下穿鐵路頂進式框架橋設計

孫麗男

隨著科技的發展，人口密度的增加，在營業鐵路線上，有很多地方需要增建橋涵。例如:有些鐵路和道路原有的平交道口不能適應交通安全和車流順暢的要求，需要改造為立體交叉;有些客運量大的車站要求增加地道;在處理舊線既有橋涵病害時，有時要求擴建或增設新橋涵等等。這些新增設橋涵工程都在運輸繁忙的營業線上進行，為了不中斷營運，目前普遍采用限速行車直接頂進橋涵的施工方法，即“頂進法”。這種施工方法的特點是:在保證鐵路安全運行的前提下，將在鐵路路基一側預制好的鋼筋混凝土箱形框架，采用高壓油泵帶動油壓千斤頂，并借助于預先修好的后背支撐，頂入既有線路路基內，即成為一座鐵路立交橋，這種施工方法就稱為頂進法。

1 設計原則

下穿鐵路框架橋主要應遵循以下幾個主要設計原則:

1)頂進框架橋施工范圍內，涉及到的各類管線應查明其所屬產權單位，并調查其具體型號及使用用途等，了解與相關產權單位達成的協議及具體處理辦法。2)頂進框架橋前端一般會設置有刃腳，刃腳的主要作用有:a.切土，使箱涵沿著一個規則整齊的平面前進，使邊墻與開挖土體面緊貼吻合，以避免不必要的超挖，并有利于路基的穩定。b.防止路基塌方，對挖土操作人員起到安全保護的作用。c.減少頂進阻力，控制挖土的邊坡。目前實際采用的多為鋼筋混凝土刃腳和鋼刃腳，刃腳的邊墻端線與水平線的夾角應視路基土質情況而定，一般均不大于 60°，如圖 1所示。3)框架橋前端設置鋼筋混凝土刃腳后，后端為平衡前刃腳需設置平衡重尾墻。4)穿越多線的框架橋，其框架橋單節長度不宜過長，應根據地質情況、地基承載力以及施工方法等多方面因素確定，框架橋節縫宜設置在兩線間中心。5)框架橋頂面與線路軌底的距離應根據線路等級、加固措施等因素綜合確定，一般在 0.65～ 0.85之間。

2 工程實例

1)工程概述:本框架橋工程位于侯月線 K20+200，橋位處鐵路為雙線鐵路，線間距4m，電氣化鐵路，直線區段，鋼軌為 60 kg/m，鋼筋混凝土軌枕。該橋場地地質情況自上而下依次是:種植土，層厚0.4m;以下為砂質黃土，地基基本承載力:層厚0.4m～7.5m承載力為130 kPa，7.5m以下為150 kPa。

2)結構確定:根據建設單位的意見及道路的使用要求，框架橋結構孔跨布置確定為單孔 12m，框架橋軸線與鐵路中心線夾角90°，框架橋軌底至頂板頂最小距離0.7m，結構凈高為5.3m，使用凈高為5m的框架橋。框架橋頂板厚0.8m，底板厚 0.9m，邊墻厚0.8m。頂板加腋采用0.5m×1.5m，底板加腋采用0.2m× 0.2m，框架橋主體長13m，前刃腳長3m，后平衡重長2m。框架橋立面布置圖如圖 2所示。

3)結構計算并繪制鋼筋圖。框架橋結構計算采用鐵路地道橋CAD系統分析結構受力情況，計算出框架橋控制截面鋼筋面積，并繪制出框架橋主體結構鋼筋圖。根據主體鋼筋圖，確定刃腳懸臂、人行道懸臂、刃腳及刃腳補齊、平衡重的鋼筋布置圖。

4)線路加固與防護。為不中斷鐵路運營，框架橋頂進施工前需對既有鐵路線路采取加固措施。根據鐵路運營單位的要求，框架橋施工時列車限制行駛速度不應低于45 km/h，為滿足列車行駛速度的要求，本橋施工時線路加固采用D 16m施工便梁進行加固。框架橋施工前需預先在線路兩側施工挖孔樁，挖孔樁直徑1.25m，樁長 14.4m。便梁一端需設置兩根挖孔樁，兩根樁之間以系梁銜接。另外，為了減少框架橋頂進施工過程中對線路的影響，框架橋的四角路基需設置路基防護樁，防護樁同樣采用直徑1.25m的鋼筋混凝土挖孔樁。

5)工作坑的設計。工作坑是預制和頂進橋涵的工作基底，工作坑前端僅靠鐵路，后端一般布置運土通道及后背。工作坑位置應根據鐵路線路平面、堆放材料的場地、鐵路兩側的地形地貌等條件全面考慮。如頂進橋涵穿越多股線路時，工作坑一般避免設在靠近鐵路正線的一側，以減少對鐵路運輸的干擾;如穿越的鐵路線路系曲線地段，則最好選擇在曲線外側。工作坑的設計應滿足鐵路安全的要求，并且坑底四周應留有排水溝或集水井位置，以滿足施工期間排水的要求。

工作坑的設計主要包括工作坑后背的計算，滑板、錨梁和導向墩的設置。工作坑滑板主要是作為預制箱涵時的施工墊層以及頂進啟動時與基底土壤的隔離層，使框架橋結構在澆筑混凝土的過程中不致產生不均勻的沉降，并能防止框架橋結構與結構底面以下土壤的粘結影響頂進起動。此外滑板還對框架橋沿著一定的水平面頂進起到導向作用。為了防止框架橋頂進時，工作坑滑板隨著框架橋的巨大頂力向前移動，在滑板頂面需設置有潤滑隔離層，滑板底面以下設有錨梁，以此來增加滑板的抗滑能力。另外在滑板的兩端還設有導向墩，導向墩一般距離框架橋邊墻外側5 cm～10 cm，導向墩沿頂進方向設置，可起到控制框架橋空頂階段頂進方向準確的作用。工作坑后背是提供頂入式框架橋所需最大頂力的臨時支撐結構物。目前普遍采用的是鋼軌樁或槽鋼加鋼筋混凝土后背。本工程框架橋后背根據設計最大頂力確定為鋼軌樁加鋼筋混凝土后背。

3 結語

框架橋對于改善既有交通狀況起到十分重要的作用，由于其結構簡單，施工方便，因此得到了廣泛的應用。框架橋在設計中應注意以下幾點:1)下穿框架橋結構的確定必須綜合考慮多方面的因素，以便更好的為行車及行人提供良好的交通環境。2)下穿框架橋采用頂進法施工，為保證施工過程中鐵路限速不低于45 km/h安全通過，線路加固措施需完善，保證鐵路列車不間斷運營。3)工作坑后背的設計必須滿足頂進框架橋設計最大頂力的要求，防止在橋體頂進過程中發生后背開裂、傾覆等事故，延誤施工工期。4)框架橋附屬結構及輔助工程需依據實際情況進行設置，選擇合理的結構形式，保證框架橋在使用過程中的整體穩定，并滿足一定的美觀要求。

[1] 武 華.D型便梁在鐵路框架橋施工中的應用[J].山西建筑，2009，35(5):306-307.