頂進下穿鐵路框架橋理論與實際研究

陳龍宇

摘要：在既定下穿鐵路立交方案情況下，為不中斷較繁忙鐵路線運營，新建市政框架橋一般采用頂進法下穿既有普速鐵路。本文通過實際工程案例，研究分析頂進框架橋在設計與施工過程中的一些控制點，以及理論與實際的差異，旨在為此類橋涵的設計、施工等提供參考。

Abstract： Under the condition of the schemes of underpass railway interchange， in order not to interrupt the busier railway operation， the new municipal frame bridges are generally jacked under existing express railways. This paper studies and analyzes some control points in the design and construction of jacking frame bridges through actual engineering cases， as well as the differences between theory and practice to provide a reference for the design and construction of such bridges and culverts.

關鍵詞：框架橋;頂進下穿鐵路;控制點;設計與實際施工的差異

Key words： frame bridge;jacking under existing railways;control points;differences between designing and constructing

中圖分類號：U449? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）21-0145-02

1? 研究背景

新建市政道路需跨越運輸較繁忙的鐵路線時，根據《鐵路安全管理條例》，優先選擇下穿鐵路的方案[1]。

在既有線修建下穿框架，當路基穩定無下沉情況時，結合地質、地形、行車干擾、施工問題等進行方案比較后，可選擇頂進法施工[2]。“一次頂入法”對鐵路運輸干擾較小，頂進時間集中，慢行時間短，一般選擇此工法下穿既有線[3]。

因涉鐵項目的特殊性，鐵路運營不中斷，當采用一次頂進工法時，既有鐵路線間距會影響到下穿道路的整體方案;理論與實際的差異，會造成臨時措施的設計浪費;施工過程中一味追求便捷，不按設計方案加固線路，則會給鐵路運營帶來安全隱患。

2? D24型便梁超最低位架設

結合下穿道路規模，整體式框架方案（一次頂進線路加固范圍較大）相比分離式方案（加固范圍相對較小），前者具有能更好的控制頂進精度，減少行車干擾，降低不均勻沉降等優勢。

根據規范要求以及施工方案的成熟度，一般優先選用D型施工便梁加固線路。通過便梁租賃及多處現場使用情況統計發現，施工單位使用較頻繁的是D16型及D24型便梁。

2.1 便梁參數

常用D型施工便梁構造尺寸[4]如圖1所示。

D16、D24型便梁具體參數如表1、表2（直線復線區間）。

2.2 便梁型號選擇

考慮新建市政道路規模以及便梁支墩的位置及構造尺寸，采用D24型便梁更能保證線路安全性，D16型便梁適用于小規模市政框架（不超過2車道）或分離式框架頂進。

對于復線普速鐵路，區間正線常用線間距為4.2～5.0m，結合各型便梁對線間距的適用情況，對于線間距較小的既有線，以滬昆線某區間正線線間距4.2m為例，結合客貨共線鐵路建筑限界（建限-1），D24型便梁梁頂至軌面高度h為299mm，不滿足鐵路限界200mm要求，因此，常規架設方案存在使用的局限性。（圖2）

若采用D16型便梁加固既有線，則會限制頂進框架規模，繼而影響到下穿市政道路的整體線型乃至規模。

這種情況下，根據便梁原設計，可以考慮通過將便梁上牛腿S12更換為S3，將便梁梁頂至軌面高度h由299mm降至149mm，以滿足“建限-1”的200mm要求。（圖3、圖4）

3? 頂推力計算

頂力計算是修筑后背及配備頂鋪的重要依據，而后背又是進行頂進橋涵的重要基地。作為臨時性結構，過于堅固的后背勢必造成資源的浪費，因此，需要準確計算頂力。

3.1 理論頂力

按照規范要求，頂進橋涵的頂力根據頂進長度，土的性質，地下水情況橋涵外形及施工方法等因素確定。

切土頂進橋涵時，必須克服各方面的摩阻力及端刃角切土阻力，頂力的計算公式[3]為：

式中，N1為橋涵頂上荷載，E為側土壓力，μ3為側面摩阻系數，R為鋼刃角正面阻力，其余參數定義詳見規范。

3.2 實際頂力

但實際施工過程中，一般出現如下情形：①設計方案為切土頂進，但現場實施時，結合土層性質及切土頂進施工的困難度，施工方式常轉換為挖土頂進，邊挖邊頂。②為防止路基土及道碴掉落，一般會將下穿范圍內軌道下方清碴“掏空”，待頂進完成后再恢復。③挖土頂進過程中，邊墻外土體會被破壞，甚至變成“局部半拉槽”方式頂進。

最后，近似調整實際施加的頂力為：

式中，E′為調整后的側土壓力，R′A為調整后的鋼刃角正面阻力（可能為0）。通過調整后的頂力公式可以看出，決定頂力值諸多因素中，框架自重是主要因素。

在保證施工安全的前提下，結合實際頂力計算，可減少臨時性結構的投入。

4? 便梁支墩穩定性

頂進過程中，在不中斷鐵路運營的情況下，列車豎向活載將對結構產生水平推力[2]。水平推力大小為：

因此，線路加固過程時，在頂進處線路大小里程端一般會設置拖梁，并在頂進前掏空拖梁下方道碴，進行卸載，如圖5所示。

但現場施工過程中，多次發現不拖梁或者設置有托梁，但在頂進前卻不挖空托梁下方道碴的情況，使得卸載沒有發揮作用。致使頂進時，便梁支墩承受較大的水平推力，對支墩穩定性造成影響，存在較大安全隱患，特別是如此重要的生命線工程[5]。因此，設計時應結合頂進框架高度，對便梁支墩穩定性進行校核計算，特別是采用拉槽頂進方案時更應該如此。

5? 結論

①通過調整D24型便梁構件，采用超最低位架設，可滿足線間距小于4.5m情況下的鐵路限界要求，不需調整下穿框架規模。②實際施工方案與理論設計的差異，會使一些大型臨時結構造成較大的資源浪費。③在沒理解設計目的情況下，如托梁卻不清空下方道碴，使得列車荷載仍然較大部分的傳遞給下方路基，將極大的影響到便梁支墩的穩定性。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國務院.鐵路安全管理條例[S].國務院令第639號，2013.

[2]國家鐵路局.鐵路橋涵設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2017.

[3]國家鐵路局.鐵路橋涵混凝土結構設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2017.

[4]中鐵山橋集團鐵路器材制造有限公司.D型施工便梁使用說明書[M].秦皇島，2011.

[5]宋桂杰.框架橋頂進過程安全性研究[D].北京：北京工業大學，2014.