/m×0.6m×2+0.23t)/2=0.145t；一組[903]的自重荷載:q=0.112t；支反力：F1’=F2’=1.45+1.12×4.2/2=3.8KN。2）活載計(jì)算中-活載換算均布活載：當(dāng)L=9m，α=0.5，查表知K=144.67t/m；沖擊系數(shù):μ=1+n[（40+L）=1+0.185×28/（40+10）l=1.1，所 以：F=（K×0.6m）×μ2=4.841t，支反力:F1”=F2”=48.41KN。（2）縱梁計(jì)算，縱梁按跨度9m的簡支梁計(jì)算，工鋼截面特性：I=787228cm4；W=13900cm3簡支梁均布荷載q為：q=ql+q工鋼=（Fl+F2）×16/9+q工鋼=（3.8+48.1）×16/9+3.75=96.57KN/m。1）反力、內(nèi)力計(jì)算：R左=R右=434.57KNMmax=ql2/8=977.77KN.M。2）應(yīng)力、撓度計(jì)算：Qmax=M/Wx=977.77×1000/13900=70.34Mpa＜[Q]=190Mpa，f=5ql4/384EI=5×96570×94/（384×210×109×787228×10-8）=0.005mπl(wèi)/400=0.0225m。）剪力計(jì)算，假定端部剪力全部由腹板承受，tmax=1.5R左/（hd）=1.5×434.57×1000/（0.92×0.019）×10-6=37.3Mpa，π0.75[σ]=127.5Mpa

2.3.3 支點(diǎn)樁計(jì)算。支點(diǎn)樁采用樁徑Φ1.25m的挖孔樁，鋼筋混凝土樁帽，樁長7m。樁帽尺寸：2×2×0.5m。地質(zhì)為：粉砂，中密。作用于樁帽頂面的豎向力：Fk=434.57KN。樁基樁帽自重:Gk=（3.14×0.6252×7+2×2×0.5)×25=264.6KN，單樁所承受的豎向力：Qk=(FK+Gk)/n=(434.57+264.6)/1=699KN，單樁豎向承載力特征值：Ra=u pψsqsials+ψpqpaAp，u p—樁身周長3.927m；ψs—大直徑樁側(cè)阻效應(yīng)系數(shù)（0.8/D）1/3=0.8618；qsia—樁側(cè)土的側(cè)阻力特征值40Kpa；ls—樁長7m；ψp--大直徑樁端阻效應(yīng)系數(shù)（0.8/D）1/3=0.8618；qpa—極限端阻力特征值450Kpa；Ap—樁端面積1.227m2，單樁豎向承載力特征值：Ra=3.14×0.8618×40×7+0.8618×450×1.227=1233KN，Qk=699KN＜Ra=1233KN。因此，單樁承受的豎向力小于單樁豎向承載力特征值，所以支點(diǎn)樁采用樁長7m，樁徑1.25m的挖孔樁滿足施工要求。

2.3.4 梁體驗(yàn)算說明。計(jì)算時(shí)未考慮縱梁輔助受力情況,使得驗(yàn)算結(jié)果更趨于安全。縱橫梁連接采用了高強(qiáng)螺栓和高強(qiáng)夾板,在計(jì)算過程中可看作等強(qiáng)聯(lián)結(jié),按等強(qiáng)聯(lián)結(jié)進(jìn)行了考慮驗(yàn)算。

2.3.5 驗(yàn)算結(jié)果。通過對縱向鋼梁、橫向鋼梁和支點(diǎn)樁的計(jì)算,考慮多種因素可得,縱橫梁線路架空加固方案的主要承受荷載構(gòu)件是安全、可行的，具有很高的安全儲(chǔ)備系數(shù)。

3.結(jié)論

本文結(jié)合永城市雪楓路下穿永煤礦區(qū)車集鐵路專用線施工實(shí)例，分析了縱橫梁架空線路施工方法的原理、流程及安全注意事項(xiàng)，并通過力學(xué)分析驗(yàn)證，縱橫梁架空線路施工方法是安全可靠的。該施工方法，在國鐵和地方鐵路上均有采用，實(shí)踐證明是行之有效的，具有較高的推廣價(jià)值。

引用出處

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