既有鐵路框構橋頂進施工無縫線路設計方案研究★

張 翔

(中鐵第六勘察設計院集團有限公司線路站場設計院，天津 300308)

1 工程概況

1.1 無縫線路概況

為達到既有鐵路提速要求，越來越多的平交道口需進行立交改造。為保證運營線上不中斷行車，通常采用框構橋頂進施工。鋪設無縫線路是對鐵路軌道結構的一項重要技術革新，是現代鐵路為實現高速、重載運輸而采取的最佳軌道結構，已經得到世界各國重視和推廣應用。鋪設無縫線路可以最大限度的減少鋼軌接頭，降低列車對軌道結構的沖擊和振動作用，全面提高線路的平順性和整體強度，增強行車安全性和旅客舒適度，減少軌道部件損耗和養護維修工作量，降低維修費用，改善振動和噪聲對環境的影響[1]。標準無孔鋼軌焊接成長軌條的線路，被稱作無縫線路[2-3]。無縫線路分為區間無縫線路及跨區間無縫線路。無縫線路一般在工廠焊接成100 m或500 m的長鋼軌，運輸至工地后將長軌焊接成1 000 m～2 000 m的單元軌節，區間無縫線路在車站兩側岔區設2根～4根25 m的標準鋼軌作為緩沖區，以保證溫度變化產生的應力及施工期間應力集中產生的應力得以釋放，從而保證無縫線路不脹軌、不脫軌，以保證行車安全[4]。采用框構橋頂進施工對既有無縫線路不可避免會產生影響，因此對框構橋頂進施工過程中無縫線路設計方案的研究十分必要。

1.2 工點概況

選取東北地區、華北地區及華南地區3個不同地理區域的典型工點，對既有鐵路框構橋頂進施工過程對無縫線路的影響進行了闡述，分析總結框構施工對既有無縫線路造成危害性，選取工點如下：北黑鐵路K80+532框構橋工程、津薊鐵路K120+532框構橋工程、焦柳鐵路K1355+263框構橋工程，工點最大軌溫差范圍為60 ℃～100 ℃，涵蓋各種無縫線路技術條件，極具代表性。工點具體參數如表1所示。

表1 工點參數表 ℃

2 框構橋頂進施工工藝及對既有無縫線路影響

2.1 框構橋頂進施工工藝

框構橋頂進施工需先在鐵路兩側挖好基坑，在鐵路一側基坑中預制好框構橋，利用千斤頂受壓產生垂直于鐵路的橫向力，使框構橋垂直于鐵路方向在鐵路底下行進[5]。框構橋推進一次，千斤頂回位一次，循環數次后框構橋完全置于鐵路下的設計位置，頂進完成[6]。頂進期間不中斷既有鐵路行車[7]。

2.2 框構橋頂進施工隊既有無縫線路影響

千斤頂頂進框構橋過程中，會產生垂直于鐵路方向的橫向力，橫向力對既有無縫線路造成單點的應力集中，存在脹軌及脫軌的安全隱患[8]。無縫線路的穩定性受道床橫向阻力、溫度力及軌道原始不平順的影響，框構頂進過程中不可避免會對無縫線路產生影響。在以往的工程實踐中，框構橋頂進過程中往往忽略對無縫線路進行處理，不間斷鐵路行車情況下，存在嚴重的安全隱患，甚至危及到旅客人身安全[9]。

3 無縫線路設計方案

為防止鐵路出現脹軌及脫軌危險，一般先進行應力放散，鋸斷長軌，換鋪短軌再加固線路；或先鎖定兩側線路，直接鋸軌打孔再加固線路。其目的都是為了降低或消除鋼軌內的溫度力。針對北黑鐵路K80+532、津薊鐵路K120+532、焦柳鐵路K1355+263三個框構橋工程的實踐經驗，結合當地養護維修部門意見，在不中斷鐵路運行的情況下，為解決應力集中問題，對框構橋頂進施工工點研究了換鋪周轉軌方案(方案Ⅰ)、直接鋸軌打孔連接方案(方案Ⅱ)、放散鎖定方案(方案Ⅲ)三個方案。

3.1 方案概述

換鋪周轉軌方案(方案Ⅰ)：在頂進框構橋上方，對1 500 m單元軌節進行放散，鋸除既有框構橋頂進施工工點上方75 m長鋼軌,換成3根25 m標準有孔軌，對兩側1 425 m長鋼軌再次進行鎖定，待框構橋頂進施工結束后，將3根25 m標準有孔軌換鋪成長鋼軌并進行焊接，對整個1 500 m單元軌節再次進行放散鎖定。

直接鋸軌打孔連接方案(方案Ⅱ)：在頂進框構橋上方，對1 500 m單元軌節進行放散，對框構橋頂進施工工點上方75 m長鋼軌進行鋸軌、打孔，并補充螺栓魚尾板進行連接，待框構橋頂進施工結束后，鋸掉打孔部分長鋼軌，并補充無孔軌進行焊接，之后對整個1 500 m單元軌節再次進行放散鎖定。

放散鎖定方案(方案Ⅲ)：利用天窗時間施工，在頂進框構橋上方，對施工范圍前后共75 m進行放散，天窗時間后對75 m范圍進行鎖定，以便于鐵路正常運營。待框構橋頂進施工結束后，對整個1 500 m單元軌節再次進行放散鎖定。該方案僅能在天窗時間進行施工，需要多個天窗時間方可完成施工，工期最長。

換鋪周轉軌方案及直接鋸軌打孔連接方案示意圖如圖1所示。

3.2 方案比選分析

各方案主要工程數量及投資比較見表2。

表2 工程經濟比較表

由表2可知放散鎖定方案(方案Ⅲ)投資最少，直接鋸軌打孔連接方案(方案Ⅱ)投資適中，換鋪周轉軌方案(方案Ⅰ)投資最高，但投資相差均不大。

各方案優缺點分析見表3。

表3 方案優缺點綜合評價表

3.3 方案比選推薦意見

經分析，放散鎖定方案(方案Ⅲ)雖投資最少，但施工工期不可控，需多個天窗點進行施工，且不能解決應力集中問題，存在安全隱患，予以舍棄。換鋪周轉軌方案(方案Ⅰ)雖投資最高，但僅比直接鋸軌打孔連接方案(方案Ⅱ)高13萬元，差別不大，且存在現場接觸焊接點少，無縫線路使用壽命長，便于養護維修等優點，故選擇換鋪周轉軌方案(方案Ⅰ)為推薦方案[10-12]。

4 結語

1)目前，框構橋頂進工程對無縫線路處理仍沒有統一的方式方法，且往往被忽視，存在嚴重的安全隱患，值得進一步研究。2)采用換鋪周轉軌方案(方案Ⅰ)可將換鋪地段視為無縫線路的緩沖區，很好的解決了無縫線路應力集中問題，施工時間充足，施工期間能夠保證行車安全。3)采用換鋪周轉軌方案(方案Ⅰ)在解決行車安全隱患的同時，能夠使現場接觸焊焊點最少，減少無縫線路運營病害，增加其使用壽命。