鐵路D型便梁錯位布置的架空體系分析

陸敬松 (安徽鐵建工程有限公司，安徽 蚌埠 233040)

0 前言

隨著城市的發展，已出現較多的鐵路與地鐵隧道相互交叉[1～4]的情況，地鐵隧道在鐵路下方穿過，按平面位置關系分為傾斜相交與垂直相交兩種。后續隨著城市的進一步擴張與空間的局限，不排除在地鐵隧道與普速鐵路交叉口之間新建(改建、擴建)城市道路，并以下穿框架橋型式通過。即新建框架橋位于普速鐵路下方、既有地鐵隧道上方。下穿框架橋與普速鐵路之間按平面位置關系分為傾斜相交與垂直相交兩種。三者交叉時各工程之間存在復雜的相互作用，安全風險較大。

三者交叉時，一方面需對上部普通鐵路進行加固，確保鐵路運營不中斷；另一方面要對下方既有地鐵隧道進行保護，符合相關技術規范。此時，對既有鐵路加固的架空體系布置尤為重要，其樁基礎的方位應符合《城市軌道交通結構安全保護技術規范》(CJJ/T202-2013)[5]的要求，即外部工程樁與地鐵隧道外邊緣之間的水平凈距不小于3.0m。

當既有地鐵隧道與既有普速鐵路傾斜相交、新建框架橋與普速鐵路垂直相交時，位于地鐵左線、右線隧道之間架空體系的樁基礎連線與鐵路運行方向呈傾斜狀，而兩側的樁基礎連線與鐵路運行方向呈垂直相交。導致后續各片D 型便梁的跨度不同、撓度不同，使鐵軌容易形成三角坑[6～9]，影響鐵路的安全運行。如何降低該情況下的鐵軌三角坑變形幅度，降低鐵路運行風險，是值得探討的技術問題。

1 錯位布置的架空體系

某市地鐵隧道與普速鐵路呈約30°傾斜相交，地鐵左線與右線之間中心距14.2m，后續新建的城市下穿框架橋與普速鐵路呈垂直相交，如圖1 所示。現探討該情況下鐵路架空體系的設置方法。

圖1 地鐵隧道、鐵路與新建框架橋位置關系俯視圖

針對該工程特征，提出一種降低鐵路軌道三角坑變形幅度的架空體系，由人工挖孔樁、系梁、D 型便梁與鋼桁架組成。人工挖孔樁與地鐵隧道邊緣的水平凈距不小于3.0m，位于雙線隧道之間的人工挖孔樁連線與鐵路運行方向傾斜相交，位于地鐵隧道外側的人工挖孔樁連線與鐵路運行方向垂直相交。系梁位于同一排人工挖孔樁的上方，且雙線隧道之間的系梁上設置與鐵路運行方向垂直的預留孔；D 型便梁兩端搭在相鄰的系梁上；鋼桁架設置在鐵路線兩側的最大跨度D 型便梁的外側，鋼管穿越系梁的預留孔后兩端通過連接件與兩側的鋼桁架固定相連；鋼管從底部托住不同跨度的D 型便梁，從而形成降低鐵路軌道三角坑變形幅度的結構體系。所提架空體系如圖2～圖5所示。

圖2 架空體系俯視圖

圖3 架空體系三維方位圖1

圖4 架空體系三維方位圖2

圖5 架空體系上部結構詳圖

人工挖孔樁與系梁均為鋼筋混凝土結構。根據規范要求[5]，外部工程樁與地鐵隧道外邊緣之間的水平凈距不小于3.0m，如此造成中間一排樁與兩側樁不平行的狀況，導致后續同一股軌道線路兩側的D 型便梁的跨度不同、撓度不同，容易形成三角坑。

為了便于后續橫抬梁的施工，同一股軌道線路兩側的D 型便梁規格型號相同。鋼管從底部托住D 型便梁，鋼管與D 型便梁之間可插入墊板使相互緊密接觸。雙線隧道之間系梁上的預留孔孔徑略大于鋼管的外徑，便于鋼管穿入預留孔中。鋼管穿入預留孔后其走向與鐵路運行方向垂直。

鋼桁架設置在鐵路線兩側的最大跨度D 型便梁的外側，如圖2 所示。鋼管從底部托住不同跨度的D 型便梁，給D型便梁增加了受力支點，從而形成降低鐵路軌道三角坑變形幅度的結構體系。鋼管的受力傳遞給鋼桁架，鋼桁架兩端傳遞給系梁，系梁再傳遞給樁基礎。受力路徑明確，結構設計合理。

所提架空體系的優點：由于空間的局限性導致同一股鐵軌線路兩側的D 型便梁跨度不同、撓度不同，容易形成三角坑，影響行車安全。采用鋼管從底部托住D 型便梁的方式(鋼管兩端連接在鋼桁架上)，大大降低了不同跨度D 型便梁的差異沉降，從而達到降低鐵路軌道三角坑變形幅度的目的，提高鐵路架空體系的安全性與可靠性。

2 架空體系施工方法

所提降低鐵路軌道三角坑變形幅度的架空體系的施工步驟如下。

①采用獨立支墩架設便梁的方式，對既有鐵路進行加固。加固后對擬建樁基礎上方的土體進行一定深度的開挖，形成土體開挖部分。在土體開挖部分內進行人工挖孔、設置鋼筋籠、澆筑混凝土，形成人工挖孔樁，如圖6 所示。工程樁與地鐵隧道外邊緣之間的水平凈距不小于3.0m。

圖6 樁基施工完畢俯視圖

②在同一排人工挖孔樁的上方施作系梁，系梁終凝后用素混凝土把土體開挖部分填充密實，其中雙線隧道之間的系梁上設置與鐵路運行方向垂直的預留孔，如圖7、圖8所示。

圖7 系梁施工完畢俯視圖

圖8 系梁施工完畢三維示意圖

③便梁轉換，在兩側系梁架設D 型便梁對鐵軌進行加固。同一股軌道線路兩側的D 型便梁規格型號相同，如圖9所示。

圖9 D型便梁加固示意圖

④鋼管穿越系梁的預留孔，鋼管穿入預留孔后其走向與鐵路運行方向垂直，如圖10所示。

圖10 穿入鋼管示意圖

⑤提前制作鋼桁架，鋼桁架設置在鐵路線兩側的最大跨度D 型便梁的外側，鋼管穿越系梁的預留孔后兩端通過連接件與兩側的鋼桁架固定相連；鋼管從底部托住不同跨度的D 型便梁，從而形成降低鐵路軌道三角坑變形幅度的結構體系，如圖11所示。

圖11 架設鋼桁架示意圖

⑥后續再制作、頂進新建框架橋，使新建框架橋位于普速鐵路下方、既有地鐵隧道上方，新建框架橋與既有普速鐵路垂直相交，如圖12所示。

圖12 后續框架橋頂進就位示意圖

3 架空體系的尺寸設計

某地鐵隧道與普速鐵路呈約30°傾斜相交，地鐵左線與右線之間中心距14.2m，后續新建的城市下穿框架橋與普速鐵路呈垂直相交，現探討其架空體系的具體尺寸。

隧道外徑按6.20m 考慮，左線與右線之間中心距14.2m，則兩隧道之間的凈距為8.0m。人工挖孔樁直徑1.50m，樁長17.5m。中間人工挖孔樁距離兩側隧道水平凈距為3.25m，滿足規范要求，如圖13 所示。工程施工中應采取有效措施降低人工挖孔樁對鄰近隧道的影響。

圖13 架空體系的布置圖

系梁尺寸為2.5 m(高)×2.0m(寬) ×14.0 m(長)。D 型便梁型號均為D24，同一股鐵軌兩側D 型便梁的錯位搭接長度約3.5m，即同一股鐵軌兩側的D 型便梁跨度差為3.5m，由此容易產生三角坑。

采用外徑27.3cm的鋼管進行加固，鋼管兩端牢固連接在鋼桁架上。由于鋼桁架自身的撓度變形較明顯，故鋼桁架兩端可設置液壓設備，隨時根據變形情況進行高程調整。當鋼桁架豎向變形較大導致鋼管與D 型便梁底部不接觸時，可通過液壓設備動態抬高鋼桁架兩端支點，使鋼管繼續托住D 型便梁，從而達到減小三角坑變形幅度的目的。

4 結語

提出了一種降低鐵路軌道三角坑變形幅度的架空體系，包括人工挖孔樁、系梁、D 型便梁與鋼桁架；人工挖孔樁與地鐵隧道邊緣的水平凈距不小于3.0m，位于雙線隧道之間的人工挖孔樁連線與鐵路運行方向傾斜相交，位于地鐵隧道外側的人工挖孔樁連線與鐵路運行方向垂直相交；系梁位于同一排人工挖孔樁的上方，且雙線隧道之間的系梁上設置與鐵路運行方向垂直的預留孔；鋼桁架設置在鐵路線兩側的最大跨度D 型便梁的外側，鋼管穿越系梁的預留孔后兩端通過連接件與兩側的鋼桁架固定相連。采用鋼管從底部托住D 型便梁的方式，降低了不同跨度D 型便梁的差異沉降，減小了鐵路軌道三角坑變形幅度，提高了鐵路架空體系的安全性與可靠性。