縱橫梁架空線路施工方法在鐵路營運線防護設計中的應用

高雪瑞

(新疆鐵道勘察設計院有限公司，烏魯木齊 830011)

1 概述

隨著國民經濟的發展,城市擴建及高速公路的不斷修建、延伸,鐵路與交通繁忙的城市主干道或高速公路的大型立體交叉工程項目愈來愈多。這其中,以多孔連體箱形橋為主的公路下穿鐵路的工程很多。

運營既有線施工過程中,由于多孔連體箱形橋施工范圍超出常規鋼便梁防護范圍且施工現場不具備鐵路便線施工條件,故在對既有鐵路營運線防護設計中,多采用縱橫梁架空線路的施工方法。

2 工程實例

2.1 簡介

國道314線庫爾勒至庫車段高速公路與庫爾勒石碴場鐵路交叉所采用的10 m+13 m+13 m三孔連體箱形橋總長度47.15 m、總高度9.05 m、鐵路與公路夾角58°30′。經各種經濟、技術比較,既有線防護采用縱橫梁架空線路、頂進施工方法最可行(圖1、圖2)。

圖1 線路加固平面(單位：cm)

圖2 線路加固縱斷面(單位：cm)

2.2 組成部分

縱橫梁架空施工分為線上部分和線下部分。

線上部分由吊軌梁、上縱梁、橫梁、下縱梁及各種扣配件組成；線下部分由縱梁支撐樁、線路抗滑移樁及路基防護樁組成。

2.3 傳力過程

列車荷載→線路鋼軌→橫梁→縱梁(箱形橋)→支撐樁。

2.4 線路加固檢算

(1)檢算橫梁的強度和剛度,以確定橫梁型號及開挖跨度。

根據文獻[1],當限速不超過40 km/h,列車沖擊系數為1.15。限速不超過45 km/h時,列車沖擊系數取1.20。考慮橫梁的不均勻工作系數1.3,則綜合系數β=1.2×1.3=1.56,此時β×P=1.56P。

活載取現行機車最大軸重P=250 kN作為計算荷載。橫梁設計可按簡支梁檢算工字鋼的強度和撓度計算。

圖3 橫梁檢算簡圖(單位：m)

根據既有線軌枕間距確定橫梁間距為1.1 m,即:M=βPC/2=0.78×25×(LP-1.5)×0.5橫梁選用I45a型鋼Wx=1 433 cm3，Ix=32 241 cm4，σ=M/W≤[σw]=1 700，得Lp≤4.0 m。

橫梁按1.1 m間距計算,最大允許跨度4.0 m,挖土量控制在此范圍內能夠保證加固的強度要求。計算撓度是否滿足

α2=0.098

解得

f=6.0 mm≤(4 000/400)=10 mm

故撓度滿足要求。

(2)檢算縱梁的強度和撓度,以確定縱梁型號。

縱梁選用I56a型鋼,均為2根1束設置,跨度4 m。單根：Wx=2 342 cm3，Ix=65 576 cm4。

縱梁計算跨度取4 m,列車標準活載按跨中彎矩影響線確定最不利位置，如圖4所示。

圖4 計算活載圖式(單位：m)

橋上列車總荷載Q=2Pg=3×250 kN=750 kN。

縱梁上集中荷載為Pg=375 kN。

因每組縱梁與4根橫梁連接,列車荷載經由鋼軌通過橫梁傳遞給縱梁(圖5),所以縱梁上分布荷載為

圖5 縱梁受力圖式(單位：m)

以上檢算未計入3-5-3扣吊軌梁對縱梁的減載作用,故線路加固體系完全達到施工安全要求。

2.5 施工組織

(1)為防止箱身在頂進過程中兩側路基發生坍塌,在橋體兩側路基(4個對角)沿線路方向每隔1.75 m各設置4根路基防護樁。根據路基土性質確定是否在防護樁間路基本體內進行注漿固化。

(2)沿下縱梁方向每隔4.0 m各設置縱梁支撐樁。

為保證基底土物理力學性質的統一性,頂進側支撐樁底部應不得低于基坑面。當箱身頂進至頂進側防護樁跟前時,線路暫時封閉,橫抬梁上橋并拆除頂進側防護樁。線路整修后可恢復運營,箱身繼續頂進施工。

(3)為使在橋體頂進時不帶動線路的橫移,保證行車安全,在橫梁盡頭設置抗滑移樁。

(4)既有線相鄰混凝土枕間穿一根3.6 m長的木枕并架設3-5-3扣吊軌梁,其鋼軌采用50 kg/m。扣軌加固范圍超過箱身外邊各10 m,每組扣軌的端頭設置木梭頭,扣軌接頭錯開不小于1.5 m。

(5)當既有線混凝土枕與木枕(橫梁)發生沖突時,將混凝土枕左右撥動或抽換成木枕,直至能穿插枕木為止；沒有沖突時,在橫梁位置處穿一根3.6 m長木枕或方木。

(6)橫梁采用I45a型鋼,間距1.1 m,加固范圍與扣軌相同。穿工字鋼橫梁。采用“隔六穿一”的方式施工。

(7)經計算確定縱梁型號I56a型鋼,均為2根1束設置,跨度4 m。上縱梁距線路中心2.23 m,兩端支撐于舊枕木垛基座上,并設置木梭頭；下縱梁距線路中心4.5～5 m,其底部每隔4 m設置支撐樁。

(8)工字鋼接頭應保證強度,連接處錯開2 m以上,相鄰橫梁的拼接接頭應錯開不小于1.5 m。

(9)橫向工字鋼、扣軌和縱梁用U型螺栓及扣板聯結,并放干木板及絕緣墊。

(10)線路加固基本流程：施工線下部→穿木枕(方木)→扣軌→橫穿工字鋼→上縱工字鋼→防橫移加固→頂進時防護→拆除線路加固→線路恢復。

3 結語

雖然,縱橫梁架空施工所需投資較高,施工難度較大,不太適用于有地基處理的工程。但它適用于單線、多線及道岔線等各種復雜情況,并且,相對便線施工節省一定投資。縱橫梁架空施工方法能為大型立交項目得以實現提供了便線施工之外的另一種解決辦法。

[1]鐵道部第四勘測設計院橋隧處.橋涵頂進設計與施工[M].北京：中國鐵道出版社,1993.

[2]鐵道部.鐵路工務安全規則[S].北京：中國鐵道出版社,2006.

[3]烏鐵總函[2008]164號，烏魯木齊鐵路局營業線使用D型施工便梁安全管理辦法(試行)[S].