铁路D型便梁错位布置的架空体系分析

陆敬松 (安徽铁建工程有限公司，安徽 蚌埠 233040)

0 前言

随着城市的发展，已出现较多的铁路与地铁隧道相互交叉[1～4]的情况，地铁隧道在铁路下方穿过，按平面位置关系分为倾斜相交与垂直相交两种。后续随着城市的进一步扩张与空间的局限，不排除在地铁隧道与普速铁路交叉口之间新建(改建、扩建)城市道路，并以下穿框架桥型式通过。即新建框架桥位于普速铁路下方、既有地铁隧道上方。下穿框架桥与普速铁路之间按平面位置关系分为倾斜相交与垂直相交两种。三者交叉时各工程之间存在复杂的相互作用，安全风险较大。

三者交叉时，一方面需对上部普通铁路进行加固，确保铁路运营不中断；另一方面要对下方既有地铁隧道进行保护，符合相关技术规范。此时，对既有铁路加固的架空体系布置尤为重要，其桩基础的方位应符合《城市轨道交通结构安全保护技术规范》(CJJ/T202-2013)[5]的要求，即外部工程桩与地铁隧道外边缘之间的水平净距不小于3.0m。

当既有地铁隧道与既有普速铁路倾斜相交、新建框架桥与普速铁路垂直相交时，位于地铁左线、右线隧道之间架空体系的桩基础连线与铁路运行方向呈倾斜状，而两侧的桩基础连线与铁路运行方向呈垂直相交。导致后续各片D 型便梁的跨度不同、挠度不同，使铁轨容易形成三角坑[6～9]，影响铁路的安全运行。如何降低该情况下的铁轨三角坑变形幅度，降低铁路运行风险，是值得探讨的技术问题。

1 错位布置的架空体系

某市地铁隧道与普速铁路呈约30°倾斜相交，地铁左线与右线之间中心距14.2m，后续新建的城市下穿框架桥与普速铁路呈垂直相交，如图1 所示。现探讨该情况下铁路架空体系的设置方法。

图1 地铁隧道、铁路与新建框架桥位置关系俯视图

针对该工程特征，提出一种降低铁路轨道三角坑变形幅度的架空体系，由人工挖孔桩、系梁、D 型便梁与钢桁架组成。人工挖孔桩与地铁隧道边缘的水平净距不小于3.0m，位于双线隧道之间的人工挖孔桩连线与铁路运行方向倾斜相交，位于地铁隧道外侧的人工挖孔桩连线与铁路运行方向垂直相交。系梁位于同一排人工挖孔桩的上方，且双线隧道之间的系梁上设置与铁路运行方向垂直的预留孔；D 型便梁两端搭在相邻的系梁上；钢桁架设置在铁路线两侧的最大跨度D 型便梁的外侧，钢管穿越系梁的预留孔后两端通过连接件与两侧的钢桁架固定相连；钢管从底部托住不同跨度的D 型便梁，从而形成降低铁路轨道三角坑变形幅度的结构体系。所提架空体系如图2～图5所示。

图2 架空体系俯视图

图3 架空体系三维方位图1

图4 架空体系三维方位图2

图5 架空体系上部结构详图

人工挖孔桩与系梁均为钢筋混凝土结构。根据规范要求[5]，外部工程桩与地铁隧道外边缘之间的水平净距不小于3.0m，如此造成中间一排桩与两侧桩不平行的状况，导致后续同一股轨道线路两侧的D 型便梁的跨度不同、挠度不同，容易形成三角坑。

为了便于后续横抬梁的施工，同一股轨道线路两侧的D 型便梁规格型号相同。钢管从底部托住D 型便梁，钢管与D 型便梁之间可插入垫板使相互紧密接触。双线隧道之间系梁上的预留孔孔径略大于钢管的外径，便于钢管穿入预留孔中。钢管穿入预留孔后其走向与铁路运行方向垂直。

钢桁架设置在铁路线两侧的最大跨度D 型便梁的外侧，如图2 所示。钢管从底部托住不同跨度的D 型便梁，给D型便梁增加了受力支点，从而形成降低铁路轨道三角坑变形幅度的结构体系。钢管的受力传递给钢桁架，钢桁架两端传递给系梁，系梁再传递给桩基础。受力路径明确，结构设计合理。

所提架空体系的优点：由于空间的局限性导致同一股铁轨线路两侧的D 型便梁跨度不同、挠度不同，容易形成三角坑，影响行车安全。采用钢管从底部托住D 型便梁的方式(钢管两端连接在钢桁架上)，大大降低了不同跨度D 型便梁的差异沉降，从而达到降低铁路轨道三角坑变形幅度的目的，提高铁路架空体系的安全性与可靠性。

2 架空体系施工方法

所提降低铁路轨道三角坑变形幅度的架空体系的施工步骤如下。

①采用独立支墩架设便梁的方式，对既有铁路进行加固。加固后对拟建桩基础上方的土体进行一定深度的开挖，形成土体开挖部分。在土体开挖部分内进行人工挖孔、设置钢筋笼、浇筑混凝土，形成人工挖孔桩，如图6 所示。工程桩与地铁隧道外边缘之间的水平净距不小于3.0m。

图6 桩基施工完毕俯视图

②在同一排人工挖孔桩的上方施作系梁，系梁终凝后用素混凝土把土体开挖部分填充密实，其中双线隧道之间的系梁上设置与铁路运行方向垂直的预留孔，如图7、图8所示。

图7 系梁施工完毕俯视图

图8 系梁施工完毕三维示意图

③便梁转换，在两侧系梁架设D 型便梁对铁轨进行加固。同一股轨道线路两侧的D 型便梁规格型号相同，如图9所示。

图9 D型便梁加固示意图

④钢管穿越系梁的预留孔，钢管穿入预留孔后其走向与铁路运行方向垂直，如图10所示。

图10 穿入钢管示意图

⑤提前制作钢桁架，钢桁架设置在铁路线两侧的最大跨度D 型便梁的外侧，钢管穿越系梁的预留孔后两端通过连接件与两侧的钢桁架固定相连；钢管从底部托住不同跨度的D 型便梁，从而形成降低铁路轨道三角坑变形幅度的结构体系，如图11所示。

图11 架设钢桁架示意图

⑥后续再制作、顶进新建框架桥，使新建框架桥位于普速铁路下方、既有地铁隧道上方，新建框架桥与既有普速铁路垂直相交，如图12所示。

图12 后续框架桥顶进就位示意图

3 架空体系的尺寸设计

某地铁隧道与普速铁路呈约30°倾斜相交，地铁左线与右线之间中心距14.2m，后续新建的城市下穿框架桥与普速铁路呈垂直相交，现探讨其架空体系的具体尺寸。

隧道外径按6.20m 考虑，左线与右线之间中心距14.2m，则两隧道之间的净距为8.0m。人工挖孔桩直径1.50m，桩长17.5m。中间人工挖孔桩距离两侧隧道水平净距为3.25m，满足规范要求，如图13 所示。工程施工中应采取有效措施降低人工挖孔桩对邻近隧道的影响。

图13 架空体系的布置图

系梁尺寸为2.5 m(高)×2.0m(宽) ×14.0 m(长)。D 型便梁型号均为D24，同一股铁轨两侧D 型便梁的错位搭接长度约3.5m，即同一股铁轨两侧的D 型便梁跨度差为3.5m，由此容易产生三角坑。

采用外径27.3cm的钢管进行加固，钢管两端牢固连接在钢桁架上。由于钢桁架自身的挠度变形较明显，故钢桁架两端可设置液压设备，随时根据变形情况进行高程调整。当钢桁架竖向变形较大导致钢管与D 型便梁底部不接触时，可通过液压设备动态抬高钢桁架两端支点，使钢管继续托住D 型便梁，从而达到减小三角坑变形幅度的目的。

4 结语

提出了一种降低铁路轨道三角坑变形幅度的架空体系，包括人工挖孔桩、系梁、D 型便梁与钢桁架；人工挖孔桩与地铁隧道边缘的水平净距不小于3.0m，位于双线隧道之间的人工挖孔桩连线与铁路运行方向倾斜相交，位于地铁隧道外侧的人工挖孔桩连线与铁路运行方向垂直相交；系梁位于同一排人工挖孔桩的上方，且双线隧道之间的系梁上设置与铁路运行方向垂直的预留孔；钢桁架设置在铁路线两侧的最大跨度D 型便梁的外侧，钢管穿越系梁的预留孔后两端通过连接件与两侧的钢桁架固定相连。采用钢管从底部托住D 型便梁的方式，降低了不同跨度D 型便梁的差异沉降，减小了铁路轨道三角坑变形幅度，提高了铁路架空体系的安全性与可靠性。