下穿鐵路頂進式框架橋設(shè)計

孫麗男

隨著科技的發(fā)展，人口密度的增加，在營業(yè)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(yīng)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(shè)新橋涵等等。這些新增設(shè)橋涵工程都在運輸繁忙的營業(yè)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(cè)預(yù)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(yù)先修好的后背支撐，頂入既有線路路基內(nèi)，即成為一座鐵路立交橋，這種施工方法就稱為頂進法。

1 設(shè)計原則

下穿鐵路框架橋主要應(yīng)遵循以下幾個主要設(shè)計原則:

1)頂進框架橋施工范圍內(nèi)，涉及到的各類管線應(yīng)查明其所屬產(chǎn)權(quán)單位，并調(diào)查其具體型號及使用用途等，了解與相關(guān)產(chǎn)權(quán)單位達成的協(xié)議及具體處理辦法。2)頂進框架橋前端一般會設(shè)置有刃腳，刃腳的主要作用有:a.切土，使箱涵沿著一個規(guī)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(wěn)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(yīng)視路基土質(zhì)情況而定，一般均不大于 60°，如圖 1所示。3)框架橋前端設(shè)置鋼筋混凝土刃腳后，后端為平衡前刃腳需設(shè)置平衡重尾墻。4)穿越多線的框架橋，其框架橋單節(jié)長度不宜過長，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)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(jié)縫宜設(shè)置在兩線間中心。5)框架橋頂面與線路軌底的距離應(yīng)根據(jù)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(qū)段，鋼軌為 60 kg/m，鋼筋混凝土軌枕。該橋場地地質(zhì)情況自上而下依次是:種植土，層厚0.4m;以下為砂質(zhì)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(jié)構(gòu)確定:根據(jù)建設(shè)單位的意見及道路的使用要求，框架橋結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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?？蚣軜蛄⒚娌贾脠D如圖 2所示。

3)結(jié)構(gòu)計算并繪制鋼筋圖?？蚣軜蚪Y(jié)構(gòu)計算采用鐵路地道橋CAD系統(tǒng)分析結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)鋼筋圖。根據(jù)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(jù)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(yīng)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?？蚣軜蚴┕で靶桀A(yù)先在線路兩側(cè)施工挖孔樁，挖孔樁直徑1.25m，樁長 14.4m。便梁一端需設(shè)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(shè)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(shè)計。工作坑是預(yù)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(yīng)根據(jù)鐵路線路平面、堆放材料的場地、鐵路兩側(cè)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(shè)在靠近鐵路正線的一側(cè)，以減少對鐵路運輸?shù)母蓴_;如穿越的鐵路線路系曲線地段，則最好選擇在曲線外側(cè)。工作坑的設(shè)計應(yīng)滿足鐵路安全的要求，并且坑底四周應(yīng)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(shè)計主要包括工作坑后背的計算，滑板、錨梁和導(dǎo)向墩的設(shè)置。工作坑滑板主要是作為預(yù)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(jié)構(gòu)在澆筑混凝土的過程中不致產(chǎn)生不均勻的沉降，并能防止框架橋結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)底面以下土壤的粘結(jié)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(dǎo)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(shè)置有潤滑隔離層，滑板底面以下設(shè)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(shè)有導(dǎo)向墩，導(dǎo)向墩一般距離框架橋邊墻外側(cè)5 cm～10 cm，導(dǎo)向墩沿頂進方向設(shè)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(jié)構(gòu)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(jù)設(shè)計最大頂力確定為鋼軌樁加鋼筋混凝土后背。

3 結(jié)語

框架橋?qū)τ诟纳萍扔薪煌顩r起到十分重要的作用，由于其結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，因此得到了廣泛的應(yīng)用?？蚣軜蛟谠O(shè)計中應(yīng)注意以下幾點:1)下穿框架橋結(jié)構(gòu)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(huán)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(shè)計必須滿足頂進框架橋設(shè)計最大頂力的要求，防止在橋體頂進過程中發(fā)生后背開裂、傾覆等事故，延誤施工工期。4)框架橋附屬結(jié)構(gòu)及輔助工程需依據(jù)實際情況進行設(shè)置，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，保證框架橋在使用過程中的整體穩(wěn)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(yīng)用[J].山西建筑，2009，35(5):306-307.