既有鐵路框構橋頂進施工無縫線路設計方案研究★

張 翔

(中鐵第六勘察設計院集團有限公司線路站場設計院，天津 300308)

1 工程概況

1.1 無縫線路概況

為達到既有鐵路提速要求，越來越多的平交道口需進行立交改造。為保證運營線上不中斷行車，通常采用框構橋頂進施工。鋪設無縫線路是對鐵路軌道結構的一項重要技術革新，是現(xiàn)代鐵路為實現(xiàn)高速、重載運輸而采取的最佳軌道結構，已經(jīng)得到世界各國重視和推廣應用。鋪設無縫線路可以最大限度的減少鋼軌接頭，降低列車對軌道結構的沖擊和振動作用，全面提高線路的平順性和整體強度，增強行車安全性和旅客舒適度，減少軌道部件損耗和養(yǎng)護維修工作量，降低維修費用，改善振動和噪聲對環(huán)境的影響[1]。標準無孔鋼軌焊接成長軌條的線路，被稱作無縫線路[2-3]。無縫線路分為區(qū)間無縫線路及跨區(qū)間無縫線路。無縫線路一般在工廠焊接成100 m或500 m的長鋼軌，運輸至工地后將長軌焊接成1 000 m～2 000 m的單元軌節(jié)，區(qū)間無縫線路在車站兩側岔區(qū)設2根～4根25 m的標準鋼軌作為緩沖區(qū)，以保證溫度變化產(chǎn)生的應力及施工期間應力集中產(chǎn)生的應力得以釋放，從而保證無縫線路不脹軌、不脫軌，以保證行車安全[4]。采用框構橋頂進施工對既有無縫線路不可避免會產(chǎn)生影響，因此對框構橋頂進施工過程中無縫線路設計方案的研究十分必要。

1.2 工點概況

選取東北地區(qū)、華北地區(qū)及華南地區(qū)3個不同地理區(qū)域的典型工點，對既有鐵路框構橋頂進施工過程對無縫線路的影響進行了闡述，分析總結框構施工對既有無縫線路造成危害性，選取工點如下：北黑鐵路K80+532框構橋工程、津薊鐵路K120+532框構橋工程、焦柳鐵路K1355+263框構橋工程，工點最大軌溫差范圍為60 ℃～100 ℃，涵蓋各種無縫線路技術條件，極具代表性。工點具體參數(shù)如表1所示。

表1 工點參數(shù)表 ℃

2 框構橋頂進施工工藝及對既有無縫線路影響

2.1 框構橋頂進施工工藝

框構橋頂進施工需先在鐵路兩側挖好基坑，在鐵路一側基坑中預制好框構橋，利用千斤頂受壓產(chǎn)生垂直于鐵路的橫向力，使框構橋垂直于鐵路方向在鐵路底下行進[5]。框構橋推進一次，千斤頂回位一次，循環(huán)數(shù)次后框構橋完全置于鐵路下的設計位置，頂進完成[6]。頂進期間不中斷既有鐵路行車[7]。

2.2 框構橋頂進施工隊既有無縫線路影響

千斤頂頂進框構橋過程中，會產(chǎn)生垂直于鐵路方向的橫向力，橫向力對既有無縫線路造成單點的應力集中，存在脹軌及脫軌的安全隱患[8]。無縫線路的穩(wěn)定性受道床橫向阻力、溫度力及軌道原始不平順的影響，框構頂進過程中不可避免會對無縫線路產(chǎn)生影響。在以往的工程實踐中，框構橋頂進過程中往往忽略對無縫線路進行處理，不間斷鐵路行車情況下，存在嚴重的安全隱患，甚至危及到旅客人身安全[9]。

3 無縫線路設計方案

為防止鐵路出現(xiàn)脹軌及脫軌危險，一般先進行應力放散，鋸斷長軌，換鋪短軌再加固線路；或先鎖定兩側線路，直接鋸軌打孔再加固線路。其目的都是為了降低或消除鋼軌內的溫度力。針對北黑鐵路K80+532、津薊鐵路K120+532、焦柳鐵路K1355+263三個框構橋工程的實踐經(jīng)驗，結合當?shù)仞B(yǎng)護維修部門意見，在不中斷鐵路運行的情況下，為解決應力集中問題，對框構橋頂進施工工點研究了換鋪周轉軌方案(方案Ⅰ)、直接鋸軌打孔連接方案(方案Ⅱ)、放散鎖定方案(方案Ⅲ)三個方案。

3.1 方案概述

換鋪周轉軌方案(方案Ⅰ)：在頂進框構橋上方，對1 500 m單元軌節(jié)進行放散，鋸除既有框構橋頂進施工工點上方75 m長鋼軌,換成3根25 m標準有孔軌，對兩側1 425 m長鋼軌再次進行鎖定，待框構橋頂進施工結束后，將3根25 m標準有孔軌換鋪成長鋼軌并進行焊接，對整個1 500 m單元軌節(jié)再次進行放散鎖定。

直接鋸軌打孔連接方案(方案Ⅱ)：在頂進框構橋上方，對1 500 m單元軌節(jié)進行放散，對框構橋頂進施工工點上方75 m長鋼軌進行鋸軌、打孔，并補充螺栓魚尾板進行連接，待框構橋頂進施工結束后，鋸掉打孔部分長鋼軌，并補充無孔軌進行焊接，之后對整個1 500 m單元軌節(jié)再次進行放散鎖定。

放散鎖定方案(方案Ⅲ)：利用天窗時間施工，在頂進框構橋上方，對施工范圍前后共75 m進行放散，天窗時間后對75 m范圍進行鎖定，以便于鐵路正常運營。待框構橋頂進施工結束后，對整個1 500 m單元軌節(jié)再次進行放散鎖定。該方案僅能在天窗時間進行施工，需要多個天窗時間方可完成施工，工期最長。

換鋪周轉軌方案及直接鋸軌打孔連接方案示意圖如圖1所示。

3.2 方案比選分析

各方案主要工程數(shù)量及投資比較見表2。

表2 工程經(jīng)濟比較表

由表2可知放散鎖定方案(方案Ⅲ)投資最少，直接鋸軌打孔連接方案(方案Ⅱ)投資適中，換鋪周轉軌方案(方案Ⅰ)投資最高，但投資相差均不大。

各方案優(yōu)缺點分析見表3。

表3 方案優(yōu)缺點綜合評價表

3.3 方案比選推薦意見

經(jīng)分析，放散鎖定方案(方案Ⅲ)雖投資最少，但施工工期不可控，需多個天窗點進行施工，且不能解決應力集中問題，存在安全隱患，予以舍棄。換鋪周轉軌方案(方案Ⅰ)雖投資最高，但僅比直接鋸軌打孔連接方案(方案Ⅱ)高13萬元，差別不大，且存在現(xiàn)場接觸焊接點少，無縫線路使用壽命長，便于養(yǎng)護維修等優(yōu)點，故選擇換鋪周轉軌方案(方案Ⅰ)為推薦方案[10-12]。

4 結語

1)目前，框構橋頂進工程對無縫線路處理仍沒有統(tǒng)一的方式方法，且往往被忽視，存在嚴重的安全隱患，值得進一步研究。2)采用換鋪周轉軌方案(方案Ⅰ)可將換鋪地段視為無縫線路的緩沖區(qū)，很好的解決了無縫線路應力集中問題，施工時間充足，施工期間能夠保證行車安全。3)采用換鋪周轉軌方案(方案Ⅰ)在解決行車安全隱患的同時，能夠使現(xiàn)場接觸焊焊點最少，減少無縫線路運營病害，增加其使用壽命。