D型便梁加固重载铁路线路施工技术

林伟、吴伟龙

（1.国能黄大铁路发展有限责任公司，山东东营257100；2.中铁十二局集团第七工程有限公司，湖南长沙410000）

0 引言

黄大铁路设计为国家Ⅰ级单线、电气化重载铁路，作为河北直通鲁西北煤炭运输的重要通道，开通当年的年运量完成1255 万t，随着上游朔黄铁路开行万t 单元列车规模化及28～30t 轴重试验列车的开行，对沿线桥梁结构承载力和下穿施工安全提出了更高的要求。本文以新建2×18.5m 框构桥下穿黄大铁路施工为背景，在框构桥顶进施工中，对重载铁路运营下线路加固方案进行必选和相关验算，制定关键施工工艺，提出优化措施，确保下穿顶进施工安全进行。

1 工程概况

桥位中心里程为黄大铁路GDK164+567.58m 处，夹角为80.9o。新建框架桥主体采用（18.5+18.5）m 两孔单体框架结构，单孔框架孔径为18.5m，结构总高为9.05m，结构净高为6.75m，其框架桥中心处轨底至顶板顶最小厚度为0.75m，如图1所示。

图1 下穿铁路框架桥总平面布置图

2 加固方案比选

常用的桥梁顶进施工的线路加固方案是纵横梁加固法和D 型便梁加固法。其中，纵横梁加固法是用型钢组拼的纵梁沿线路方向将既有线路挑起，用型钢拼装沿框架桥方向的横梁承受纵梁传递的线路荷载；纵挑横抬的目的是通过结构受力由纵向、横向的转变来解决纵向受力结构跨度受限的问题[1]。此方法适用于跨度大，加固长度长的线路。但存在的问题是，拼装线路的几何和平面尺寸不易保持，路基两侧覆土在吃土顶进中容易坍塌，配套的顶进液压系统负荷增大，顶进效率较低，工期延长，拼装过程需大量人员上线作业，安全隐患极大，且费用较大等。

D 型便梁加固法常用于既有线上的桥涵顶进和路基病害整治施工，主要适用于24m 跨以下的桥涵下穿顶进施工。在保证运输安全的同时，行车不中断或限速通过施工地段，将提前整体预制好的结构物一次或分段顶进。D 型便梁加固法的施工工艺可靠、安全性较高，为框架桥顶进施工创造有利条件[2]。该项目由于庐山路下穿黄大铁路交角接近正交，线路为单线路基段，且两孔框构桥设计为单孔分次顶进，故线路加固方案优先采用24mD 型便梁加固法[3]。

纵横梁加固法和D 型便梁加固法比较见表1。

表1 两种方案的技术经济对比

3 支点桩结构受力验算

对线路加固结构进行受力验算，以确保铁路行车及施工安全。因D 型便梁为国家铁路局定型产品，在规定的条件下按设计要求使用，完全能够满足承载要求，不需进行受力验算。经分析，该项目进行孔桩支墩的承载能力验算即可。列车活载按中—活载计算，如图2所示。箱涵下穿出的铁路位于直线上，在线路加固期间列车限速45km/h，且不允许列车在线路加固地段制动，所以列车活载取值时不考虑离心力、横向摇摆力及制动力的影响。便梁荷载如下：D 型便梁自重取48.9t，钢轨自重取60kg/m，轨枕自重取3.7kN/根，列车活载F4根据《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002.1—2005）4.3.1 条，列车作用的中—活载最不利位置如图3所示。在24mD 型便梁长度上由于列车中—活载作用而产生的最大作用力为：

图2 中—活载

图3 最不利位置

冲击系数：

K=1+u=1+28/（40+L）=1+28/（40+24）=1.43

故支点受到的最大集中荷载为：

（489+1.2×24+6.17×24）/4+743×1.43=1228.96kN。

考虑在列车限速运行速度小于60km/h 时，冲击系数的u 折减系数。

当列车行驶至图3所示的位置时，列车前进端的孔桩支墩承受到最大荷载。

式(2)中：[P]——桩的容许承载力（kN）；

U——桩截面周长（m），3.14×1.6=5.02m；

fi——各土层极限摩阻力（kPa）；

li——各土层厚度（m）；

m0——钻孔桩桩底支承力折减系数，一般取值为0.3；

A——桩底支承面积（m2），3.14×0.64=2.0m2；

[σ]——桩底地基土容许承载力（kPa）。

桩基埋入各土层厚度参数见表2。

表2 桩基埋入各土层厚度参数

代入公式求得单桩最大承载力为2606kN＞1243.8kN，桩径容许承载力满足承载力要求。

4 关键技术及措施

4.1 D 型便梁加固技术

4.1.1 D 型便梁施工

（1）便梁架设施工顺序：支设钢木支墩—横梁就位（抽换钢枕）—纵梁就位—配件紧固。

（2）横梁就位：将横梁位置的道砟清除，每孔混凝土枕穿一根横梁，与横梁接触面垫好绝缘板，横梁安装就位，用配套的专用钢轨扣件将横梁与钢轨连接固定。

（3）纵梁就位：首先清理道床留出纵梁槽并留有一定余量，便于落位与调整，道床边坡用袋装道砟堆码牢固，保证轨枕头道砟饱满。汽车吊先将每榀纵梁吊装就位，就位后两端立即用短枕木头、方木对纵梁进行临时加固，防止纵梁倾覆，然后从纵梁两端向中心连接，将纵、横梁用牛腿连接螺栓全部装设牢固。

（4）位移控制：利用盖梁上预留件与纵梁间打入木楔挤紧，作为钢便梁防横移限位装置，如图4所示；在钢便梁纵梁接头两侧，用45cm 宽、1cm 厚的钢板进行连接，作为钢便梁防纵移限位装置，如图5所示。每侧单边采用3 根高强度螺栓紧固连接。横梁全部与纵梁连接后，安装牛腿、连接板等其他配件，并紧固全部螺丝。

图4 横向限位装置

图5 纵向限位装置

4.1.2 框架桥顶进

框架桥顶进需要多次架梁、移梁，过程如下：

（1）搭设钢木支墩，安装3 孔D24 型钢便梁，放坡开挖桩基作业平台，施工接触网立柱桩（2 颗）和便梁支点桩（6 颗）及盖梁。

（2）第一次纵移3 孔D24 型钢便梁，开挖工作坑，地基加固处理，顶进1#框架桥。

（3）第二次纵移3 孔D24 型钢便梁，开挖工作坑，地基加固处理，顶进2#框架桥。

（4）路基过渡段回填完成后，拆除3 孔D24 型钢便梁，恢复线路。

4.2 路基加固技术

4.2.1 桥背路基过渡段回填前，在慢行条件下，对已开挖的路基本体进行注浆加固处理，注浆采用斜管注浆梅花形布置，竖向布置间距1m，水平间距1.5m，注浆深度3m，注浆控制角度为与水平15o（坡面角度60o）斜管，共设置3 排。

4.2.2 在2#框架桥基坑开挖前，完成东侧路基注浆加固工作。在西侧路基过渡段回填完成后，完成西侧路基注浆加固工作。路基两侧注浆加固如图6所示。

图6 路基两侧注浆加固横断面示意图

4.2.3 注浆加固：对框构桥两侧各10m 范围内路基本体进行注浆加固。注浆采用斜管注浆梅花形布置，顺边坡布置间距1m，顺线路方向水平间距1.5m。左右两侧各设置3 排，3 排注浆在铁路纵断面处形成台阶式，注浆布置在路基内部中心线处呈交叉式注浆。

4.3 路基沉降监测

4.3.1 监测点设置及要求

在施工前开挖基坑预制框架阶段，对既有铁路路基实施自动化沉降监测。在铁路路肩处布设监测点，在框架顶进施工期间，将路基部分监测点转移至支点桩，采用反射棱镜，安装在支点桩上方，进行水平及垂直位移监测。

监测控制标准参照《普速铁路线路修理规则》（TG/GW102—2019）[4]中的相关要求，设定该工程监测控制值见表3。

表3 监测控制指标值

4.3.2 监测结果分析

路基变形监测和支撑桩变形监测结果如图7所示。

图7 路基变形监测和支撑桩变形监测结果

从实际测量结果中可以得如下结论：

（1）铁路路基最大沉降速率为0.61mm/d，累计沉降2.07mm，满足规范要求。

（2）支撑桩最大沉降速率为0.75mm/d，累计沉降2.68mm，满足规范要求。

5 结语

在桥涵顶进前，通过对不同施工环节进行受力验算分析，有针对性地对关键工序进行补强；在顶进施工过程中，通过不间断监测调整，使线路加固体系各项指标均满足相关规范要求，路基及轨道未出现超限等情况。由于采用D 型便梁临时防护线路，挖孔桩基础施工时对行车未造成影响，极大加快了分体框构桥顶进的施工进度，减少了对运输的影响。采用D 型便梁施工线路加固效果良好，能够保证重载线路列车运营和顶进施工安全。