既有铁路框构桥顶进施工无缝线路设计方案研究★

张 翔

(中铁第六勘察设计院集团有限公司线路站场设计院，天津 300308)

1 工程概况

1.1 无缝线路概况

为达到既有铁路提速要求，越来越多的平交道口需进行立交改造。为保证运营线上不中断行车，通常采用框构桥顶进施工。铺设无缝线路是对铁路轨道结构的一项重要技术革新，是现代铁路为实现高速、重载运输而采取的最佳轨道结构，已经得到世界各国重视和推广应用。铺设无缝线路可以最大限度的减少钢轨接头，降低列车对轨道结构的冲击和振动作用，全面提高线路的平顺性和整体强度，增强行车安全性和旅客舒适度，减少轨道部件损耗和养护维修工作量，降低维修费用，改善振动和噪声对环境的影响[1]。标准无孔钢轨焊接成长轨条的线路，被称作无缝线路[2-3]。无缝线路分为区间无缝线路及跨区间无缝线路。无缝线路一般在工厂焊接成100 m或500 m的长钢轨，运输至工地后将长轨焊接成1 000 m～2 000 m的单元轨节，区间无缝线路在车站两侧岔区设2根～4根25 m的标准钢轨作为缓冲区，以保证温度变化产生的应力及施工期间应力集中产生的应力得以释放，从而保证无缝线路不胀轨、不脱轨，以保证行车安全[4]。采用框构桥顶进施工对既有无缝线路不可避免会产生影响，因此对框构桥顶进施工过程中无缝线路设计方案的研究十分必要。

1.2 工点概况

选取东北地区、华北地区及华南地区3个不同地理区域的典型工点，对既有铁路框构桥顶进施工过程对无缝线路的影响进行了阐述，分析总结框构施工对既有无缝线路造成危害性，选取工点如下：北黑铁路K80+532框构桥工程、津蓟铁路K120+532框构桥工程、焦柳铁路K1355+263框构桥工程，工点最大轨温差范围为60 ℃～100 ℃，涵盖各种无缝线路技术条件，极具代表性。工点具体参数如表1所示。

表1 工点参数表 ℃

2 框构桥顶进施工工艺及对既有无缝线路影响

2.1 框构桥顶进施工工艺

框构桥顶进施工需先在铁路两侧挖好基坑，在铁路一侧基坑中预制好框构桥，利用千斤顶受压产生垂直于铁路的横向力，使框构桥垂直于铁路方向在铁路底下行进[5]。框构桥推进一次，千斤顶回位一次，循环数次后框构桥完全置于铁路下的设计位置，顶进完成[6]。顶进期间不中断既有铁路行车[7]。

2.2 框构桥顶进施工队既有无缝线路影响

千斤顶顶进框构桥过程中，会产生垂直于铁路方向的横向力，横向力对既有无缝线路造成单点的应力集中，存在胀轨及脱轨的安全隐患[8]。无缝线路的稳定性受道床横向阻力、温度力及轨道原始不平顺的影响，框构顶进过程中不可避免会对无缝线路产生影响。在以往的工程实践中，框构桥顶进过程中往往忽略对无缝线路进行处理，不间断铁路行车情况下，存在严重的安全隐患，甚至危及到旅客人身安全[9]。

3 无缝线路设计方案

为防止铁路出现胀轨及脱轨危险，一般先进行应力放散，锯断长轨，换铺短轨再加固线路；或先锁定两侧线路，直接锯轨打孔再加固线路。其目的都是为了降低或消除钢轨内的温度力。针对北黑铁路K80+532、津蓟铁路K120+532、焦柳铁路K1355+263三个框构桥工程的实践经验，结合当地养护维修部门意见，在不中断铁路运行的情况下，为解决应力集中问题，对框构桥顶进施工工点研究了换铺周转轨方案(方案Ⅰ)、直接锯轨打孔连接方案(方案Ⅱ)、放散锁定方案(方案Ⅲ)三个方案。

3.1 方案概述

换铺周转轨方案(方案Ⅰ)：在顶进框构桥上方，对1 500 m单元轨节进行放散，锯除既有框构桥顶进施工工点上方75 m长钢轨,换成3根25 m标准有孔轨，对两侧1 425 m长钢轨再次进行锁定，待框构桥顶进施工结束后，将3根25 m标准有孔轨换铺成长钢轨并进行焊接，对整个1 500 m单元轨节再次进行放散锁定。

直接锯轨打孔连接方案(方案Ⅱ)：在顶进框构桥上方，对1 500 m单元轨节进行放散，对框构桥顶进施工工点上方75 m长钢轨进行锯轨、打孔，并补充螺栓鱼尾板进行连接，待框构桥顶进施工结束后，锯掉打孔部分长钢轨，并补充无孔轨进行焊接，之后对整个1 500 m单元轨节再次进行放散锁定。

放散锁定方案(方案Ⅲ)：利用天窗时间施工，在顶进框构桥上方，对施工范围前后共75 m进行放散，天窗时间后对75 m范围进行锁定，以便于铁路正常运营。待框构桥顶进施工结束后，对整个1 500 m单元轨节再次进行放散锁定。该方案仅能在天窗时间进行施工，需要多个天窗时间方可完成施工，工期最长。

换铺周转轨方案及直接锯轨打孔连接方案示意图如图1所示。

3.2 方案比选分析

各方案主要工程数量及投资比较见表2。

表2 工程经济比较表

由表2可知放散锁定方案(方案Ⅲ)投资最少，直接锯轨打孔连接方案(方案Ⅱ)投资适中，换铺周转轨方案(方案Ⅰ)投资最高，但投资相差均不大。

各方案优缺点分析见表3。

表3 方案优缺点综合评价表

3.3 方案比选推荐意见

经分析，放散锁定方案(方案Ⅲ)虽投资最少，但施工工期不可控，需多个天窗点进行施工，且不能解决应力集中问题，存在安全隐患，予以舍弃。换铺周转轨方案(方案Ⅰ)虽投资最高，但仅比直接锯轨打孔连接方案(方案Ⅱ)高13万元，差别不大，且存在现场接触焊接点少，无缝线路使用寿命长，便于养护维修等优点，故选择换铺周转轨方案(方案Ⅰ)为推荐方案[10-12]。

4 结语

1)目前，框构桥顶进工程对无缝线路处理仍没有统一的方式方法，且往往被忽视，存在严重的安全隐患，值得进一步研究。2)采用换铺周转轨方案(方案Ⅰ)可将换铺地段视为无缝线路的缓冲区，很好的解决了无缝线路应力集中问题，施工时间充足，施工期间能够保证行车安全。3)采用换铺周转轨方案(方案Ⅰ)在解决行车安全隐患的同时，能够使现场接触焊焊点最少，减少无缝线路运营病害，增加其使用寿命。