大跨度框架桥小半径曲线铁路线路加固技术研究

田礼忠

摘要：本文结合大跨度框架桥下穿小半径曲线铁路的施工实践，采用工字钢纵横抬梁加吊轨梁法及采用孔桩作支墩对铁路线路进行加固，并采取系列措施防止铁路线路横移变形，解决了小半径曲线及大跨度铁路线路加固的难题，满足了施工要求，确保在不影响铁路正常运营的情况下顺利安全地完成框架的顶进施工。

Abstract： In this paper， combined with the construction practice of large span frame bridge underpassing small radius curve rail， the I beam and lintel and crane rail beam method and pile piers are used for reinforcement of railway line， and a series of measures are adopted to prevent the railway line transverse deformation， thus solving the problem of small radius curve and long span railway reinforcement， and meeting the construction requirements， and it can ensure smooth and safe jacking construction of frame without affecting the normal operation of railway.

关键词：框架桥；下穿铁路；小半径曲线；大跨度；顶进法施工；线路加固

Key words： frame bridge；underpassing railway；small radius curve；large span；jacking construction；line reinforcement

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）29-0137-04

0 引言

通常进行下穿铁路框架桥涵施工时，不允许长时间中断铁路运营，故需对铁路线路进行加固后顶进法施工，以保持铁路运营的正常进行。

以往线路加固技术均基于当时的框架结构类型而产生的，即基本为小跨度线路加固。随着我国城镇化进程的加快及城市建设的快速发展，因道路下穿铁路而建的框架桥日趋增多，并向大跨度方向发展。故施工急需解决大跨度框架桥顶进时如何进行线路加固，确保铁路运营及施工安全的难点问题。本项目针对大跨度框架，且下穿小半径曲线铁路顶进施工采用了纵挑横抬梁法+挖孔桩支墩进行线路加固，并采取了设置滑车、导链及阻移钢板等多种技术措施来确保铁路线路保持稳定，取得了良好的效果。本工程项目的成功实施，对大跨度框架下穿小半径曲线铁路顶进施工的类似工程的线路加固设计及施工积累了经验。

1 工程概况及顶进施工的重难点

本道路下穿石德线铁路立交工程位于衡水市桃城区，道路下穿铁路。道路在K0+657.39处与既有铁路相交，交点处铁路里程为K114+119.5，交角为88°0′52"。既有铁路为单线，P60轨无缝线路，钢筋混凝土轨枕。立交桥位于既有铁路R=380的曲线地段。立交桥采用三孔连续框架（12m+18.5m+12m）的形式下穿既有铁路1股道，中间孔为机动车辆，两侧边孔分别设置机非混合车道及人行道。

框架高8.9m，长8.25m，宽45.9m，顶面积378.7m2，框架桥主体顶板厚0.9m，底板厚度1.0m，边墙厚度0.9m，中墙厚0.8m，净高7.0m，顶面覆土厚度2.15m。

本项目采用顶进法施工，其工作坑设于铁路右侧的空地上。下穿的铁路为铁路干线，日常运输繁忙，立交框架顶进施工时不能中断铁路的正常运营。因此需对铁路采取线路加固措施。本项目具有加固的铁路线路纵向跨度长，铁路处于小半径曲线等特点。

因铁路曲线半径仅为380m，小于采用D型施工便梁进行线路加固的最小适用半径400m，。如果按线路情况由厂家新型特种D型施工便梁，存在施工成本大幅上升，工期延误等问题，故本项目排除使用D型施工便梁进行线路加固的方案。

采用通常的横抬梁法进行线路加固，能够加固大跨度线路，但是顶进期间铁路横向线型的控制难度大。

因此，需改变线路加固的思路，针对本项目的具体施工特点，提出确保铁路行车安全、技术可行、经济合理的线路加固方案。

2 线路加固总体设计方案

桥梁顶进法施工的技术关键及重难点为如何进行线路加固，保障铁路线路的稳固，符合安全行车的技术要求。针对本项目桥涵工程顶进跨度大，铁路曲线半径小及且按铁路局要求线路加固期间行车速度不低于45km/h等特点。在确保铁路行车及顶进施工安全，并控制经济投入的原则下，综合考虑各种制约因素，对多种线路加固方案进行比选、整合及优化，并提请铁路局总工室进行评估及审定。最终采用了如下的线路加固方案。

采用纵挑横抬梁法对铁路线路进行加固，线路加固总长度为59m，框架桥顶进施工期间列车慢行通过，限速45km/h。

采用Ⅰ56b工字钢作线路加固的纵挑梁，纵挑梁设置在基本轨外侧，按单层布置，3根联结成一束。横抬梁采用9m长的Ⅰ56b工字钢，中心距为1.0m。

设置？准150人工挖孔桩作为纵挑梁的支墩，支墩沿铁路纵向中心距为7m，横向中心距为4.5m，挖孔桩埋置深度为框架基坑顶部以下15m，采用C25砼护壁，砼内设钢筋，以确保列车通过时的强烈振动不影响孔桩安全。

经对铁路的线路状况进行了测量，数据表明线路状况较佳。如果将原有砼轨枕换为木枕后，在顶进期间不利于保持线路几何尺寸的稳定，且施工单位材料储备中的木枕数量不足。经研究决定，不进行轨枕的更换，而是直接在砼轨枕上进行吊轨梁施工。

吊轨梁采取P50轨3-5-3组合，即在基本轨左右外侧各设3根一束吊轨梁，线路中心处设5根一束吊轨梁。

本项目线路加固如图1、图2所示。

3 线路加固施工技术要点

3.1 铁路安全防护措施

挖孔支墩桩施工及框架的顶进施工期间铁路行车均限速45km/h。线路加固纵横梁工字钢安拆、框架顶进施工时须封锁进行。需列车慢行或封锁线路施工，提前向铁路部门递交有关资料，提出申请要点计划。在铁路局批准的地点、时段内完成施工，确保准时开通线路或解除慢行。封锁、慢行施工期间按铁路局要求安排驻站联络员驻站，加强与车站的联系。每次慢行、封锁均须按铁路有关规程、规则办理和实施，确保铁路运营安全。

进行支墩挖孔桩施工前采用P50轨3-5-3吊轨梁对铁路线路进行加固。

施工期间，施工范围内列车按45km/h限速慢行，减速地点标安放在施工范围前后20m处，移动减速信号牌安放在施工范围前后800m处。实行“机工”联控，采取全天24h不间断看守和防护。按标准做好每趟通行列车的接车工作及记录。每天三次认真检查轨道的轨距、水平、方向，检查线路加固的安全状况，并作好记录。

3.2 纵挑梁安设

纵挑梁采用Ⅰ56b工字钢，纵挑梁3根联结成一束，单层布置。本工程顶进穿过1股道既有线，需加固长度为59m，两侧纵挑梁一共需要14束，合计42根Ⅰ56b工字钢，单束采用Φ22圆钢U型扣扣成整体。纵挑梁在线路旁的加工场内扣结成束，成束的两侧纵挑梁采用50T汽车吊吊至同侧路肩上，最后要点封锁线路跨线横移纵梁。

同时利用列车间隔时间，将纵挑梁安装槽处的道碴清出，用麻袋袋装后原位堆码回填。以便要点封锁时可以迅速清出纵梁槽位置，在封锁点内完成更多的纵梁吊装。

纵挑梁安装前凿除孔桩支墩超高部分，并用水泥浆抹平，使纵挑梁与桩顶密贴，确保受力良好，在桩顶部预埋钢筋，钢筋与纵挑梁通过焊接连接牢固，以限制纵挑梁纵、横向移动。

3.3 横抬梁安设

使用长度为9m的Ⅰ56b工字钢做横抬梁，按间距为1.0m设置，横抬梁与纵挑梁及砼枕使用Φ22圆钢U型扣扣成整体，在横抬梁与钢轨间加垫绝缘板，防止联电。横抬梁安装前调整砼枕的间距，以便横抬梁安装间距符合设计要求。横抬梁安装按工务“隔六穿一”的要求进行。每穿一根要及时振捣密实道床。在施工时严格控制线路水平、方向及轨道几何尺寸，以确保铁路行车安全。

3.4 线路恢复

框架顶进完成后，向铁路局申请封锁点，在封锁点内拆除线路加固材料，补充道碴及捣固，进行线路几何尺寸调整。满足工务要求后申请取消慢行，恢复线路列车运行常速。

3.5 线路纵、横向变形控制

3.5.1 纵梁横向变形控制

顶进时，凿除前排孔桩前，框架范围的横抬梁一端支撑点要从孔桩转移至框架顶上，考虑到顶进时横抬梁与框架间存在较大的滑动磨擦力，顶进时极易引起纵挑梁及线路产生横移变形。为了减少磨擦力，采取了在框架顶部放置钢板，钢板与横抬梁间加设滑车的措施。

框架预制时在顶部按纵向间距4m预埋φ22圆钢锚环，本项目共预埋11个，在纵挑梁与锚环间设置8t导链，框架顶进时，通过拉紧导链以限制线路横移或将产生横移的轨道线路恢复原状。

3.5.2 纵梁纵向变形控制

在孔桩支撑顶部预埋钢板，纵挑梁安装并调整就位与预埋钢板通过焊接连接，以控制纵挑梁不产生纵移现象。

本项目采取的如上线路控制措施，解决了大跨度横抬梁法线路加固时铁路横向线形控制难度大的问题。

4 线路加固稳定性验算

4.1 荷载取值

荷载取值为铁路中活载。

列车限速45km/h时的活载冲击系数：μ=1+28/（40+5.1）×0.75×45/60=1.35。

4.2 纵挑梁3I56b工字钢承载检测

查阅《铁路工务安全规则》可知，在限速45km/h情况下，3I56b工字钢纵挑梁线路加固的容许最大跨度为9.6m，而本项目纵挑梁跨度均为7m，少于9.6m的最大跨度，可安全使用。

4.3 I56b工字钢横抬梁承载检算

查阅《铁路工程施工技术手册（桥涵下册）》得I56b工字钢特性：惯性矩Ix=68512×10-8m4，面积矩Wx=2446×10-6m3，弹性模量E=210×109Pa，断面面积A=146.45×10-4m2，容许应力[σ]=170×106Pa，容许挠度f/Lp=1/400。

I56b工字钢横抬梁按受集中荷载的简支梁进行承载计算，其最大跨度为4.635m，则单根横抬梁承载检算如图3所示。

考虑到铁路基本轨及吊轨梁对列车轮对荷载的扩散作用，按中—活载的单个机车轮对荷载由2根横抬梁共同承载。单个机车轮对荷载P=220kN。图3中F/4=P×μ/4=220×1.35/4=74.25kN。

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①强度验算。

σmax=Mmax/W=118.8×103/（2446×10-6）=48.57MPa<170MPa（可）

②挠度验算。

fmax=1.76mm<[f]=LP/400=4635/400=11.59mm（可）

计算结果表明：横抬梁强度、挠度经检算，满足安全施工要求。

4.4 框架顶进时横抬梁检算

当立交桥框架顶进至前排孔桩支撑时，需将挖孔桩支墩凿除，以便框架能够继续顶进。凿除前排孔桩支撑前，将横抬梁在前排孔桩上的支撑点转移至框架顶部。根据本项目的线路加固设计方案，凿除孔桩支撑时横抬梁最不利荷载情况如图4所示，其承载检算如图5所示。

①强度验算。

σmax=Mmax/W=155.45×103/（2446×10-6）=63.55MPa<170MPa（可）

②挠度验算。

fmax=3.96mm<[f]=LP/400=5535/400=13.84mm（可）

4.5 挖孔桩容许承载力检算

①孔桩支墩承受的最大荷载。

经计算，列车、线路及线路加固等荷载作用于挖孔桩支墩的最大作用力为417.92kN。

②挖孔桩容许承载力按下式进行计算。

将本项目以上参数代入孔桩容许承载力计算公式，得：[P]=0.5×4.71×[0.6×51+3.7×83+6.5×68+4.2×160]+1×1.77×1980=6928.58kN>417.92kN

结论：在框架顶进施工过程中工字钢横抬梁强度、挠度、挖孔桩容许承载力均满足使用要求。

5 结束语

随着我国城镇化进程的加快及城市建设的快速发展，下穿铁路的框架桥日趋增多，并向大跨度方向发展。施工急需解决大跨度框架桥顶进时如何进行线路加固，确保铁路运营及施工安全的难点问题，本工程对大跨度框架下穿小半径曲线铁路顶进施工的类似工程的线路加固设计及施工积累了经验。

参考文献：

[1]铁道部第三工程局.铁路工程施工技术手册—桥涵（下册）[M].北京：中国铁道出版社，1999.

[2]普速铁路工务安全规则[S].北京：中国铁道出版社，2014，09.

[3]王兵，王德华.大跨度下穿顶进框架桥线路加固设计[J].铁道标准设计，2010年第7月.