干線鐵路道岔架空方案實踐

胡黎兵（中鐵十一局集團二公司，湖北　十堰　442013）

干線鐵路道岔架空方案實踐

胡黎兵
（中鐵十一局集團二公司，湖北十堰442013）

結(jié)合廣西壯族自治區(qū)貴港市解放路下穿黎湛鐵路工程施工實踐，對干線鐵路道岔采用D型鋼便梁架空加固的方案進行分析和研究。

干線鐵路；道岔；架空；方案

0　引言

近年來，城市道路和地下空間的利用越來越多，施工中逐步出現(xiàn)了需要既有干線鐵路道岔進行臨時架空的情況。因此如何安全、快捷、高效的對干線鐵路道岔進行架空加固非常值得進行研究和實踐。本文結(jié)合廣西壯族自治區(qū)貴港市解放路下穿黎湛鐵路工程施工實踐，對干線鐵路道岔架空方案進行分析和研究。

1　工程概況

擬建解放路框架橋位于廣西壯族自治區(qū)貴港市貴港火車站旁，下穿國家鐵路干線——黎湛鐵路貴港站西咽喉，框架橋下穿鐵路部分跨徑為9m+2×12.5m+9m?？蚣軜蛟O(shè)計受兩端引路及站場條件限制無法避開所有道岔，施工前必須先對169號道岔進行架空加固。

2　總體架空加固方案的確定

通常開挖既有鐵路路基前對線路進行架空加固主要采用扣軌梁、工字鋼梁或D型施工便梁。其中扣軌梁由于受線路等級、限速條件及跨度和行車條件的限制，目前已經(jīng)很少使用，僅在一些等級較低的專用線小跨度加固中使用；工字鋼梁架空也由于受跨度限制、扣配件多、加固施工速度慢、線路橫向加固效果差等制約，目前在電氣化無縫線路上也逐步被淘汰；因此目前在干線鐵路上線路架空一般均采用D12、D16、D20、D24標準D型鋼便梁。但標準的D型鋼便梁受鐵路限界、荷載等影響只能對單條線路進行架空加固，不能滿足道岔架空加固要求。

由于擬建框架橋跨徑較大，且施工地段既有線路為無縫線路，為確保施工安全，同時又能滿足行車要求、確保施工進度，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，經(jīng)綜合分析，確定采用特種D型鋼便梁對道岔進行架空加固。該特種便梁是在標準D型鋼便梁的基礎(chǔ)上進行加強設(shè)計而來。

2.1便梁主要尺寸確定

結(jié)合標準D型鋼便梁的跨度模數(shù)，為使便梁達到通用目的，根據(jù)工程實際和現(xiàn)場條件，施工便梁分三段架設(shè)進行設(shè)計，跨度分別為20.1m，16m和20.1m（可兼做標準16m和20mD型鋼便梁使用）。主梁中心距按照滿足鐵路建筑限界要求設(shè)計為4.90m～8.99m不等。橫梁位置按照現(xiàn)場調(diào)查的岔枕位置每根岔枕間隔內(nèi)設(shè)置一根，并根據(jù)每根橫梁與主梁的對應位置計算橫梁長度為4.90m～8.99m不等。

主梁在D24米標準D型鋼便梁基礎(chǔ)上進行加強設(shè)計，仍采用雙層腹板（D型）結(jié)構(gòu)，但腹板厚度加厚至10mm，三段主梁梁高分別為1.3m、1.2m、1.3m，三段主梁上下翼緣厚度分別加厚至40mm、40mm、60mm。橫梁一端通過加勁肋與主梁腹板相連接，另一端連接在主梁下翼緣底部。在主梁下翼緣板對應橫梁位置設(shè)置螺栓連接孔。

橫梁由于跨度不同，需單獨設(shè)計。三段橫梁下翼緣寬度300mm，上翼緣寬度240mm，高度分別為500mm、550mm、600mm，腹板厚度10mm，上下翼緣厚度20mm。

各部位具體尺寸設(shè)計如圖1所示。

2.2材料及計算參數(shù)

檢算活載采用中—活載。

列車運行限速45km/h，按照《鐵路橋梁搶修（建）技術(shù)規(guī)程》，列車沖擊系數(shù)?。?/p>

3　便梁結(jié)構(gòu)檢算

3.1建立空間計算模型

采用通用有限元軟件，建立三段施工便梁有限元模型，分析中—活載作用下的豎向應力和變形。便梁建模時進行簡化處理，僅考慮主梁、橫梁，采用梁單元建模。

對主梁中的主橫梁連接處，采用彈性連接中的剛性連接處理。對支座邊界條件，采用只受壓點支撐。軌道中心距主梁中心2.1m，采用彈性連接中的剛性連接聯(lián)結(jié)到相應鋼軌處。利用軟件ANSYS，分別建立三段梁有限元模型，主梁和橫梁采用BEAM188梁單元模擬。

3.2主梁和橫梁分段受力檢算

根據(jù)簡支狀態(tài)下第一段便梁在自重+中—活載（含沖擊系數(shù)）作用下主梁等效應力云圖和剪力分布圖（圖2），最大等效應力為163MPa出現(xiàn)在主梁下翼緣；主梁最大剪力為1000kN。計算得到主梁截面最大剪應力為43.2MPa。

根據(jù)第一段20.1m便梁在中—活載（不含沖擊系數(shù)）作用下的位移變形圖。最大位移0.035m，出現(xiàn)在主梁中段，豎向靜活載撓跨比1/574。

第一段橫梁腹板高500mm。按照最大主梁中心距6.157m建立橫梁有限元模型，梁端簡支約束，線路中心距梁一端2.1m，施加2×11t節(jié)點荷載（含沖擊系數(shù)），計算得到橫梁最大等效應力為121MPa。橫梁最大剪力為182.5kN。計算得到橫梁截面最大剪應力為40.3MPa：

根據(jù)確定的第二、三段主橫梁尺寸。按照最大主梁中心距7.33m 和8.99m分別建立有限元模型進行計算，得出第二、三段主梁最大等效應力、最大剪應力、豎向靜活載撓跨比和橫梁最大等效應力、最大剪應力值，并將三段梁的主橫梁檢算數(shù)據(jù)統(tǒng)計列表如表1。

根據(jù)計算，主橫梁應力儲備充足，變形在《鐵路橋梁搶修（建）技術(shù)規(guī)程（試行）》允許范圍內(nèi)，滿足限速45Km/h行車要求。

表1

3.3螺栓連接檢算

每根橫梁一端與主梁下翼緣用4顆M30高強度螺栓連接，最長橫梁上輪軌豎向力偏載系數(shù)0.765，考慮安全系數(shù)1.4，4顆高強度螺栓所承受最大拉力：

N=1.4×1.28×0.765×22t×9.8×1000=295.6kN

4顆高強度螺栓抗拉承載力設(shè)計值，其中P為單顆螺栓設(shè)計預拉力，依據(jù)《鐵路橋梁搶修（建）技術(shù)規(guī)程（試行）》，M30高強度螺栓設(shè)計預拉力360kN：

其中4顆高強度螺栓計算所承受最大拉力遠小于其抗拉承載力設(shè)計值，設(shè)計偏于安全。

3.4檢算結(jié)論

通過以上檢算，按既定設(shè)計參數(shù)，在限速45Km/h行車和中—活載作用下鋼便梁及連接件的強度、剛度、變形均滿足規(guī)范要求。

4　方案實施過程中的幾點注意事項

（1）道岔架空D型便梁的主梁不宜按低位設(shè)置，且每孔梁的兩片主梁至少有一片按高位梁設(shè)置。由于道岔架空D型鋼便梁在標準便梁的基礎(chǔ)上進行了加強設(shè)計，主梁和橫梁的結(jié)構(gòu)高度均比標準梁大。如果主梁按低位梁設(shè)置，則主梁的梁底面將低于軌面至少1.8米，這樣在主梁安裝前開挖既有鐵路路肩的工作量非常大，且影響線路穩(wěn)定。另外由于道岔鋼便梁的架設(shè)工作量較大，一般一孔梁要3至5個天窗點才能施工完成，需分步實施。通常先安裝兩片主梁，然后利用2至4個點分段安裝橫梁，每個點安裝的橫梁需立即加固并恢復線路行車。因此必須有一片主梁按高位梁設(shè)置，以便于每根橫梁就位后能及時與主梁連接牢固。

（2）橫梁位置以盡量避開岔枕位置為原則。由于道岔岔枕位置相對固定，不能像普通線路軌枕一樣可以順線路方向進行調(diào)整。因此在橫梁設(shè)計前必須對需要加固的道岔岔枕實際位置進行詳細調(diào)查，避免橫梁與岔枕沖突，以減少加固過程中拆除岔枕數(shù)量，確保線路穩(wěn)定。

（3）道岔岔心鋼軌截面與普通鋼軌不同，岔心前后一定范圍內(nèi)直曲股兩鋼軌間距離較小，因此橫梁與鋼軌的連接扣件需單獨加工并做加強處理，已達到有效聯(lián)接目的。

（4）通常情況下岔后曲股與直股線路軌頂標高不一致，設(shè)計時橫梁標高應按較低一股鋼軌標高控制，并水平設(shè)置，其他股鋼軌標高通過在扣件與橫梁間加墊墊板進行調(diào)整。

5　結(jié)論

本工程的成功實踐，證明采用經(jīng)過加強設(shè)計的D型鋼便梁對干線鐵路道岔進行架空加固是一種更加安全、更加便捷高效的施工方案。施工中通過采用一些特殊設(shè)計解決了一些特殊部位的加固問題；另外通過設(shè)計檢算和工程實踐也證明了本方案的可靠性和可操作性，可以為今后同類工程施工提供借鑒依據(jù)。

［1］鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊站場及樞紐［S］.中國鐵道出版社，2006.

［2］鐵路技術(shù)管理規(guī)程［S］.中國鐵道出版社，2007.

［3］鐵路工務技術(shù)手冊［S］.中國鐵道出版社，2008.

［4］常用道岔主要參數(shù)手冊［S］.中國鐵道出版社，2008.

［5］鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范［S］.TB 10002.1-2005.

［6］鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.TB 10002.1-2005.

［7］鐵路橋梁搶修（建）技術(shù)規(guī)程（試行）［S］.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.116