既有線緩和曲線地段新建人行地道設(shè)計(jì)

趙國強(qiáng)

既有線緩和曲線地段新建人行地道設(shè)計(jì)

趙國強(qiáng)

Ji you xian huan he qu xian di duan xin jian ren xing di dao she ji

一、概況

忻州市神池縣東瓦窯路口西一巷、寧岢線K18+819處有一處未封閉的、供周邊居民步行橫穿鐵路的通道，人流量較大。為實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)營全封閉管理、方便居民通行、消除路外安全隱患，應(yīng)鐵路局與地方政府要求，需在此處修建地下人行通道1座，封閉該通道。新建鋼筋混凝土框架地道使用凈空2.5m（寬）*2.5m（高），主框架在K18+819與線路走向正交下穿。9m主框架采用一次頂進(jìn)施工，出入口采用明挖現(xiàn)澆施工。

擬建地道所處場地情況較為復(fù)雜，出入口一端兩側(cè)為磚混結(jié)構(gòu)民房，最近距離僅為5.38m，另一端為通行量較大的瀝青公路，如圖1所示。地道下穿位置所處區(qū)段為單線電氣化鐵路，平面位于緩和曲線上，至神池站方向縱坡為4.4‰的下坡，鋪設(shè)60Kg/m鋼軌，砼2型軌枕（軌枕間距55cm）、碎石道床。根據(jù)收集到的線路資料結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查：實(shí)測K18+819處外軌超高44mm。

圖1 擬建地道場地情況

二、線路加固設(shè)計(jì)

D型便梁在既有線的頂進(jìn)施工過程中的應(yīng)用較常見，在圓曲線架設(shè)時(shí)的超高值計(jì)算較簡單，但本地道恰好位于緩和曲線上且不得進(jìn)行超高調(diào)整，經(jīng)過研究決定采用維持緩和曲線超高的方案進(jìn)行D梁架空加固線路，D梁基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。

1.荷載計(jì)算

荷載主要包括D梁自重、鋼軌自重、軌枕自重、列車豎向活載。列車豎向靜荷載按“中-荷載”取值，動(dòng)力系數(shù)（1+μ）=1+28/（40+L），其中L為D梁跨度。“中-荷載”加載見圖2。

使用的D梁型號(hào)為中鐵寶橋生產(chǎn)的D12型，經(jīng)驗(yàn)算取甲式、縱梁高位的參數(shù)進(jìn)行安裝，此時(shí)縱梁軌底至支座底高差為281mm，單根縱梁重量為4.7t。

圖2 為“中-荷載”加載示意圖

在計(jì)算跨度影響范圍內(nèi)，經(jīng)計(jì)算，列車靜荷載為451.31KN，動(dòng)力系數(shù)為1.54，D梁自重168KN，鋼軌自重15.06KN，軌枕自重84.71KN。單根樁樁頂承受荷載P為761KN。

2.樁長計(jì)算

《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中挖孔灌注樁的容許承載力計(jì)算式為：

式中，[P]-樁的容許承載力（KN）；U-樁身截面周長（m），樁徑取1.2m；fi-各層土的極限摩阻力（KPa），黃土質(zhì)粉砂土取55KPa；li-各土層的厚度（m）；A-樁底支承面積（m2）；[σ]-樁底地基土的容許承載力（KPa）；m0-樁底支承力折減系數(shù)。

安全系數(shù)取1.5，即[P]/P≥1.5，代入各值求樁總長∑li，計(jì)算結(jié)果為6.3m，考慮到表層道砟厚度0.8m，最終取樁長8m。

3.D梁架設(shè)

D梁架設(shè)在緩和曲線上，內(nèi)軌與外軌坡度不一致，而D梁為整體剛性梁，架設(shè)完成后整副梁的坡度是一致的。在此考慮將架梁坡度定為內(nèi)軌的縱坡坡度，分別計(jì)算4根基礎(chǔ)樁的樁頂標(biāo)高，軌底與D梁橫梁間隙采用加墊高強(qiáng)橡膠墊和三合板的措施補(bǔ)償。

為防止D梁縱、橫向產(chǎn)生偏移，D梁樁基頂、縱梁端及縱梁外側(cè)植入φ20鋼筋進(jìn)行限控，梁體加固完成、軌道平面及高程經(jīng)檢查確認(rèn)無誤后進(jìn)行鉆孔植筋，植入深度20cm、外露10cm，每處5根。梁體架設(shè)時(shí)，軌面、梁底、樁頂三者的關(guān)系如圖3所示。

圖3 高梁端截面

三、框架頂進(jìn)設(shè)計(jì)

1.頂力計(jì)算

按《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中第8.2.2條公式計(jì)算最大頂力。

式中，Pmax-最大頂力（KN）；N1-橋涵頂上荷載；μ1-橋涵頂上表面與頂上荷重的摩擦系數(shù)；N2-橋涵自重（KN）；μ2-橋涵底板與基底土的摩擦系數(shù)；E-橋涵兩側(cè)土壓（KN）；μ3-側(cè)面摩擦系數(shù)；R-鋼刃角正面阻力（KPa）；A-鋼刃角正面積（m2）；K-系數(shù)，一般取1.2。

Pmax=1.2*（267.8KN*0.3+（267.8 KN +857.0 KN）*0.8+2*353.2 KN *0.8+500 KPa *1.92m2）=3006.4KN

2.后背設(shè)計(jì)

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，后背設(shè)計(jì)為P50軌鋼板樁墻，墻后土為原狀土。

采用古典靜力平衡法，根據(jù)Rankine理論計(jì)算被動(dòng)土壓力Ep，忽略Ea，假定千斤頂作用點(diǎn)與Ep作用點(diǎn)重合，則:

頂進(jìn)時(shí)最大頂力Pmax為3006.4KN，后背有效寬度3.3m，則每延米頂力P為911.03KN/m。

單位換算后，P取值91.9t，γ取值1.8t/m3，φ取值20°，代入式中可得：H=7.08m

h2=H/3=2.36m，后背堆土高h(yuǎn)1=4.72m。為保證一定的安全度，實(shí)施施工時(shí)鋼板樁入土深度取1.3倍計(jì)算值，則實(shí)際h2取值為3.07m。

3.鋼板樁截面驗(yàn)算

單根P50軌截面模量W為216m3，則每延米根數(shù)n=910/216=4.22根，取5根，即P50軌間距為20cm。

4.頂進(jìn)總體設(shè)計(jì)

滑板采用帶地錨梁的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，使用3臺(tái)200t千斤頂進(jìn)行頂進(jìn)。滑板與預(yù)制結(jié)構(gòu)之間設(shè)置潤滑隔離層，頂進(jìn)方案圖如圖4所示。

圖4 頂進(jìn)方案設(shè)計(jì)圖

四、結(jié)語

既有線地段頂進(jìn)框架設(shè)計(jì)工作涉及的內(nèi)容較多，由于篇幅所限，本文選擇重要內(nèi)容進(jìn)行了分析、計(jì)算。其它如滑板的結(jié)構(gòu)和配筋計(jì)算、頂進(jìn)工作坑的基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)等內(nèi)容，考慮到其較為簡單易算或僅需滿足構(gòu)造要求，未在本文中進(jìn)行闡述。實(shí)踐證明，本設(shè)計(jì)選擇的方案、措施均滿足施工要求，施工過程中未出現(xiàn)任何安全、質(zhì)量問題。

（作者單位：中鐵十七局集團(tuán)有限公司勘察設(shè)計(jì)院）