頂進多孔框構橋鐵路線路架空加固方案設計

黃永輝

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司鄭州分院,河南 鄭州 450000）

引言

目前我國鐵路網絡縱橫交錯,特別是中原地區,在公路、市政公路新建或改建過程中,不可避免的與鐵路交叉,根據《鐵路安全管理條例》要求,應優先選擇下穿鐵路方式通過鐵路,為了不影響鐵路正常運輸,一般采用架空頂進法施工,多個框構橋或者大跨徑多孔框構橋下穿鐵路時,鐵路線路架空加固方案尤為重要,本研究以工程實例論述多孔框構橋與鐵路交叉時鐵路線路架空加固方案的研究與擬定。

1 工程概況

該工程為S317 線鄭州境新鄭機場至新密段改建工程機場高速互通立交與京廣鐵路交叉工程,由于京廣鐵路距離機場高速較近,鐵路處于S317 與機場高速之間的互通立交內,如何在不影響鐵路運輸安全的前提下,布置合理的方案是本項目的一個重難點。

綜合考慮線路走向、鐵路狀況、地形、地物、地質和施工等條件,S317 線鄭州境新鄭機場至新密段改建工程機場互通R、L、M、P 匝道采用框架橋形式下穿京廣鐵路[1]；根據現場情況及各匝道與鐵路交叉情況,鐵路東側不具備頂進施工條件,頂進工作坑需設置在鐵路西側,具體方案布置如下：

立交橋采用（14 m+18.7 m+10 m+（17.0+5.5+16.0））m 框構橋結構。框構橋中心線與京廣鐵路下行線交角90°,交叉點處鐵路下行線里程：K703+531.150；框構橋斜交正做,框架橋順鐵路路基方向長度為97.45 m,垂直鐵路長度為25.0 m,頂板頂距離鐵路軌底最小距離1.20 m,線路中心線距離框架橋邊緣的最小距離6.722 m。為適應道路平面布置,R、L和M、P 匝道框架之間的凈距分別為20 cm,30 cm 和45.5 cm,框架頂進就位后采用C15 混凝土填縫。其中1～10 m框構橋為避免短路基段及兩側框構橋之間出現軟硬不均而設置。擬建框構橋結構斷面見圖1、圖2。

圖1 框構橋平面布置圖

圖2 框構橋立面圖

2 鐵路現狀

橋址處京廣鐵路為雙線電氣化鐵路,由西向東依次為京廣鐵路上行線、京廣鐵路下行線,上、下行線間距10.3～12.1 m,鋼筋混凝土軌枕,兩線鋼軌型號均為60 kg/m。穿越處鐵路平面位于曲線段,曲線中心里程為K703+500 ,曲線長1 218.68 m,緩和曲線長140 m,曲線半徑為1 900 m,超高11 cm。鐵路縱坡向廣州方向為下坡,最大縱坡為5.4‰,路基高度約為0.6 m。

鐵路西側為農田,地勢較為平坦,鐵路東側有既有邊溝,邊溝為鐵路取土坑,緊鄰既有謝新線及機場高速出口立交。

3 線路架空方案

為保證鐵路運營,項目實施時需對鐵路線路進行架空加固,框構橋采用頂進法施工。本項目框構橋總寬度97.45 m,其中連體框構橋總寬度48 m,且鐵路線路處于曲線段,D 型便梁加固法不適于本項目,考慮采用縱橫梁加固法對鐵路線路進行架空加固,架空系統布置圖見圖3。

圖3 縱橫梁架空加固平面示意圖

本次線路架空加固采用一次架空,分次頂進,線路架空順鐵路方向按照43 m+40 m+48 m 布置,架空期間鐵路限速45 km/h。

3.1 線路架空加固采用縱橫梁加固法

普通橫梁為I45 號工字鋼,間距0.6 m,作為縱梁支點的橫梁組由5 根I45 號的工字鋼組成。普通橫梁和橫梁組從鐵路軌底穿過,橫梁與鋼軌間必須可靠絕緣。縱梁采用I100 工字鋼,分別置于上行線和下行線外側不小于2.1 m的位置處。為限制縱梁橫向位移,帽梁對應縱梁兩側預埋短鋼軌,鋼軌與縱梁腹板間隙采用硬木填塞。縱橫梁在裝卸、安裝、使用期間必須滿足限界要求。

3.2 線路架空系統支點樁設置

為確保線路架空加固安全穩定、使縱、橫梁的強度、變形滿足要求,在線路兩側對應縱梁與橫梁組交點位置設置直徑1.2 m（不含護壁）的C30 鋼筋混凝土支點樁,支點樁的設置滿足接觸網的安全距離,設置在線路外側不小于2.1 m的位置。為防止線路橫移,在框架橋前進方向,距京廣鐵路下行線東側對應支點樁位置設直徑1.2 m的C30 鋼筋混凝土抗橫移樁。

框架橋頂進過程中,當頂板一端伸入橫梁組時應在頂板頂搭設枕木垛作為橫梁組支點。當支點樁影響框架橋繼續頂進時,拆除支點樁,并在橫梁組與框架橋之間設置可靠的滑動支座,框架橋內設置鋼支撐。

支點樁樁頂需預埋1.7 m 短鋼軌,埋深1.2 m,分別置于橫梁組兩側,單個帽梁上共預埋4 根鋼軌。

《規定》補充了增值稅業務中相關資產、負債的確認計量，但總的還是以“代理說”[1]為理論基礎，采用的是“扣稅法”即將增值稅負排除在損益表外的會計處理方法。正如國內多數學者所分析的，增值稅“代理說”的理論基礎站不住腳，以此為基礎的現行增值稅會計處理方法存在諸多缺陷。本文在綜述相關文獻的基礎上，從增值稅的宏微觀視角分析增值稅的費用性，借鑒企業所得稅核算方法，以資產負債觀理念設計增值稅費用化的會計處理方法。

本架空成樁工藝均為挖孔施工,其中支點樁樁徑1.2 m,護壁15 cm,共有18 m 長支點樁56 根,10 m 長支點樁8 根,5 m長支點樁8 根;防護樁樁徑均為1.2 m,護壁15 cm,樁長19 m,共25 根,抗橫移樁樁徑1.2 m,護壁15 cm,樁長18 m,共12 根。

4 架空體系計算分析

線路架空加固設計采用縱橫梁架空,縱梁采用I100大工字鋼,支點樁間橫抬梁采用I45 號工字鋼[3],支點處采用I45 號5 片一組作為橫抬梁組,在線路外側路肩上采用直徑1.2 m（不含護壁）挖孔樁作為架空硬支點,中支點樁長為18 m、邊支點樁長為10 m、5 m。橫梁與其所抬的鋼軌、縱梁與其所挑的橫梁使用專用配件可靠聯接、固定。整個架空裝置在安裝、使用期間滿足限界要求。

設計荷載傳力路徑為：鋼軌→橫梁→縱梁→橫抬梁→支撐。為精確了解該橋架空結構的受力性能,建立空間有限元模型,對整個架空上部結構進行整體分析。

4.1 結構模型

本次主體復核計算采用通用有限元分析軟件MIDAS civil 2019,單元類型采用一般梁單元。對架空完成后頂進狀態進行架空檢算,運營狀態的支點反力驗算樁長。縱梁、橫梁、橫抬梁束、鋼軌均按照實際尺寸或等代截面進行建模,在各桿件交叉位置分割單元,模型見圖4。

圖4 架空結構離散圖

4.2 邊界條件

各支撐樁、滑動支點位置均為一般豎向支承,只約束其豎向位移,各方向轉動完全放開。組成橫抬梁束的I45 號工字鋼端部采用豎向約束。

4.3 荷載

荷載分為架空設備恒載及鐵路機車活載兩部分[4]。使用ZKH中活載沿線路縱向進行動態加載,并考慮動載沖擊作用,支點樁以豎向支撐來模擬。

4.4 支反力結果計算輸出

最大支反力為1 097 kN,支反力結果圖見圖5。

圖5 支反力計算

4.5 縱梁強度及剪力計算結果如下

計算縱梁的強度、剪力均滿足規范要求。

4.6 橫抬梁強度及剪力計算結果如下

計算橫抬梁的強度、剪力均滿足規范要求。

4.7 撓度計算輸出

圖6 位移計算

最大撓度產生在橫向兩支撐樁間橫抬梁跨中處,為6.15 mm,支撐樁間橫向支撐間距為4.546 m,滿足位移限值為L/400=4.546/400=11 mm,撓度計算滿足要求[5]。

支點樁計算按常規摩擦樁計算考慮即可,不再本文細述。綜上計算,此架空加固方案可以滿足鐵路安全運輸及框構橋頂進施工的要求。

5 架空方案施工及注意事項

5.1 封鎖要點和限速慢行

線路架空施工部分工序需在鐵路封鎖點內實施,主要有：線路應力放散、縱橫梁安裝及拆除、線路應力回放。

線路架空施工期間火車限速45 km/h,施工結束后第一列火車45 km/h,不少于12 h,60 km/h、80 km/h 各不少于24 h,后120 km/h,2 h 恢復正常。

5.2 主要工序

準備工作→完成鐵路設備的遷改防護→施工支點樁和防護樁→對線路進行應力放散→對線路架空加固→頂進框構橋→拆除線路架空加固→對線路進行應力回放→線路恢復。

5.3 注意事項

（1） 樁孔挖掘及支撐護壁兩個工序,必須連續作業,不宜中途停頓,以防坍孔。

（2） 開挖過程中,應經常檢測井內有無毒害氣體及缺氧現象,如超過標準,應增設通風設備。

（3） 井下通訊聯絡要暢通,施工時保證井口有人,井下的工作人員必須經常注意觀察、檢察井下是否存在塌方、涌水和流砂現象以及空氣和水的污染情況,如發現異常情況應停止作業并通知有關部門及時處理。

（4） 上線施工必須嚴格遵守鐵路規則制度,防護人員必須按要求設置信號牌、響墩等防護設施,與駐站聯絡員溝通暢通[2]。

（5） 注意施工機械等與既有支柱的距離,避免損傷既有接觸網和設備。

（6） 施工期間應派專人對線路架空進行監護,每次列車通過后必須及時檢查,做到發現問題及時解決,保證線路標高、各構件連接可靠。

（7） 框構橋施工完畢后,需對線路、鐵路路基、四電設備及其他附屬設施進行全面檢查,符合安全條件后方可拆除架空設備,逐步恢復線路。

6 結論

多孔框構橋頂進施工的架空方案沒有固定的模式,每個項目都需因地制宜,根據項目現場具體情況,制定安全可靠、便于施工的架空加固方案；本實例中鐵路線路平面處于曲線段,框構橋總寬度較寬,且包含了三孔連續的框構橋,采用的縱橫梁加固方案,較好的解決了多孔框構橋頂進施工中線路架空加固的難題,保障了鐵路運輸安全,取得了較好的效果。