框架橋頂進(jìn)工程路橋過渡段的處理措施

萬迪偉

（江西省交通設(shè)計(jì)院，江西 南昌330002）

框架橋頂進(jìn)工程路橋過渡段的處理措施

萬迪偉

（江西省交通設(shè)計(jì)院，江西 南昌330002）

目前，對既有線提速改造是我國鐵路發(fā)展的主要方向之一，提速改造在我國起步時(shí)間不長，有許多新技術(shù)和新問題需要解決，就既有線新建橋涵工程來說，路橋過渡段問題是確保線路平順的一個(gè)難題。結(jié)合膠濟(jì)線 K311+597框架橋頂進(jìn)工程的施工，對路橋過渡段的關(guān)鍵問題進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的工程處理措施。

提速改造地段；框架橋；路橋過渡段；處理措施

0 前 言

鐵路既有線提速改造是我國目前鐵路發(fā)展的主要方向之一，對緩解我國目前鐵路運(yùn)輸緊張狀況，提高鐵路客、貨運(yùn)輸效率，具有十分積極的意義，其不同于傳統(tǒng)的新建鐵路建設(shè)，又加上在我國起步較晚，尚無大量成功經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。對既有鐵路的提速，其有關(guān)的技術(shù)要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也相應(yīng)提高。

膠濟(jì)線電化提速改造工程是繼京秦線之后，我國鐵路跨越式發(fā)展的又一條通過技改提速目標(biāo)為時(shí)速200km的線路。目前，膠濟(jì)線電化改造工程正在緊張進(jìn)行，因此，在既有膠濟(jì)線新建橋涵施工中，探討合理的施工技術(shù)，經(jīng)濟(jì)、合理地進(jìn)行施工是確保列車安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，也是滿足提速后列車的安全舒適運(yùn)行的需要。

1 工程概況

膠濟(jì)線k311+597框架橋是為309國道改建穿越膠濟(jì)鐵路而設(shè)，設(shè)計(jì)2-13.5m兩孔連續(xù)框架下穿立交橋，公路與鐵路夾角71°，框架橋軸線長11.25m，每端設(shè)1.59m的懸臂，每側(cè)邊墻長度14.72m，框架頂板厚0.8m，底板厚1.2m，總高度7.9m。橋上為膠濟(jì)線上下行雙線鐵路，緩和曲線地段，線路坡度 I=+0.0054。設(shè)計(jì)活載：鐵路：JQS標(biāo)準(zhǔn)活載；公路：汽車－超 20級，掛車－120級。框架橋基底置于粉砂巖上，地基允許承載力[σ]=400kPa,框架設(shè)計(jì)基底應(yīng)力 σ＝120kPa。該立交橋處既有線間距 4.1m，線間距預(yù)留電氣化提速改造條件為4.4m。施工時(shí)，采用縱挑橫抬法加固線路，頂法施工。該立交橋工程于2004年6月開工，2004年9月底竣工。

2 路橋過渡段對軌道平順性的影響

無論是既有線還是新建鐵路,都存在一個(gè)橋上軌道與土路基軌道如何相連接的問題。由于橋上和路基兩種類型軌道的軌下支承條件不同,其軌下基礎(chǔ)乃至軌道整體的剛度及其變形就不會(huì)相同, 一方面路橋結(jié)構(gòu)的剛度差異極大，會(huì)引起軌道剛度的變化；另一方面，路橋結(jié)構(gòu)的工后沉降也不一致，會(huì)導(dǎo)致軌面發(fā)生彎折變形。當(dāng)高速列車從一種軌道駛向另一種軌道時(shí),將會(huì)使得輪軌間的動(dòng)力作用增大,導(dǎo)致軌道狀態(tài)惡化,影響行車的平穩(wěn)性和安全性。如果軌道折角幅值變大,上述危害將更加強(qiáng)烈,并且隨行車速度的提高而加劇。

世界各國在發(fā)展高速鐵路技術(shù)的過程中，都非常關(guān)注過渡段的不平順問題。開展了不平順的產(chǎn)生機(jī)理及工程處理措施等方面的研究，討論了結(jié)構(gòu)物的變形與行車安全舒適性的關(guān)系，并制定了有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。有關(guān)研究[1]認(rèn)為：

（1）、軌道折角效應(yīng)顯著路橋過渡段軌道平順性狀態(tài)如何,對列車通過時(shí)的輪軌相互作用動(dòng)力學(xué)性能的影響十分敏感。而且是折角幅值越大,其影響就越大。可見,折角起控制作用。

（2）、列車速度效應(yīng)明顯列車快速通過路橋過渡段時(shí),只要過渡段軌道處于平順狀態(tài),則其各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)性能均很平穩(wěn),幾乎沒什么變化;然而,一旦出現(xiàn)軌道折角不平順,則其各項(xiàng)指標(biāo)的速度效應(yīng)將十分明顯,并且隨折角幅值的變大而劇增。可見,速度受制于折角。

（3）、路橋過渡段軌道折角容許限值通過仿真計(jì)算、綜合分析和性能評價(jià)認(rèn)為,一般是車體垂向加速度和路基基床表面壓力兩項(xiàng)指標(biāo)起重要作用。相應(yīng)于最高速度,提出高速鐵路路橋過渡段軌道折角容許限值如下:當(dāng) V=160km/h時(shí),α≤6‰；當(dāng)V=250km/h時(shí),α≤3‰；當(dāng)V=350km/h時(shí),α≤2‰ 。

3 路橋過渡段的處理原則和形式

軌道靜態(tài)不平順可以通過線路維修消除，但動(dòng)態(tài)不平順就不那么容易消除了。因此，為了確保高速列車的運(yùn)行安全和平穩(wěn)舒適，在既有線提速建設(shè)中也必須考慮消除軌道結(jié)構(gòu)與軌下基礎(chǔ)的剛度突變。由于框架橋是鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，其綜合剛度基本上決定于混凝土的模量，其數(shù)量級高達(dá)105kg/cm2，而路基模量一般在102kg/cm2的數(shù)量級，相差千倍以上。不采取剛度過渡措施，顯然不能適應(yīng)高速鐵路的運(yùn)行要求。

根據(jù)鐵路線路的構(gòu)造特點(diǎn)，路橋過渡段的處理措施可綜合考慮以下三種方法[2]：①在過渡段較軟一側(cè)，增大路基基床的豎向剛度值，減少路基結(jié)構(gòu)物的工后沉降；②在過渡段較軟一側(cè)，增大軌道結(jié)構(gòu)的豎向剛度；③在過渡段較硬一側(cè)，減少軌道結(jié)構(gòu)的豎向剛度。

框架橋路橋過渡段不平順的實(shí)質(zhì)原因是路橋間結(jié)構(gòu)體系的突變。通過改進(jìn)橋頭線路結(jié)構(gòu)的形式，可顯著改善兩個(gè)對接的性質(zhì)完全不同的線路結(jié)構(gòu)體系在抗垂直變形能力方面的巨大差異。

為了使剛度突變地段的彎折角控制在較小范圍內(nèi)，一般采用通過路基段剛度的辦法，即采用粗顆粒材料填筑過渡段。這種處理措施在工程中應(yīng)用最廣泛，各國高速鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范均推薦此方案。粗顆粒材料的厚度與路基面彈性變形的關(guān)系可采用 Boussinesq理論按雙層地基彎沉計(jì)算方法進(jìn)行初步分析。計(jì)算結(jié)果表明，彎沉值隨地基變形模量的增大而減少，隨上層（級配碎石）厚度增加而降低。當(dāng)級配碎石層厚度在60～80cm時(shí)，彎沉值在3～4mm之間。當(dāng)碎石層厚度超過300cm時(shí)，彎沉值可控制在1.5mm以內(nèi)。

上述分析說明，采取改變填料性質(zhì)減少路基部分沉降，緩和路橋之間的動(dòng)力不平順是可行的，但是有一定的限度。為了更好地減小不平順，采用搭板是可以采取的措施之一，但必須配合其它處理措施才能解決工后沉降引起的軌面彎折變形對行車的影響。另外，加筋土技術(shù)是一種比較成熟的現(xiàn)代土工加固技術(shù)，具有成本低、取材容易、布置靈活、施工簡便等優(yōu)點(diǎn)，也可采用【1】。

4 框架橋路橋過渡段的施工情況

在既有線上將旅客列車的行車速度提高到200km/h，正確評價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性，采取什么樣的工程措施來保證高速行車條件下橋梁結(jié)構(gòu)的安全性以及旅客列車的安全性和舒適性是至關(guān)重要的。一般來說，既有的整體性好的框構(gòu)涵和涵洞能滿足提速要求。鑒于膠濟(jì)線 2005年即將建成200km/h的電氣化提速線，我們在該框架橋施工中，有目的的進(jìn)行了路橋過渡段施工技術(shù)的探討，使用級配碎石夯填路橋過渡段。具體施工情況為：

框架橋頂進(jìn)就位后，立即組織夯填級配碎石。首先對框架外側(cè)下部土體進(jìn)行夯實(shí)；然后，參照《新建時(shí)速200公里客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》，在框架外側(cè)框架頂標(biāo)高線以下2.5～3.0m、長度不小于4.0m，寬度為框架邊墻長度范圍內(nèi)夯填級配碎石。級配碎石采用膠濟(jì)線電化改造施工基床用級配碎石配合比進(jìn)行配合，其壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)符合地基系數(shù)(K30)不小于150Mpa/m 和孔隙率(n)不大于20%的要求。

本框架橋主體工程現(xiàn)在已經(jīng)竣工近三個(gè)月，施工經(jīng)歷了高溫多雨季節(jié)，經(jīng)線路養(yǎng)護(hù)部門的精心養(yǎng)護(hù)和觀測，線路路基工后沉降量為 3～5cm，小于橋臺臺后過渡段路基工后沉降不應(yīng)大于8cm的規(guī)定，且明顯小于未用級配碎石處理框架橋工程工后沉降量的 2～4倍。經(jīng)數(shù)次軌檢車檢測均未發(fā)生3級振幅，線路平順度較好【1-2】。

5 結(jié)論

在保證行車安全的前提下，尋求經(jīng)濟(jì)、便捷、能達(dá)到相應(yīng)提速目標(biāo)橋涵標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求的施工方案，是解決提速改造鐵路新建橋涵工程的主要原則，有些施工方法在理論上可行，但真正用于既有線上施工卻不一定可行，本文介紹的工程處理措施是根據(jù)有關(guān)膠濟(jì)線電化改造工程的施工和本框架橋的實(shí)踐提出的，其方案到底是否完全可行，是否經(jīng)濟(jì)合理，還有待于進(jìn)一步的跟蹤調(diào)查研究。

[1]王其昌，蔡成標(biāo),等.高速鐵路路橋過渡段軌道折角限值的分析[J].鐵道學(xué)報(bào)，1998，(6)：109～113.

[2]王其昌主編. 高速鐵路土木工程[M]. 成都：西南交通大學(xué)出版社，1999.

(責(zé)任編校：何俊華)

TU3

A

1673-2219（2010）08-0047-02

2010－03－20

萬迪偉（1978－），男，江西南昌人，工程師，主要研究方向?yàn)榭碧皆O(shè)計(jì)。