D24梁串联架空铁路复线顶进大跨地道桥施工设计技术

宋来存

(中铁二十二局哈尔滨铁路建设集团有限公司,哈尔滨 150006)

1 概述

1.1 工程概况

哈尔滨市某市政快速干道打通工程,需穿越京哈线Ⅰ级铁路干线复线(桥位处铁路上、下行线间距约8.12m,两线高差约 0.6m)及两条铁路专用线(线间距约 6.05m),专用线铁路与国铁正线下行线高差 1.0 m。地道桥与正线斜交角度约 103.3°。桥位处正线上行为R=850m圆曲线,下行为缓和曲线。施工期间封闭专用线,架空正线上下行线路。横抬梁作中支点串联 D24梁架空铁道线路 3D示意如图1所示。

地道桥设置为分离双幅式(上下行单箱分离式结构),全长 110m。单幅地道桥净宽 19.5m,行车道宽15.0m,行车道外侧设 4.0m宽人行道,内侧设 0.5m宽护轮带。全桥单幅共分 A、B、C三段,其中 B段采用预制顶进法穿越铁道线路,两端其他 A、C两段采用就地现浇法施工。A段框构侧墙厚 1.05m(C段框构侧墙厚 1.0m),顶板厚 1.0m,底板厚 1.2m,双幅框构净距 2m,框构总宽 45.1m(45.0m);B段框构侧墙厚1.15m,顶板厚 1.16m,底板厚 1.2m,双幅框构净距1.7m,框构桥总宽 45.3m。

1.2 工程特点

1.2.1 施工干扰大

图1 横抬梁作中支点串联D24梁架空铁道线路 3D示意(B′两段顶进阶段)

该工程位于繁华市区,施工场地狭小,工程量大,工期短。工程所在场地状况复杂,地下通信、给排水、市政煤气等网络错综复杂,给施工造成了很大难度,且工程下穿 4条铁道线路(另两条为企业专用线),铁路运输繁忙,施工期间保证铁路运营的安全尤为重要,工程的施工安全要求特别高。

1.2.2 要求工期短

(1)铁路运输要求:D梁架空线路要求限速 45 km/h,列车冲坡动能下降,货运列车需减轴,框构桥施工期间严重制约铁路货运能力,因此在铁路干线上施工必须尽量缩短线路架空时间。

(2)季节性要求:工程开工时已进入 8月份,顶进过程中挖土是个动态过程,若进入冬季施工,土表层冻结后,不便于对土壁状况观测,对顶进施工安全监控不利,北方地区大型地道桥不便于在秋季转入严冬季节期间顶进施工;为消除春融对基坑的危害,也不便于工期延后;施工完毕若进入严冬,恢复线路难度也很大。

综合上述因素,并结合合同工期,框构桥制作、顶进工期限定在了 2006年 8月中旬至当年的 11月末,节点工程的有效工期 3.5个月。

2 线路加固结构设计

2.1 方案简介

本工程框构桥斜交跨度较大,框构顶进施工时,采用单孔 D24梁架空时跨度不能满足要求;传统的纵横抬梁法架空铁道线路,采用的是多根工字钢横梁在框构顶面滑动,钢轨顶面距框构顶面间距较大(框构左幅 1.932～2.809m,框构右幅 2.064～2.926m),采用传统纵横抬梁法架空线路,型钢联结构件加工、安装工作量大,尤其是在曲线段,很难保证铁道线路的稳定。

经综合方案比选,施工设计采用一根横抬梁作为中支点,将 D梁串联,架空铁路复线,进行多孔大跨度框构桥的顶进施工。因八三式军用墩杆件便于人力短距离抬运,螺栓拼装速度快,组拼后结构承载力大,铁路局 D24便梁、八三式军用墩杆件储备数量充足,故确定横抬梁采用八三式军用墩杆件组拼。横抬梁作中支点架空 D24梁 3D示意见图2。

图2 横抬梁作中支点架空D24梁 3D示意

2.2 横抬梁顶面 D梁支座反力计算

最不利工况:上下行双孔重载会车,列车限速 45 km/h,B2(B′2)框构前端顶至下行 D梁外侧,1∶1放坡至上行线 D梁下,横抬梁跨度达到 10.50m。

2孔 D24梁自重 469.02kN

线上钢轨及轨枕自重 25×2×0.6+42×4.0=198kN

由中-活载2孔重载,x=5.154m。

即图示受力状态下横抬梁处中-活载引起的支座反力 R2、R3最大 :R2=1171kN,R3=1097kN。

冲击及折减系数为 0.161(按 v=45km/h计算)。

最不利组合:上下行同时达到 2孔重载。

D24型施工便梁 2孔串联,中支点处最大支座反力在如图3所示位置(x=5.154m):

图3 2孔重载时 D24梁剪力图

此工况简化:2组 D梁串联,两孔重载时,中支点简化为 2个竖直向下集中荷载作用在横抬梁上,每个集中荷载大小为列车动荷载和 D梁 +线路自重,即

而施工过程中通过监测,未出现上下行同时 2孔重载工况,实际出现的最不利组合为一线 2孔重载 +另线 2孔满载,较上述检算工况安全,2孔满载(即 2孔串联 D梁均布 80kN/m荷载)时,2个中支点反力的合力

设计检算时偏安全地采用第一种工况检算,即上下行复线同时达到 2孔重载。

2.3 横抬梁前支点弹簧支座处理

挖土前在黏土顶面夯 200mm厚砂夹碎石,其上垂直横抬梁方向密铺 4000mm×150mm×150mm木方,横抬梁置于木方上。中等密实的黄土性亚黏土基床系数参考数值 K0=39240～49050kN/m3,本工程取中值为 44145kN/m3。

横抬梁纵向按 500mm间距设置弹簧支座,宽 4m支撑底面横向设置 3个竖向弹簧支座,则每个弹簧支座的弹簧系数[1]为

桥位处土层为中等密实的黄土性亚黏土且无地下水,适合小放坡开挖快速顶进框构施工。框构持续顶进时采用 1∶0.75放坡开挖(顶进过程中因故暂停时采用 1∶1放坡)。挖土顶推框构至横抬梁下时,横抬梁落在框构顶面滑道上。横抬梁受力计算跨度取10.5m,现场施工观测各工况下均未达到此跨度,模型满足安全性要求。

2.4 横抬梁电算分析结果(图4、表1)

图4 横抬梁最不利受力阶段力学模型及内力

表1 横抬梁控制截面内力计算[2～4]数据

3 横抬梁安装及框构桥顶进作业

3.1 横抬梁线外预拼

框构顶进段在曲线外侧限界外开槽预制,而在曲线内侧限界外平整场地后,吊车配合人工分段预拼横抬梁主梁。横抬梁主梁由 3叠 5组八三杆件栓接拼装,各组主梁沿纵向设间隔 3.5m由一根①号八三杆件在腹部贯穿连接,保证横抬梁的整体刚度,安放 D梁中支点支座处该贯穿横杆加密布置。

横抬梁顶部 D梁中支座处按高程采用焊接构件调整支座高度。

横抬梁联结螺栓采用 φ10.9b高强螺栓,用扭矩扳手分 2次施拧。为保证高强螺栓重复使用,终扭扭矩定为 570N◦m。

3.2 线下穿入横抬梁

线路封锁后,在 B框构横抬梁处各采用一孔 D梁架空上下行线路后,解除封锁,施工期间列车限速慢行,挖除横抬梁处土方至设计高程,夯填 200mm厚碎石垫层,垫层顶面垂直横抬梁轴线方向密铺长 400mm、横截面 150mm×150mm的松木方,木方上顺横抬梁纵轴线方向铺木板,避免横抬梁穿入过程中扰动木方,将线外预拼装好的横抬梁主梁穿入线路下方对位。

3.3 D梁在横抬梁上就位

横抬梁主梁就位后,线路缺口处横抬梁上采用枕木垛加固线路,封锁下行线路,施工影响范围内电化区间停电,下行线路上 D梁顺线路方向纵移,横抬梁上安装 D梁支座等附属设施,下行线路上另一孔 D梁就位,将 2孔丙位 D梁在横抬梁顶面串联安装,开通线路,列车限速慢行。上行线路也按照此程序完成该段线路架空。

因铁路干线上施工封锁时间紧,每条线路封锁期间需安装 4片 D梁的主梁,故采用列车救援吊安装。

整个横抬梁仅在 D梁支座下调坡处采用钢板焊制小构件,其余均为八三式军用墩杆件栓接。

3.4 框构顶面滑道设置

横抬梁在框构滑道上的支座布置见图5,横抬梁在原状土上的下卧层处置见图6。

图5 横抬梁在框构滑道上的支座布置

图6 横抬梁在原状土上的下卧层处置

框构预制完毕,对应横抬梁位置现浇 4000mm宽、100mm厚 C25混凝土调整层,其上铺 3条 500mm宽、10mm厚 Q235钢带,钢带接头毛刺倒角磨光后点焊连接,横抬梁下形成 3条下滑道,分别位于横抬梁 3条主梁下方。

将 500mm×500mm聚四氟乙烯橡胶板涂黄油后扣放在下滑道上,20mm厚钢板压在四氟板上,形成上滑板,各块上滑板布置间距约 2000mm。

框构上横抬梁后及时将上滑板喂入下滑道与横抬梁主梁之间,横抬梁与上滑板间采用木方填隙,横抬梁压在上滑板上,并逐段将前方下滑道钢板清理后涂抹黄油。

3.5 框构顶进

框构桥顶进至线路下方后,短进尺加快顶进,列车通过时停止挖土和顶进。

横抬梁端部上框构以后,随顶进及时清理下滑道钢板上的杂物,并按要求涂抹润滑剂后,及时安装横抬梁上滑板装置,避免横抬梁上框构后长时间不安上滑板,人为增大横抬梁跨度,随框构顶进,及时将后端滑板拆除,避免增加横抬梁正弯矩。

框构内采用挖掘机顺坡开挖,按规定要求放坡,顶进停顿期间,及时修坡至设计坡度,杜绝逆坡开挖和不按规定放坡。

施工期间派专人巡视边坡土体、D梁支座、横抬梁和 D梁连接件等,发现问题及时处理。

施工期间严格执行《铁路技术管理规程》和铁路局有关营业线施工管理文件,确保施工安全、有序进行。

4 结语

D梁及军用八三墩杆件在铁路局系统储备量大、既有线施工使用频繁、制式器材设计及安拆速度快,经过该工程实际施工检验,此工法满足工程工期紧、安全要求高、经济合理的目标要求,对类似条件工程施工有一定的参考价值。

该工程 2006年 8月中旬中标进场,当年 11月中旬顶进节段全部就位,提前兑现关键节点工期,为兑现合同工期奠定了基础。施工期间,铁路部门相关单位派人现场密切配合,将相互干扰降至最低,有效地保证了工程工期、安全、质量,且突破了铁路缓和曲线上不能使用 D24梁的限制。

今后需注意的问题:该工程桥位处为中密黄土性亚黏土,若砂性土质上采用此工法施工,应在横抬梁相应影响范围内采用水泥搅拌桩进行土体加固;大跨度框构桥的顶进纠偏以预防为主,确保轴线及高程满足设计和规范要求。

该 D梁串联架空铁路复线技术于 2008年初再次成功应用于大庆市通让线 K409地道桥施工。

[1] 中国船舶工业总公司第九设计院编.弹性地基梁及矩形板计算[M].北京:国防工业出版社,1983.

[2] 夏志斌,姚誎.钢结构设计:方法与例题[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.

[3] JGJ82—91,钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程[S].

[4] GB50017— 2003,钢结构设计规范[S].