談長大跨度鐵路框構橋頂進施工線路加固技術

王旭東

目前，下穿鐵路框構橋頂進施工，對于跨度大于24 m且線路復雜條件下，D形便梁加固方法不能滿足架空線路跨度的要求，而吊軌加縱、橫抬梁加固技術存在強度、剛度和整體性較薄弱等問題。故有必要研究一種線路加固方法，滿足大跨度架空線路施工要求，確保鐵路運輸暢通和行車安全。下面結合工程實例，介紹長大跨度鐵路框構橋頂進施工線路加固技術。

1 工程概況

介休市西外環道路需下穿介西洗選線和介休洗選線兩股鐵路修建立交橋。道路中心線與鐵路中心線相交于介西洗選線K0+198和介休洗選線為K3+403。該橋設計為(5+11+11+5)m四孔閉合式鋼筋混凝土框架橋，設計結構凈高5.4 m，橋軸線與鐵路中心線為斜交，與介休洗選線的夾角為 79°32′6″，與介西洗選線夾角為70°6′4″。立交橋主體按與介休洗選線斜交10°設計，斜交總寬度37.57 m，軸長28 m。橋頂板頂面至軌底距離為0.75 m～0.95 m，橋軸線處為0.85 m。鋼軌為P60型，介休洗選線曲線半徑為R=1 500 m，縱坡為6‰，介西洗選線曲線半徑為 R=600 m，線路縱坡為7‰。兩線路不平行，且框構橋兩側線間距相差較大，分別為11.24 m和18.75 m，橋中間的線間距為14.62 m(順軸線方向)。

2 工程特點和施工難點

1)框架橋斜交寬度37.57 m，橫向架空線路跨度較大。2)線路加固難度大，架空線路跨度較大，目前國內采用的D形便梁最大架空線路為24 m，不能滿足該橋使用要求。3)兩股線路不平行，橋位處兩側線間距相差較大，立交橋軸線與兩線路交角不等。4)橋位處兩股線路均為曲線，頂進時線路幾何尺寸必須嚴格控制。

3 線路加固方案

針對該工程特點和施工難點，制定線路加固方案為:兩條線路分開加固體系，采用4組拼接縱梁、13組主橫抬梁和15組輔助橫抬梁組合、鋼筋混凝土挖孔支承樁過渡、一次頂進到位的施工方案。詳述如下。

3.1 支承樁和防護樁

為保證線路加固體系安全可靠，確保線路、路基及行車安全，在框構橋頂入、出端和兩線間設鋼筋混凝土支承樁和防護樁，采用人工挖孔施工，樁身直徑1.25 m。

支承樁:樁長12 m的35根，樁長3 m的8根，共43根樁。框架范圍內的A排～E排樁內的23根支承樁在頂進過程中分次逐根拆除，F排的4根支承樁頂進就位后再予以拆除。

防護樁:樁長12 m，框架橋左邊墻外側設置7根，右側設置9根，共設置16根。防護樁設置在距框構橋邊外側1.8 m位置，樁間距為2.0 m(見圖1)。

3.2 工便縱梁

縱梁采用山海關橋梁廠生產的Ⅰ100定型工便梁拼接組合，介西洗選線兩側設60 m工便梁組合(3×16+12)m=60 m，介休洗選線兩側設54 m工便梁組合(10+2×16+12)m=54 m。工便梁縱向采用等強連接鋼板和高強螺栓拼接，接頭連接板由上、下夾板和腹板組成。縱梁與橫抬梁采取U形扣件和高強螺栓連接。

3.3 橫抬梁

橫抬梁采用13組主橫抬梁和15組輔助橫抬梁組合的方式(見圖1)。主橫抬梁采用長16 m H700×300型鋼，在介休洗選線下面設置6根，間距8.38 m，介西洗選線設置7根，間距7.51 m。在相鄰兩主橫抬梁之間增設Ⅰ45b工字鋼輔助橫抬梁，介休洗選線設置7根，介西洗選線設置8根。橫抬梁與工便縱梁之間采用U形扣件連接。主(輔助)橫抬梁一端架設在支承樁(枕木垛)上，一端擱置在框架橋頂面。頂進時，在橋頂面接觸面放置鋼板，橫抬梁與鋼板間放置滑車，頂進時隨框構移動而滾動，減少摩擦力。

3.4 鋼枕

線路加固H20鋼枕每根長4.94 m，按軌枕間隔每空穿插一根鋼枕(橫抬梁位置除外)，安設絕緣膠墊和線路扣件，兩端采用高強螺栓與工便縱梁連接。

3.5 吊軌組

為防止頂進中框構兩側路基塌方和保持線路良好過渡，在加固范圍以外兩側增設5 m長的3-5-3吊軌組合。

采取以上措施，使橫抬梁、工便縱梁、鋼枕、支承樁、線路形成一個整體剛性受力結構體系，確保頂進施工時線路保持良好狀態。

4 頂進施工關鍵環節分析

1)框架橋軸線與介西洗選線夾角為70°6′4″，與介休洗選線的夾角為79°32′6″。框架橋設計采用按與介休洗選線斜交10°設計，致使框構橋順鐵路方向與介西洗選線有10°的偏差，不平行。這樣形成在頂進介西洗選線施工時，框構右側前端臨進介西洗選線線路時，而框構左側前端距離線路仍有7.51 m，橋軸線處框構前端距離線路3.41 m，故頂進進入線路時，存在部分線路已落到框構橋上，而部分線路為架空狀態，且37.57 m的大跨度和處于R=600 m曲線上，對行車安全很不利。

2)線路加固體系中，框構上的5根 16 m長 H700×300主橫抬梁一端搭在A排，B排，C排支承樁上(見圖 1)，另一端架在框架橋上。6根16 m長Ⅰ45b工字鋼輔助橫抬梁一端搭在枕木垛上，另一端架設在框架橋上。主、輔橫抬梁支點位置和伸出長度可根據框構頂進中的實際情況進行調整，以滿足施工及安全要求。

3)當框架前端頂進至距A排支承樁0.5 m時，此時橫抬梁伸入框架頂部的長度為4.4 m。將橫抬梁在框架上和B排支承樁(枕木垛)上的支點墊牢，人工配合機械拆除A排支承樁。隨著框構逐漸頂進由右向左分次拆除A排的5根支承樁。此時橫抬梁一側搭在框架上，另一側支承在B排樁(枕木垛)上(見圖2)。

4)當框架前端距B排支承樁0.5 m時，此時橫抬梁伸入框架頂部的長度為8.3 m，將橫抬梁在框架上和C排支承樁(枕木垛)上支點處墊牢，隨著框構逐漸頂進由西向東分次拆除B排5根支承樁。此時橫梁一側搭在框架上，另一側支承在C排樁上(見圖3)。

5)當繼續頂進逐次拆除C排5根支承樁后，介西洗選線線路全部落到框架上。

5 受力檢算

5.1 Ⅰ100型工便梁檢算

沖擊荷載:M=1.2×471.87=566.24 kN/m;

4)換算應力檢算，檢算截面取腹板與上下翼緣交接處。

5)整體穩定性計算。

構件受壓翼緣計算長度l0=10 m(彎矩為零之間距離)。

截面面積:A=360×36×2+928×20=44 480 mm2。

M/W=44.48 MPa＜φ2[σ]=98.7 MPa，滿足要求。

實際施工中，Ⅰ100工便梁按連續梁工作，故其強度、剛度、穩定性、安全性更大。

5.2 橫抬梁檢算

列車分布活載:p=ql=107×7.52=804.64 kN。

線路靜荷載:p1=2q2l=2×10×7.52=150.4 kN。

H700×300型鋼慣性矩:Im=201 000 cm4。

1)當A排樁被拆除時，橫抬梁一側搭在框架上，另一側搭在B排樁上，受力情況如圖5所示。

強度計算:沖擊荷載:M=1.2×641.4=769.68 kN?m。

2)當B排樁被拆除時，橫抬梁一側搭在框架上，另一側搭在C排樁上，受力情況如圖6所示。

強度計算:

沖擊荷載:M=1.2×670.5=804.6 kN?m。

當框構頂距C排右側第2根樁0.5 m時，介西洗選線線路就全部落到框架上。

在實際施工中，在主橫抬梁之間設置的Ⅰ45b工字鋼輔助橫抬梁可大大縮小跨度，線路加固體系的強度、剛度、穩定性更強，安全儲備更大。

6 結語

工便縱梁、橫抬梁與鋼枕組合加固技術方案，匯集了D形便梁和吊軌加縱、橫抬梁兩種加固方法的優點，滿足了線路架空跨度要求。實踐表明:對于長大跨度框架橋頂進施工時，可因地制宜，靈活運用這種線路加固技術，同時在頂進施工中，對線路加固設施的安裝拆除及維護、框架橋標高方向控制、支承樁拆除時機及方法、挖土組織、線路橫向鎖定及檢查與整修、全方位應急方案的落實等關鍵環節，采取針對性措施和嚴格卡控，達到保證線路安全和行車安全的效果。

[1] 鐵道部第四勘測設計院橋隧處.橋涵頂進設計與施工[M].北京:中國鐵道出版社，1983.

[2] 鐵道部第三工程局.橋涵[M].北京:中國鐵道出版社，1994.

[3] 鐵道部第三勘測設計院.鐵路橋涵設計基本規范[M].北京:中國鐵道出版社，2005.

[4] 郭杰榮.既有線大跨度框構橋設計實例[J].山西建筑，2009，35(16):341-342.

[5] 中鐵大橋勘測設計院有限公司.鐵路橋梁鋼結構設計規范[M].北京:中國鐵道出版社，2005.