既有线缓和曲线地段新建人行地道设计

赵国强

既有线缓和曲线地段新建人行地道设计

赵国强

Ji you xian huan he qu xian di duan xin jian ren xing di dao she ji

一、概况

忻州市神池县东瓦窑路口西一巷、宁岢线K18+819处有一处未封闭的、供周边居民步行横穿铁路的通道，人流量较大。为实现铁路运营全封闭管理、方便居民通行、消除路外安全隐患，应铁路局与地方政府要求，需在此处修建地下人行通道1座，封闭该通道。新建钢筋混凝土框架地道使用净空2.5m（宽）*2.5m（高），主框架在K18+819与线路走向正交下穿。9m主框架采用一次顶进施工，出入口采用明挖现浇施工。

拟建地道所处场地情况较为复杂，出入口一端两侧为砖混结构民房，最近距离仅为5.38m，另一端为通行量较大的沥青公路，如图1所示。地道下穿位置所处区段为单线电气化铁路，平面位于缓和曲线上，至神池站方向纵坡为4.4‰的下坡，铺设60Kg/m钢轨，砼2型轨枕（轨枕间距55cm）、碎石道床。根据收集到的线路资料结合现场调查：实测K18+819处外轨超高44mm。

图1 拟建地道场地情况

二、线路加固设计

D型便梁在既有线的顶进施工过程中的应用较常见，在圆曲线架设时的超高值计算较简单，但本地道恰好位于缓和曲线上且不得进行超高调整，经过研究决定采用维持缓和曲线超高的方案进行D梁架空加固线路，D梁基础采用桩基础。

1.荷载计算

荷载主要包括D梁自重、钢轨自重、轨枕自重、列车竖向活载。列车竖向静荷载按“中-荷载”取值，动力系数（1+μ）=1+28/（40+L），其中L为D梁跨度。“中-荷载”加载见图2。

使用的D梁型号为中铁宝桥生产的D12型，经验算取甲式、纵梁高位的参数进行安装，此时纵梁轨底至支座底高差为281mm，单根纵梁重量为4.7t。

图2 为“中-荷载”加载示意图

在计算跨度影响范围内，经计算，列车静荷载为451.31KN，动力系数为1.54，D梁自重168KN，钢轨自重15.06KN，轨枕自重84.71KN。单根桩桩顶承受荷载P为761KN。

2.桩长计算

《铁路桥涵地基和基础设计规范》中挖孔灌注桩的容许承载力计算式为：

式中，[P]-桩的容许承载力（KN）；U-桩身截面周长（m），桩径取1.2m；fi-各层土的极限摩阻力（KPa），黄土质粉砂土取55KPa；li-各土层的厚度（m）；A-桩底支承面积（m2）；[σ]-桩底地基土的容许承载力（KPa）；m0-桩底支承力折减系数。

安全系数取1.5，即[P]/P≥1.5，代入各值求桩总长∑li，计算结果为6.3m，考虑到表层道砟厚度0.8m，最终取桩长8m。

3.D梁架设

D梁架设在缓和曲线上，内轨与外轨坡度不一致，而D梁为整体刚性梁，架设完成后整副梁的坡度是一致的。在此考虑将架梁坡度定为内轨的纵坡坡度，分别计算4根基础桩的桩顶标高，轨底与D梁横梁间隙采用加垫高强橡胶垫和三合板的措施补偿。

为防止D梁纵、横向产生偏移，D梁桩基顶、纵梁端及纵梁外侧植入φ20钢筋进行限控，梁体加固完成、轨道平面及高程经检查确认无误后进行钻孔植筋，植入深度20cm、外露10cm，每处5根。梁体架设时，轨面、梁底、桩顶三者的关系如图3所示。

图3 高梁端截面

三、框架顶进设计

1.顶力计算

按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》中第8.2.2条公式计算最大顶力。

式中，Pmax-最大顶力（KN）；N1-桥涵顶上荷载；μ1-桥涵顶上表面与顶上荷重的摩擦系数；N2-桥涵自重（KN）；μ2-桥涵底板与基底土的摩擦系数；E-桥涵两侧土压（KN）；μ3-侧面摩擦系数；R-钢刃角正面阻力（KPa）；A-钢刃角正面积（m2）；K-系数，一般取1.2。

Pmax=1.2*（267.8KN*0.3+（267.8 KN +857.0 KN）*0.8+2*353.2 KN *0.8+500 KPa *1.92m2）=3006.4KN

2.后背设计

结合现场实际情况，后背设计为P50轨钢板桩墙，墙后土为原状土。

采用古典静力平衡法，根据Rankine理论计算被动土压力Ep，忽略Ea，假定千斤顶作用点与Ep作用点重合，则:

顶进时最大顶力Pmax为3006.4KN，后背有效宽度3.3m，则每延米顶力P为911.03KN/m。

单位换算后，P取值91.9t，γ取值1.8t/m3，φ取值20°，代入式中可得：H=7.08m

h2=H/3=2.36m，后背堆土高h1=4.72m。为保证一定的安全度，实施施工时钢板桩入土深度取1.3倍计算值，则实际h2取值为3.07m。

3.钢板桩截面验算

单根P50轨截面模量W为216m3，则每延米根数n=910/216=4.22根，取5根，即P50轨间距为20cm。

4.顶进总体设计

滑板采用带地锚梁的钢筋混凝土结构，使用3台200t千斤顶进行顶进。滑板与预制结构之间设置润滑隔离层，顶进方案图如图4所示。

图4 顶进方案设计图

四、结语

既有线地段顶进框架设计工作涉及的内容较多，由于篇幅所限，本文选择重要内容进行了分析、计算。其它如滑板的结构和配筋计算、顶进工作坑的基坑围护设计等内容，考虑到其较为简单易算或仅需满足构造要求，未在本文中进行阐述。实践证明，本设计选择的方案、措施均满足施工要求，施工过程中未出现任何安全、质量问题。

（作者单位：中铁十七局集团有限公司勘察设计院）