陸敬松 (安徽鐵建工程有限公司,安徽 蚌埠 233040)
隨著城市的發(fā)展,已出現(xiàn)較多的鐵路與地鐵隧道相互交叉[1~4]的情況,地鐵隧道在鐵路下方穿過(guò),按平面位置關(guān)系分為傾斜相交與垂直相交兩種。后續(xù)隨著城市的進(jìn)一步擴(kuò)張與空間的局限,不排除在地鐵隧道與普速鐵路交叉口之間新建(改建、擴(kuò)建)城市道路,并以下穿框架橋型式通過(guò)。即新建框架橋位于普速鐵路下方、既有地鐵隧道上方。下穿框架橋與普速鐵路之間按平面位置關(guān)系分為傾斜相交與垂直相交兩種。三者交叉時(shí)各工程之間存在復(fù)雜的相互作用,安全風(fēng)險(xiǎn)較大。
三者交叉時(shí),一方面需對(duì)上部普通鐵路進(jìn)行加固,確保鐵路運(yùn)營(yíng)不中斷;另一方面要對(duì)下方既有地鐵隧道進(jìn)行保護(hù),符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范。此時(shí),對(duì)既有鐵路加固的架空體系布置尤為重要,其樁基礎(chǔ)的方位應(yīng)符合《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》(CJJ/T202-2013)[5]的要求,即外部工程樁與地鐵隧道外邊緣之間的水平凈距不小于3.0m。
當(dāng)既有地鐵隧道與既有普速鐵路傾斜相交、新建框架橋與普速鐵路垂直相交時(shí),位于地鐵左線、右線隧道之間架空體系的樁基礎(chǔ)連線與鐵路運(yùn)行方向呈傾斜狀,而兩側(cè)的樁基礎(chǔ)連線與鐵路運(yùn)行方向呈垂直相交。導(dǎo)致后續(xù)各片D 型便梁的跨度不同、撓度不同,使鐵軌容易形成三角坑[6~9],影響鐵路的安全運(yùn)行。如何降低該情況下的鐵軌三角坑變形幅度,降低鐵路運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),是值得探討的技術(shù)問(wèn)題。
某市地鐵隧道與普速鐵路呈約30°傾斜相交,地鐵左線與右線之間中心距14.2m,后續(xù)新建的城市下穿框架橋與普速鐵路呈垂直相交,如圖1 所示?,F(xiàn)探討該情況下鐵路架空體系的設(shè)置方法。
圖1 地鐵隧道、鐵路與新建框架橋位置關(guān)系俯視圖
針對(duì)該工程特征,提出一種降低鐵路軌道三角坑變形幅度的架空體系,由人工挖孔樁、系梁、D 型便梁與鋼桁架組成。人工挖孔樁與地鐵隧道邊緣的水平凈距不小于3.0m,位于雙線隧道之間的人工挖孔樁連線與鐵路運(yùn)行方向傾斜相交,位于地鐵隧道外側(cè)的人工挖孔樁連線與鐵路運(yùn)行方向垂直相交。系梁位于同一排人工挖孔樁的上方,且雙線隧道之間的系梁上設(shè)置與鐵路運(yùn)行方向垂直的預(yù)留孔;D 型便梁兩端搭在相鄰的系梁上;鋼桁架設(shè)置在鐵路線兩側(cè)的最大跨度D 型便梁的外側(cè),鋼管穿越系梁的預(yù)留孔后兩端通過(guò)連接件與兩側(cè)的鋼桁架固定相連;鋼管從底部托住不同跨度的D 型便梁,從而形成降低鐵路軌道三角坑變形幅度的結(jié)構(gòu)體系。所提架空體系如圖2~圖5所示。
圖2 架空體系俯視圖
圖3 架空體系三維方位圖1
圖4 架空體系三維方位圖2
圖5 架空體系上部結(jié)構(gòu)詳圖
人工挖孔樁與系梁均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。根據(jù)規(guī)范要求[5],外部工程樁與地鐵隧道外邊緣之間的水平凈距不小于3.0m,如此造成中間一排樁與兩側(cè)樁不平行的狀況,導(dǎo)致后續(xù)同一股軌道線路兩側(cè)的D 型便梁的跨度不同、撓度不同,容易形成三角坑。
為了便于后續(xù)橫抬梁的施工,同一股軌道線路兩側(cè)的D 型便梁規(guī)格型號(hào)相同。鋼管從底部托住D 型便梁,鋼管與D 型便梁之間可插入墊板使相互緊密接觸。雙線隧道之間系梁上的預(yù)留孔孔徑略大于鋼管的外徑,便于鋼管穿入預(yù)留孔中。鋼管穿入預(yù)留孔后其走向與鐵路運(yùn)行方向垂直。
鋼桁架設(shè)置在鐵路線兩側(cè)的最大跨度D 型便梁的外側(cè),如圖2 所示。鋼管從底部托住不同跨度的D 型便梁,給D型便梁增加了受力支點(diǎn),從而形成降低鐵路軌道三角坑變形幅度的結(jié)構(gòu)體系。鋼管的受力傳遞給鋼桁架,鋼桁架兩端傳遞給系梁,系梁再傳遞給樁基礎(chǔ)。受力路徑明確,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。
所提架空體系的優(yōu)點(diǎn):由于空間的局限性導(dǎo)致同一股鐵軌線路兩側(cè)的D 型便梁跨度不同、撓度不同,容易形成三角坑,影響行車(chē)安全。采用鋼管從底部托住D 型便梁的方式(鋼管兩端連接在鋼桁架上),大大降低了不同跨度D 型便梁的差異沉降,從而達(dá)到降低鐵路軌道三角坑變形幅度的目的,提高鐵路架空體系的安全性與可靠性。
所提降低鐵路軌道三角坑變形幅度的架空體系的施工步驟如下。
①采用獨(dú)立支墩架設(shè)便梁的方式,對(duì)既有鐵路進(jìn)行加固。加固后對(duì)擬建樁基礎(chǔ)上方的土體進(jìn)行一定深度的開(kāi)挖,形成土體開(kāi)挖部分。在土體開(kāi)挖部分內(nèi)進(jìn)行人工挖孔、設(shè)置鋼筋籠、澆筑混凝土,形成人工挖孔樁,如圖6 所示。工程樁與地鐵隧道外邊緣之間的水平凈距不小于3.0m。
圖6 樁基施工完畢俯視圖
②在同一排人工挖孔樁的上方施作系梁,系梁終凝后用素混凝土把土體開(kāi)挖部分填充密實(shí),其中雙線隧道之間的系梁上設(shè)置與鐵路運(yùn)行方向垂直的預(yù)留孔,如圖7、圖8所示。
圖7 系梁施工完畢俯視圖
圖8 系梁施工完畢三維示意圖
③便梁轉(zhuǎn)換,在兩側(cè)系梁架設(shè)D 型便梁對(duì)鐵軌進(jìn)行加固。同一股軌道線路兩側(cè)的D 型便梁規(guī)格型號(hào)相同,如圖9所示。
圖9 D型便梁加固示意圖
④鋼管穿越系梁的預(yù)留孔,鋼管穿入預(yù)留孔后其走向與鐵路運(yùn)行方向垂直,如圖10所示。
圖10 穿入鋼管示意圖
⑤提前制作鋼桁架,鋼桁架設(shè)置在鐵路線兩側(cè)的最大跨度D 型便梁的外側(cè),鋼管穿越系梁的預(yù)留孔后兩端通過(guò)連接件與兩側(cè)的鋼桁架固定相連;鋼管從底部托住不同跨度的D 型便梁,從而形成降低鐵路軌道三角坑變形幅度的結(jié)構(gòu)體系,如圖11所示。
圖11 架設(shè)鋼桁架示意圖
⑥后續(xù)再制作、頂進(jìn)新建框架橋,使新建框架橋位于普速鐵路下方、既有地鐵隧道上方,新建框架橋與既有普速鐵路垂直相交,如圖12所示。
圖12 后續(xù)框架橋頂進(jìn)就位示意圖
某地鐵隧道與普速鐵路呈約30°傾斜相交,地鐵左線與右線之間中心距14.2m,后續(xù)新建的城市下穿框架橋與普速鐵路呈垂直相交,現(xiàn)探討其架空體系的具體尺寸。
隧道外徑按6.20m 考慮,左線與右線之間中心距14.2m,則兩隧道之間的凈距為8.0m。人工挖孔樁直徑1.50m,樁長(zhǎng)17.5m。中間人工挖孔樁距離兩側(cè)隧道水平凈距為3.25m,滿足規(guī)范要求,如圖13 所示。工程施工中應(yīng)采取有效措施降低人工挖孔樁對(duì)鄰近隧道的影響。
圖13 架空體系的布置圖
系梁尺寸為2.5 m(高)×2.0m(寬) ×14.0 m(長(zhǎng))。D 型便梁型號(hào)均為D24,同一股鐵軌兩側(cè)D 型便梁的錯(cuò)位搭接長(zhǎng)度約3.5m,即同一股鐵軌兩側(cè)的D 型便梁跨度差為3.5m,由此容易產(chǎn)生三角坑。
采用外徑27.3cm的鋼管進(jìn)行加固,鋼管兩端牢固連接在鋼桁架上。由于鋼桁架自身的撓度變形較明顯,故鋼桁架兩端可設(shè)置液壓設(shè)備,隨時(shí)根據(jù)變形情況進(jìn)行高程調(diào)整。當(dāng)鋼桁架豎向變形較大導(dǎo)致鋼管與D 型便梁底部不接觸時(shí),可通過(guò)液壓設(shè)備動(dòng)態(tài)抬高鋼桁架兩端支點(diǎn),使鋼管繼續(xù)托住D 型便梁,從而達(dá)到減小三角坑變形幅度的目的。
提出了一種降低鐵路軌道三角坑變形幅度的架空體系,包括人工挖孔樁、系梁、D 型便梁與鋼桁架;人工挖孔樁與地鐵隧道邊緣的水平凈距不小于3.0m,位于雙線隧道之間的人工挖孔樁連線與鐵路運(yùn)行方向傾斜相交,位于地鐵隧道外側(cè)的人工挖孔樁連線與鐵路運(yùn)行方向垂直相交;系梁位于同一排人工挖孔樁的上方,且雙線隧道之間的系梁上設(shè)置與鐵路運(yùn)行方向垂直的預(yù)留孔;鋼桁架設(shè)置在鐵路線兩側(cè)的最大跨度D 型便梁的外側(cè),鋼管穿越系梁的預(yù)留孔后兩端通過(guò)連接件與兩側(cè)的鋼桁架固定相連。采用鋼管從底部托住D 型便梁的方式,降低了不同跨度D 型便梁的差異沉降,減小了鐵路軌道三角坑變形幅度,提高了鐵路架空體系的安全性與可靠性。