干線鐵路道岔架空方案實踐

胡黎兵（中鐵十一局集團二公司，湖北　十堰　442013）

干線鐵路道岔架空方案實踐

胡黎兵
（中鐵十一局集團二公司，湖北十堰442013）

結合廣西壯族自治區貴港市解放路下穿黎湛鐵路工程施工實踐，對干線鐵路道岔采用D型鋼便梁架空加固的方案進行分析和研究。

干線鐵路；道岔；架空；方案

0　引言

近年來，城市道路和地下空間的利用越來越多，施工中逐步出現了需要既有干線鐵路道岔進行臨時架空的情況。因此如何安全、快捷、高效的對干線鐵路道岔進行架空加固非常值得進行研究和實踐。本文結合廣西壯族自治區貴港市解放路下穿黎湛鐵路工程施工實踐，對干線鐵路道岔架空方案進行分析和研究。

1　工程概況

擬建解放路框架橋位于廣西壯族自治區貴港市貴港火車站旁，下穿國家鐵路干線——黎湛鐵路貴港站西咽喉，框架橋下穿鐵路部分跨徑為9m+2×12.5m+9m。框架橋設計受兩端引路及站場條件限制無法避開所有道岔，施工前必須先對169號道岔進行架空加固。

2　總體架空加固方案的確定

通常開挖既有鐵路路基前對線路進行架空加固主要采用扣軌梁、工字鋼梁或D型施工便梁。其中扣軌梁由于受線路等級、限速條件及跨度和行車條件的限制，目前已經很少使用，僅在一些等級較低的專用線小跨度加固中使用；工字鋼梁架空也由于受跨度限制、扣配件多、加固施工速度慢、線路橫向加固效果差等制約，目前在電氣化無縫線路上也逐步被淘汰；因此目前在干線鐵路上線路架空一般均采用D12、D16、D20、D24標準D型鋼便梁。但標準的D型鋼便梁受鐵路限界、荷載等影響只能對單條線路進行架空加固，不能滿足道岔架空加固要求。

由于擬建框架橋跨徑較大，且施工地段既有線路為無縫線路，為確保施工安全，同時又能滿足行車要求、確保施工進度，根據現場調查，經綜合分析，確定采用特種D型鋼便梁對道岔進行架空加固。該特種便梁是在標準D型鋼便梁的基礎上進行加強設計而來。

2.1便梁主要尺寸確定

結合標準D型鋼便梁的跨度模數，為使便梁達到通用目的，根據工程實際和現場條件，施工便梁分三段架設進行設計，跨度分別為20.1m，16m和20.1m（可兼做標準16m和20mD型鋼便梁使用）。主梁中心距按照滿足鐵路建筑限界要求設計為4.90m～8.99m不等。橫梁位置按照現場調查的岔枕位置每根岔枕間隔內設置一根，并根據每根橫梁與主梁的對應位置計算橫梁長度為4.90m～8.99m不等。

主梁在D24米標準D型鋼便梁基礎上進行加強設計，仍采用雙層腹板（D型）結構，但腹板厚度加厚至10mm，三段主梁梁高分別為1.3m、1.2m、1.3m，三段主梁上下翼緣厚度分別加厚至40mm、40mm、60mm。橫梁一端通過加勁肋與主梁腹板相連接，另一端連接在主梁下翼緣底部。在主梁下翼緣板對應橫梁位置設置螺栓連接孔。

橫梁由于跨度不同，需單獨設計。三段橫梁下翼緣寬度300mm，上翼緣寬度240mm，高度分別為500mm、550mm、600mm，腹板厚度10mm，上下翼緣厚度20mm。

各部位具體尺寸設計如圖1所示。

2.2材料及計算參數

檢算活載采用中—活載。

列車運行限速45km/h，按照《鐵路橋梁搶修（建）技術規程》，列車沖擊系數取：

3　便梁結構檢算

3.1建立空間計算模型

采用通用有限元軟件，建立三段施工便梁有限元模型，分析中—活載作用下的豎向應力和變形。便梁建模時進行簡化處理，僅考慮主梁、橫梁，采用梁單元建模。

對主梁中的主橫梁連接處，采用彈性連接中的剛性連接處理。對支座邊界條件，采用只受壓點支撐。軌道中心距主梁中心2.1m，采用彈性連接中的剛性連接聯結到相應鋼軌處。利用軟件ANSYS，分別建立三段梁有限元模型，主梁和橫梁采用BEAM188梁單元模擬。

3.2主梁和橫梁分段受力檢算

根據簡支狀態下第一段便梁在自重+中—活載（含沖擊系數）作用下主梁等效應力云圖和剪力分布圖（圖2），最大等效應力為163MPa出現在主梁下翼緣；主梁最大剪力為1000kN。計算得到主梁截面最大剪應力為43.2MPa。

根據第一段20.1m便梁在中—活載（不含沖擊系數）作用下的位移變形圖。最大位移0.035m，出現在主梁中段，豎向靜活載撓跨比1/574。

第一段橫梁腹板高500mm。按照最大主梁中心距6.157m建立橫梁有限元模型，梁端簡支約束，線路中心距梁一端2.1m，施加2×11t節點荷載（含沖擊系數），計算得到橫梁最大等效應力為121MPa。橫梁最大剪力為182.5kN。計算得到橫梁截面最大剪應力為40.3MPa：

根據確定的第二、三段主橫梁尺寸。按照最大主梁中心距7.33m 和8.99m分別建立有限元模型進行計算，得出第二、三段主梁最大等效應力、最大剪應力、豎向靜活載撓跨比和橫梁最大等效應力、最大剪應力值，并將三段梁的主橫梁檢算數據統計列表如表1。

根據計算，主橫梁應力儲備充足，變形在《鐵路橋梁搶修（建）技術規程（試行）》允許范圍內，滿足限速45Km/h行車要求。

表1

3.3螺栓連接檢算

每根橫梁一端與主梁下翼緣用4顆M30高強度螺栓連接，最長橫梁上輪軌豎向力偏載系數0.765，考慮安全系數1.4，4顆高強度螺栓所承受最大拉力：

N=1.4×1.28×0.765×22t×9.8×1000=295.6kN

4顆高強度螺栓抗拉承載力設計值，其中P為單顆螺栓設計預拉力，依據《鐵路橋梁搶修（建）技術規程（試行）》，M30高強度螺栓設計預拉力360kN：

其中4顆高強度螺栓計算所承受最大拉力遠小于其抗拉承載力設計值，設計偏于安全。

3.4檢算結論

通過以上檢算，按既定設計參數，在限速45Km/h行車和中—活載作用下鋼便梁及連接件的強度、剛度、變形均滿足規范要求。

4　方案實施過程中的幾點注意事項

（1）道岔架空D型便梁的主梁不宜按低位設置，且每孔梁的兩片主梁至少有一片按高位梁設置。由于道岔架空D型鋼便梁在標準便梁的基礎上進行了加強設計，主梁和橫梁的結構高度均比標準梁大。如果主梁按低位梁設置，則主梁的梁底面將低于軌面至少1.8米，這樣在主梁安裝前開挖既有鐵路路肩的工作量非常大，且影響線路穩定。另外由于道岔鋼便梁的架設工作量較大，一般一孔梁要3至5個天窗點才能施工完成，需分步實施。通常先安裝兩片主梁，然后利用2至4個點分段安裝橫梁，每個點安裝的橫梁需立即加固并恢復線路行車。因此必須有一片主梁按高位梁設置，以便于每根橫梁就位后能及時與主梁連接牢固。

（2）橫梁位置以盡量避開岔枕位置為原則。由于道岔岔枕位置相對固定，不能像普通線路軌枕一樣可以順線路方向進行調整。因此在橫梁設計前必須對需要加固的道岔岔枕實際位置進行詳細調查，避免橫梁與岔枕沖突，以減少加固過程中拆除岔枕數量，確保線路穩定。

（3）道岔岔心鋼軌截面與普通鋼軌不同，岔心前后一定范圍內直曲股兩鋼軌間距離較小，因此橫梁與鋼軌的連接扣件需單獨加工并做加強處理，已達到有效聯接目的。

（4）通常情況下岔后曲股與直股線路軌頂標高不一致，設計時橫梁標高應按較低一股鋼軌標高控制，并水平設置，其他股鋼軌標高通過在扣件與橫梁間加墊墊板進行調整。

5　結論

本工程的成功實踐，證明采用經過加強設計的D型鋼便梁對干線鐵路道岔進行架空加固是一種更加安全、更加便捷高效的施工方案。施工中通過采用一些特殊設計解決了一些特殊部位的加固問題；另外通過設計檢算和工程實踐也證明了本方案的可靠性和可操作性，可以為今后同類工程施工提供借鑒依據。

［1］鐵路工程設計技術手冊站場及樞紐［S］.中國鐵道出版社，2006.

［2］鐵路技術管理規程［S］.中國鐵道出版社，2007.

［3］鐵路工務技術手冊［S］.中國鐵道出版社，2008.

［4］常用道岔主要參數手冊［S］.中國鐵道出版社，2008.

［5］鐵路橋涵設計基本規范［S］.TB 10002.1-2005.

［6］鐵路橋梁鋼結構設計規范［S］.TB 10002.1-2005.

［7］鐵路橋梁搶修（建）技術規程（試行）［S］.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.116