淝大河鐵路橋下沉治理架空體系施工方案數值模擬研究

雷小磊 焦永超 胡水木

摘要：淝大河鐵路橋位于淮南市張集礦區的北側，原橋梁為鋼筋混凝土框架結構.受張集礦工作面采動的影響，淝大河鐵路橋出現了下沉，現已經進行了一次橋體的加寬、地基和局部結構加固、在橋面堆積一定高度的矸石等處理.為確保淝大河鐵路橋的運營安全，受施工方委托，我單位對擬采用的架空體系施工的治理方案進行了數值模擬，根據分析結果，給出了客觀的治理方案改善建議，為項目的施工提供了堅強的理論保證.

關鍵詞：鐵路橋;架空體系;數值模擬

中圖分類號：U448.13? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）06-0090-04

1 工程概況

淝大河鐵路橋位于淮南市張集礦區的北側，原橋梁為鋼筋混凝土框架結構，尺寸為14m×20m×8m，框架結構4m×3m，2001年投入使用.受張集礦工作面采動的影響，淝大河鐵路橋將大量下沉.經過對下沉預測的研究論證，2008年，該橋已進行了一次橋體的兩邊加寬各5m、地基和局部結構加固、在橋面堆積高度約4.7m的矸石等處理[1].過對張集礦工作面開采沉陷的預計，該橋在第一次加固處理后的5-7年仍將發生沉陷過程，預計最大下沉量約0.8m-3m.基于上述預計，制定了本次治理方案，方案擬采用整體增高的增加新箱體架空體系施工設計方法進行治理，確保鐵路運營安全.

2 橋梁下沉治理架空體系施工方案

2.1 加高橋梁施工方案

經過方案優化設計，對原有橋梁的上部進行擋碴墻的施工，箱體的施工流程為：由兩側到中間箱體[2].

2.1.1 擋碴墻工程

鐵路路堤兩側施工高度為4.66m的錨桿式擋墻，作為運矸通道的支護擋墻.擋墻內邊距離軌道中心線分別為6.5m和4.9m，擋墻由20a槽鋼作為立柱，其間距為1m，沿立柱高度方向每隔1m設置橫梁，采用12.6槽鋼作為橫梁.立柱柱腳通過化學錨栓固定于橋面之上.立柱之間鋪裝4mm厚花紋鋼板作為擋墻圍護結構.自上而下，施工4道注漿錨桿，最終形成錨桿式擋墻支護結構.最上方設置一道拉筋，直徑28mm，長度為11.4m，東側擋墻最底部1道錨桿長度1m，直徑25mm，其余錨桿長度均為2.5m，直徑25mm;西側擋墻最底部錨桿長度1m，直徑25mm，其余錨桿長度均為4.1m，直徑25mm.桿材采用直徑25mm的HRB400帶肋鋼筋.錨桿孔直徑為75mm，灌漿材料選用M35的水泥砂漿，錨桿設計抗拉力為100kN，錨固時對錨桿施加50kN的預應力.

施工時，先沿現有路肩邊緣，向下鉆孔，插入立柱槽鋼，然后開挖擋墻外側邊坡，挖至錨桿設計深度時，即進行錨桿鉆孔、注漿錨桿安裝作業，并施加預緊力.待擋墻兩側矸石全部挖除時，在立柱底端安裝柱腳，通過在橋面施工化學錨栓的方式，將立柱柱腳固定于橋面.

2.1.2 兩側新箱體工程

待錨桿式擋墻施工完成后，即兩側箱體上方矸石全部清理完成后，在原兩側框架上方，再新建一層框架，高度為4.5m，跨度6.96m，頂底板厚度640mm，側墻厚度680mm.新建框架底板與原框架相連.為防止采動過程中上下框架發生滑移，在上下框架之間設置抗剪鍵.

2.1.3 中間新箱體工程

待兩側箱體施工完成，第一次下沉結束后，兩側箱體頂面與軌面高差約1m左右，具備了中間箱體施工條件.采用軍用梁支撐結構體系，將鐵路軌道架起，在兩側箱體上架設枕木垛，然后再橫向布置工字鋼橫梁，將軌道采用扣軌方式固定于橫梁之上.臨時軌道支撐結構如圖2所示.清除中間錨桿式擋墻及中間填料，在原有橋面之上施工2×3個高度4.5m，跨度6.96m，寬度分別為4m和5m的鋼筋混凝土框架箱體.側墻與頂底板厚度與兩側新建加高箱體一致.

2.2 架空體系及施工方案

中間箱體線路加固“3-5-3”扣軌加縱橫梁加固法簡稱“3-5-3”扣軌加縱橫梁加固法.即中間箱體施工完畢線路恢復后，恢復原有護輪軌，將原有護輪軌拆除后進行扣軌施工，枕木撤換為木枕，中間箱體線路外側采用兩組“二扣一”，中間箱體線路內側采用一組“三扣二”的組合加固方式.

根據設計方案，當加高橋梁的箱體施工完成，達到設計起道高度后，采用“3-5-3”扣軌加縱橫梁加固法進行線路加固和架空線路，拆除擋碴墻等施工程序.[3]

“3-5-3”扣軌加縱橫梁加固施工：將木枕的間距由現有0.6m減小0.1mm，調整為0.5m，扣軌采用P50鋼軌，單根長度12.5m，線路外側、內側進行組合，扣軌、線路外側、內側與木枕相連，采用Ф25的“U”型螺栓和80×8扁鐵將軌束夾緊處理;橫梁采用I63鋪設，共計41根，均勻布置在縱梁上，單根長度18m（三段進行拴接），間距0.5m;縱梁采用I45鋪設，共計2根，均勻布置在線路兩側.采用Ф25的“U”型螺栓和鋼扣板將縱梁、橫梁和扣軌結構聯為一個整體，縱梁下設枕木垛支撐.線路加固平面圖如圖3所示.

3 架空體系施工方案數值模擬分析

3.1 數值模擬分析基本假定

4 結束語

根據淝大河鐵路橋下沉治理架空體系施工方案，結合有限元軟件ANSYS的特點，我們在計算中做出的模型和受力模擬假設，經過數值分析，設計方案中縱梁的強度和撓度滿足施工需要，橫梁的強度和撓度均能滿足施工需要，數值模擬分析，為橋梁下沉治理架空體系的施工提供了堅實的理論保證，確保了淝大河鐵路橋的運營安全.

參考文獻：

〔1〕張春生，劉鵬.橋梁加固技術綜述[J].價值工程，2015（24）：239-240，241.

〔2〕楊建增，于春生.飽和松散地層沉陷區路橋工程治理關鍵技術[J].煤礦安全，2013（5）：108-110.

〔3〕徐剛年，王有志，王世民，王來永.東明黃河公路大橋主梁加固關鍵施工技術[J].橋梁建設，2017（5）：101-106.

〔4〕祁輝，朱宏偉，李廷剛，馬偉斌.哈爾濱地鐵哈農區間下穿鐵路橋施工過程模擬分析[J].鐵道建筑，2012（3）：27-29.

〔5〕牛洪剛.城市公路橋梁抗傾覆驗算與加固改造的設計方案研究[J].公路工程，2018（2）：129-133，269.