淺談既有鐵路底部箱涵頂進技術的應用

文/邢毅　玉門油田分公司規劃設計院　甘肅酒泉　735019

淺談既有鐵路底部箱涵頂進技術的應用

文/邢毅玉門油田分公司規劃設計院甘肅酒泉735019

論文首先概述了既有鐵路底部箱涵頂進技術的形成和定義，最后重點探討了既有鐵路底部箱涵頂進技術實際應用中箱涵的設計、施工工藝及注意事項。

鐵路；箱涵；頂進；地下工程

近些年，工業與民用的各種地下車間、電站、礦井、儲藏庫、人防與市政（城市下水道、電纜隧道）等地下工程發展迅速。部分工程選址不可避免的與既有鐵路重合。怎樣在盡可能保障既有鐵路正常運行及軌底土層不被破壞的同時，又能順利完成地下工程的項目建設，越來越引起業內工程設計及施工人員的關注。既有鐵路底部箱涵頂進技術無疑針對以上難點提供了一個新的思路。論文重點探討了與既有鐵路底部箱涵頂進技術相關的設計和施工工藝特點。

1、既有鐵路底部箱涵頂進技術簡介：

既有鐵路底部箱涵頂進技術（jacked in bridge or culvert for existing railway）是指鋼筋混凝土箱涵穿越既有鐵路底部基礎的一種先進施工工藝。也叫箱涵頂進法。

2、穿越既有鐵路箱涵設計思路：

穿越既有鐵路箱涵一般為單孔或多孔箱形鋼筋混凝土框架結構（有時也叫框架橋）。當跨度較小時（一般小于6m）可采用單孔箱形鋼筋混凝土框架結構，當結構跨度較大或由于使用和工藝要求是可采用多孔箱形鋼筋混凝土框架結構。為改善通風條件和節約材料，中間隔墻還可開設孔洞或用梁、柱代替。

2.1荷載計算：

2.1.1頂板壓力：

覆土壓力：

水壓力：

頂板自重：

荷載計算簡圖

地面超載q超（kN/m2）

頂板上所受荷載為：

2.1.2地板上的荷載：

式中∑p為結構頂板以下，底板以上的兩邊墻及中間柱等重量

2.1.3側墻上的荷載：

土的側向壓力：

側向水壓力：

作用于側墻上的荷載為：

2.2內力計算：

2.2.1計算簡圖：

穿越既有鐵路箱涵一般縱向很長，橫向較短，結構所受的荷載沿縱向的大小近于不變，因此，當不考慮結構縱向不均勻變形時，結構可看作平面變形問題。計算時可沿縱向截取單位長度（例如1m長）的截條當作閉合箱形框架計算。為簡便起見，桿件認為等截面（不考慮支托的影響）。

2.2.2截面選擇：

由結構力學可知，計算超靜定結構的內力，必須事先知道各桿件截面的尺寸，至少也要知道各桿件截面慣性矩的比值，否則無法進行內力計算。但是確定截面尺寸，只有知道內力之后才能進行，這一矛盾的產生，是由桿件系統結構力學理論本身帶來的。克服這一矛盾的方法是：在進行內力計算之前，通常先根據以往的經驗或近似計算方法設定各個桿件的截面尺寸，經內力計算后，再來驗算所設界面是否合適。否則，重復上述過程，直至所設截面合適為止。

2.2.3計算方法：

當不考慮線位移影響時，可按簡化計算模型以力矩分配法進行手算。而靜荷載作用下地層中的閉合箱形框架一般按彈性地基上的框架進行計算，彈性地基可按溫克爾地基考慮，也可將地基視作彈性半無限平面。

框架的內力分析與一般平面框架的區別即在于底板承受未知的地基彈性反力而使內力分析變為復雜。

彈性地基 上平面框架的內力計算仍可采用結構力學中的力法，只是需要將地板按彈性地基梁來考慮。圖1所示為一平面閉合框架，承受均布荷載q，用力法計算內力時，可將橫梁在中央切開，如圖2所示，并得出典型方程為：

系數是指在多余力χ j 作用下，沿χ i 方向的位移，△1P是指在外荷載作用下沿χi 方向的位移，按下式計算：

將所求到的系數及自由項代入典型方程，解出未知力 ，并進而繪出內力圖。

3、箱涵頂進法的施工工藝及技

術特點：

箱涵頂進法由于箱涵穿越鐵路的具體情況（如斷面與長度、最大頂力、地質情況、施工技術與地形條件等）不同，采取的施工方法也不一樣，具體分為一般頂入法、中繼間法、頂拉法、對頂法、對拉法、斜交箱橋頂進、頂進框架和換梁結合法、開槽頂入法、氣墊法、液墊法、厚覆土下頂進法等施工方法，下面對常用的一般頂入法及中繼間法予以重點說明。

3.1一般頂入法：

箱涵頂進法最常用的方法。可分為一次頂入法和分次頂入法兩種。凡在鐵路一側的工作坑內，將在滑板上預制的單孔或多孔整體鋼筋混凝土箱涵借助事先修筑的后背，利用千斤頂一次頂入，隨頂隨挖土直至就位稱為一次頂入法。

此法優點是對鐵路運輸干擾較小，頂進時間集中，要求列車慢行的時間短。對多孔單獨分別灌筑的鋼筋混凝土箱涵則應分別逐孔頂入，一般避免同時頂進（因對線路加固不利），各孔間應相錯一定距離，這種方法稱分次頂入法。

3.2中繼間法：

穿越股道多，箱橋長，縱向配筋要求過多，頂力較大，后背設備增多，此時宜將箱橋分成數段，在節間設置中繼間，將箱橋接力頂進。中繼間法是我國大型箱橋頂進施工中最常用的一種方法。預制箱橋可布置成并列式或串聯式，并列式是將箱橋第一節頂入路基后，再將第二節橫移過來，安裝第一個中繼間，當第二節頂入后，再橫移第三節。橫移可采用滑道滾移、卷揚機牽引或千斤頂頂移。串聯式將數個中繼間一次安裝完成，連續頂進，但后背距鐵路較遠，需要頂柱多。并列式需中途停止頂進，橫移工作費事。

中繼間法的特點是前節利用后節作后背，后背設備較少。為了避免節間產生“錯牙”現象，接口處需作特殊處理，如設置剪刀楔、鋼搭樺、傳力鋼筋等。

4、箱涵頂進法的施工注意事項：

4.1頂涵施工用的千斤頂、油泵等設備進工地前，應進行壓力試驗，確認合格方可使用。

4.2工地應設專人對線路進行防護及維修，還應設置值班電話。

4.3在頂進過程中，每頂進一次或每次列車通過后，應對線路進行檢修。如發現線路異常，整修后方可放行列車。

4.4采用扣軌梁加固線路時，軌束兩端應加軌卡，道心內的軌束兩端應加木梭頭。橫梁的規格必須滿足土方開挖坡度的需要。

結語：

既有鐵路底部箱涵頂進技術為地下工程項目建設提出了一種新的設計思路。它的優勢在于施工期間對鐵路運輸干擾較小，頂進時間集中，要求列車慢行的時間短，較好的解決了地下工程選址與既有鐵路線路重合的矛盾，避免了因線路重合而重新選址或繞行所帶來的經濟損失。

［1］鐵路橋涵設計基本規范--TB-10002.1-2005.

［2］鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范--TB 10002.3-2005.

［3］鐵路橋涵地基和基礎設計規范--TB 10002.5-2005.