曲線區段采用D型便梁加固線路施工技術的探討

梁殿坤 上海鐵路局工務處

鎮江市健康路西延下穿立交工程位于京滬鐵路下K1216+080處，與其成 20°06′36″交叉，立交橋為 3 孔框構橋，采用凈寬6.5+14+6.5m的分離式框架，凈高分別為6.5、5.3和6.85m。該框構橋為頂進施工，分別穿越京滬鐵路上下行線，立交中心位于半徑1200m的圓曲線線路上，外軌超高125mm，線間距為4950mm。

根據現場勘察資料，結合土工試驗成果，框架基底位置處于泥炭層上：灰～灰褐，流～軟塑,多為腐木狀層狀結構,極高壓縮性,干強度低,韌性低。根據工務部門反映并結合現有地貌資料得知，線路兩側原為泥塘，面積約9000m2，深約4m，上世紀90年代為了加固路基曾進行過拋石擠淤、換填等處理。

1 線路加固方案

1.1 方案選取

因為框構橋與線路斜交，三孔框架在垂直線路方向投影跨度比較大，根據類似施工經驗，可以采用吊軌配合縱橫抬梁加固線路，但是此種方法難以保證線路的橫向穩定，且撓度大、工作量大、加固工序復雜，既不經濟也不安全。京滬線屬于國家Ⅰ級干線，是鐵路網最繁忙的線路之一，因此從最大限度的減少行車干擾和提高運營安全角度分析，擬采用D型便梁加固線路，此施工工藝所需設備簡單，操作方便，既能夠保證行車安全 ，又能壓縮慢行時間，最大限度地減少對既有線運營的干擾，發揮最大的經濟效益。

1.2 工況分析

線路為雙線電化干線，便梁區域位于半徑1200m的圓曲線上，曲線半徑為1200m，外軌超高125mm，線間距為4950mm，要采用D型24m便梁加固線路，首先要判斷是否滿足架設條件。

1.2.1 便梁架設條件的判斷

本工程擬采用D型24m便梁中位架設，即H=599mm、d=480mm、B=4460mm、L=24.5m，根據H<1100mm可知限界值為1875mm（詳見圖1），判斷如下：

圖1 便梁架設

(1)實測外軌超高h=125mm。

(2)根據建筑加寬辦法可知

W內=40500/R+H/1500×h=84mm

W外=44000/R=37mm

(3)根據曲線半徑R和D型便梁的全長L=24.5m（詳見圖2）。

圖2 中矢距

由圖2可知中矢距E為：

E=R-[R2-(L/2)2]1/2=0.0625m（實測中矢距E=61mm）

(4)由以上計算值可求得 b、c值為

b=限界值+E/2+d/2+W內=2230mm

c=限界值+E/2+d/2+W外=2183mm

(5)只有同時滿足以下條件時才能采用中位架設D型24m便梁：

①便梁本身尺寸限制，即b+c≤B，得知2230+2183-4460=-47<0

②線間距的限制，即b+c+d≤D，得知2230+2183+480-4950=-57<0

③曲線外軌超高限制，即h≤100mm。實測超高值125>100。

根據以上計算得出以下結論：

條件①滿足。

條件②滿足，但是技術條件苛刻，沒有足夠的安全儲備。條件③不滿足，技術上需進行特殊的改進。

1.2.2 合理處理架設條件

針對于條件②的分析，根據現場實際情況、實際的施工能力和技術力量，擬定不撥道，采取以下防范措施：

首先，細化現場技術交底，讓每位施工人員了解特殊工況，熟知便梁架設的技術要求，以便在施工中加強操作人員的精準操控意識，確保便梁精確就位。技術人員加強現場指導，嚴格把控幾何尺寸，將架設誤差控制在10mm以內。

其次，在支座處采用支墩預埋鋼軌樁進行側向限位，鋼軌樁與便梁間用硬雜木塞實，防止因列車蛇形運動造成便梁橫移而導致侵限。

對于③限制條件不滿足的情況，討論了以下兩種解決辦法：

第一種解決方案，調整曲線超高，為滿足縱斷面要求，保證調整地段與兩端的縱斷面坡度維持原有狀態，采用下股標高不變，降低上股標高，具體方法如下：

①采用大型機械清篩落道，作業后恢復下股標高，降低上股標高35mm，調整超高至90mm（供電部門同步調整接觸網）。

②清篩后大機起整作業兩次，恢復正常（供電部門配合調整接觸網）。作業后該曲線允許速度仍為140km/h（架便梁地段限速45km/h）。

根據公式：Hc＝11.8×Vmax2/R-H

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式中：

Hc-未被平衡的欠超高

Vmax-線路允許速度

R-曲線半徑

H-實設超高

計算得Hc=103mm。

按《鐵路線路修理規則》第3.7.1條規定：未被平衡欠超高不應大于75mm，困難情況下不應大于90mm，但允許速度大于120km/h線路個別特殊情況下已設置的90（不含）～110mm的欠超高可暫時保留，但應逐步改造。因此滿足技術規定的要求。

經過現場詳細調查，該曲線全長1180m，需上下行各清篩1200m，各起整1600m（包括順坡），因此線路超高調整費用近50萬元（不包括接觸網調整費用），且該曲線段受電弓橫向調整最大值為50mm,經過計算知實際要求接觸網橫向調整值為151mm，所以受電弓還需進行更換。經過以上分析得出以下結論：

超高調整方案在技術上可行，但經濟投資巨大，且對既有線運營產生極大的干擾。

第二種解決方案，曲線超高維持原狀，對便梁進行加固或改造。經過與中鐵寶橋天元實業有限公司技術部門取得聯系，專家的指導意見：在外軌超高125mm的條件下使用D24型便梁中位架設，承載滿足要求，但便梁橫向剛度不足。

根據以上的調查與分析，決定在應力放散后列車限速45km/h條件下，采取軌面不調整，對便梁進行加固處理的方案（詳見圖3），即斜桿和定位角鋼均采用75×75×10mm的角鋼進行制作,并加工特殊桿件，相鄰鋼枕進行多點斜向聯接，增加便梁的橫向剛度及整體結構的穩定性。根據土質情況，便梁支墩采用C25砼條形基礎，基礎底部和支點承壓面處布置Φ12@200的鋼筋網片。支墩處預埋P60鋼軌樁進行D型24m主梁橫向限位。加強便梁定位檢查和軌控工作，并對鋼軌扣件做到1次/2h全面檢查，確?？奂挠行А⒎€固。

圖3 線路加固

2 加固方案實施的效果

采用此方案加固后，我們立即用應變式位移傳感器采集便梁的撓度、橫向振幅等數據，并對支墩沉降、位移進行了長期觀測。

在列車動力荷載作用下便梁產生的動撓度最高值為29.63mm,按《鐵路鋼橋設計規范》梁跨比為1/800，D24便梁跨中豎向位移容許值30mm，從撓度數據來看，已接近限值，但是規范中規定的設計值是考慮靜載作用時的情況，因此在動荷載作用下測得的該撓度值應是符合安全要求的。

從表1中可知列車通過時，便梁橫向振幅最大值為5.27mm,主要原因是未平衡超高比較大，與列車蛇形運動作用相疊加，對鋼軌橫向沖擊力較大。

便梁支墩共設置6個位移觀測點(2個／支墩)，從觀測結果看便梁支墩后期出現了較大的沉降和縱向位移，主要原因是頂進拉槽時立面高度大，條形支墩基底又未做加固處理，一排密布高壓旋噴樁被破除后，出現坡面土體在土壓力的作用下沿泥炭層滑動和基底泥炭層承載力不足而被壓縮，所以形成較大的沉降和位移。

根據線路加固后的觀測數據，便梁跨中的撓度接近限值，跨中橫向振幅稍偏大，但均在安全可控范圍內，采用此方案進行線路加固取得了較好的效果。

表1 數據采集表

3 結束語

在圓曲線地段，外軌超高小于125mm的工況下，可有條件的采用D24型便梁加固線路，既能有效的保證線路運營和頂進施工的安全，也能在最大程度上縮短慢行時間和壓縮工期，減少對鐵路運輸的干擾。在本案例中，未能重視條形支墩基底的處理，因而在框架頂進過程中支墩出現較大的沉降、位移，導致便梁支座經過多次墊高、加固處理，一定程度上給軌控工作帶來了安全隱患。因此，在條形支墩基底土體承載力滿足的情況下，還需探明是否存在如泥炭層等軟弱土層的工程斷面，對于軟弱層層頂標高位于框架基底之上的情況，基底應做高壓旋噴樁加固，樁長應穿透框架基底標高并留有足夠的加固深度。