大跨度斜交框構(gòu)涵穿越無縫鐵路線路加固技術(shù)

徐成良

（遼寧省水資源管理集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110003）

1 工程概況

該框構(gòu)涵施工里程位于京哈線K809+859.49 m，為無縫線路地段，線間距為15.41 m，上行線為5.3‰上坡，下行線為8.3‰上坡，框構(gòu)涵軸線與線路軸線交角72.15°?？驑?gòu)涵全寬22.272 m、軸長(zhǎng)33.5 m、高9.9 m，采用現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制頂進(jìn)就位。涵體頂程48 m。施工期間正線列車限速45 km/h。

工程所在區(qū)域地下水類型為第四系孔隙潛水，同時(shí)存在季節(jié)性上層滯水、毛細(xì)水等。地下水埋深3.4～7.5 m，地下水位高程約為81.0～81.3 m。含水層主要為圓礫。

2 線路加固方案

框構(gòu)涵頂進(jìn)施工過程中，對(duì)既有線路進(jìn)行加固，是保證運(yùn)營(yíng)安全的重點(diǎn)，制定有效合理的加固方案，是決定列車能否安全運(yùn)營(yíng)的主要措施，該框構(gòu)涵的具體加固施工方案為：采用55C工字鋼縱梁、3-5-3吊軌梁同55C工字鋼橫抬梁組合，用C30鋼筋混凝土縱梁支墩進(jìn)行線路加固，然后進(jìn)行頂進(jìn)。

1）線路準(zhǔn)備。慢行申請(qǐng)行車速度按45 km/h、吊裝縱梁申請(qǐng)封鎖線路施工、所有電纜都已探明并做好防護(hù)。

2）支墩施工。頂進(jìn)前端設(shè)置鋼軌錨樁、混凝土橫梁中支帶，縱梁兩端設(shè)置200 cm×100 cm×60 cm的C20混凝土支墩。

3）便梁安裝?？v梁使用56C型工字鋼便梁，工便梁可用縱向聯(lián)接板，將5孔12 m的聯(lián)接起來組成50 m長(zhǎng)便梁。接頭聯(lián)接板進(jìn)行聯(lián)結(jié)時(shí)使用相同強(qiáng)度，由上、下兩組夾板和一組腹板拼裝而成。

4）橫抬梁安裝。橫抬梁采用56C工字鋼，所有橫梁一端架設(shè)在支墩上，另一端擱置于框架頂端。頂進(jìn)施工時(shí)，考慮橫抬梁與箱頂之間摩擦力的作用，為避免縱梁橫向變形，在箱頂接觸面放置鋼板，橫梁與鋼板間涂抹潤(rùn)滑油，以減少摩擦力，保證縱梁及線路方向正確，確保行車安全。

工作坑后面存在抗滑移樁，并且采用鋼絲繩、10 t倒鏈將橫抬梁與地面錨固點(diǎn)固結(jié)，這樣做的目的是為了防止在頂進(jìn)過程中，橫抬梁縱移線路影響列車的運(yùn)營(yíng)安全。

5）木枕安裝。一般選用木枕來連接便梁和縱梁，木枕安裝時(shí)要按照“隔六穿一”的原則進(jìn)行。安裝順序?yàn)椋洪_挖一孔然后穿入一根，穿入一根以后固定一根，依次逐步安裝完成。在安裝過程中，要嚴(yán)格掌握好方向，以保證行車的安全。木枕兩端采用高強(qiáng)螺栓與縱梁連接。

6）線路控制：因?yàn)槟菊砩厦娑剂粲械泪?，木枕和縱梁通過高強(qiáng)螺栓連接以后，使得線路被緊密固定在便梁之間，該工程采用此方法控制線路的橫向方向，使縱梁、橫梁和線路連接成為一個(gè)整體，保證了線路線形安全可靠。

7）軌束梁加固：依據(jù)軌束梁的具體跨徑和列車輪軌重的差異，其可以設(shè)計(jì)成一層或者兩層、焊接梁三種常見形式。單層梁由2到9根軌組成，當(dāng)鋼軌數(shù)量超過4根時(shí)，需要將軌道頂上、下錯(cuò)開進(jìn)行設(shè)置，但這種情況下需要將各個(gè)鋼軌拴在一起，以此確保鋼軌上、下軌底面在相同的平面之上。軌間空隙用木塊填塞。

3 提高限速的加強(qiáng)措施

吊軌梁在持久的頂進(jìn)過程中，彎矩過大，要保證線路穩(wěn)定，對(duì)以上提出的問題采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。主要如下：

1）改變支撐方式：使用軌束梁或工字鋼束梁對(duì)線路架空時(shí)一般是由枕木垛提供支承。枕木垛很容易發(fā)生變形，而路基在頂進(jìn)過程中非常容易出現(xiàn)沉陷等危害。在線路的兩側(cè)設(shè)挖孔樁6根，將臨時(shí)加固梁支承在挖孔樁上，使支承點(diǎn)比較穩(wěn)固，挖孔樁還可對(duì)路基起保護(hù)作用，效果較好。

2）加強(qiáng)縱梁自身聯(lián)結(jié)：縱梁通常情況下由很多片組成，由于鋼軌截面為工字型，其焊接起來比較困難，一般在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，會(huì)間隔一段距離后，采用等邊角鋼或高強(qiáng)螺栓等措施來固定幾片縱梁，保證鋼軌的整體性。

3）固定鋼軌：在施工時(shí)，為了防止實(shí)際鋼軌在運(yùn)營(yíng)期間內(nèi)發(fā)生橫向的移動(dòng)，橫梁之上添加角鋼，用木撐裝置或魚尾板等裝置頂住軌腰。

4 頂進(jìn)過程軌道分析

4.1 頂進(jìn)過程軌道變形分析

作用于軌道上的荷載系符合力的獨(dú)立作用原理，即列車輪系作用下軌道各部件的應(yīng)力、應(yīng)變，等于各單獨(dú)車輪作用下的應(yīng)力、應(yīng)變代數(shù)和。直線軌道上的垂直荷載采用準(zhǔn)靜態(tài)當(dāng)量靜荷載，其計(jì)算公式如下：

式中：Pd——車輪作用下鋼軌上的垂直動(dòng)荷載；Pj——靜輪載；α——速度系數(shù)，速度V≤160 km/h的電力牽引機(jī)車α=0.6v/100。

經(jīng)計(jì)算取Pd=280 kN。

1）荷載工況和模型建立。工況一為只有頂力作用，工況二為上行線來車，工況三為下行線來車，工況四為上行線和下行線同時(shí)來車。運(yùn)用大型商用有限元軟件ANSYS建立有限元模型。

2）荷載加載及求解。對(duì)工況四為最不利荷載進(jìn)行加載和求解，即上行方向和下行方向同時(shí)來車。

工況四為上行方向和下行方向同時(shí)來車。如圖1為Y方向位移云圖，圖2為Z方向位移云圖，圖3、圖4為鋼軌不利位置Y，Z方向位移變化時(shí)程圖。

圖1 Y方向位移云圖

圖2 Z方向位移云圖

圖3 鋼軌不利位置Y方向位移變化時(shí)程

圖4 鋼軌不利位置Z方向位移變化時(shí)程

從以上各圖可以看出，在上行方向和下行方向列車荷載作用下鋼軌最大豎向位移為4.046 mm，橫向最大位移為0.1 489 mm。鋼軌豎向最大位移超過2 mm，對(duì)行車安全和舒適性有一定影響，在施工過程中進(jìn)行限速運(yùn)行是合理的。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)分析

1）監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)方案?；诂F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)內(nèi)容，文中研究對(duì)依托工程施工全過程進(jìn)行了全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。根據(jù)依托工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，并結(jié)合已有測(cè)站資料，共布置了4個(gè)測(cè)站點(diǎn)，地面相對(duì)高程參考點(diǎn)2個(gè)，線路監(jiān)控點(diǎn)3排，經(jīng)檢測(cè)儀器均能滿足監(jiān)測(cè)精度。

2）鐵路路基及軌道沉降監(jiān)測(cè)成果與分析。鐵路路基沉降量是評(píng)價(jià)箱涵頂進(jìn)施工優(yōu)劣的重要指標(biāo)，對(duì)箱涵頂進(jìn)施工引起的軌道和路基沉降變化進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)要求并結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)情況，分別在框構(gòu)涵兩側(cè)各10 m、20 m處設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，并在框構(gòu)涵頂中間及兩邊設(shè)置線路沉降觀測(cè)點(diǎn)。不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)處框構(gòu)涵高程沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖5。

圖5 框構(gòu)涵高程偏差統(tǒng)計(jì)圖

根據(jù)實(shí)施后的數(shù)據(jù)顯示：線路及路基高程偏差變化規(guī)律性不強(qiáng)，但均在允許范圍之內(nèi)波動(dòng)。根據(jù)研究總結(jié)出的技術(shù)要點(diǎn)，在具體的工程實(shí)施工程中，得以驗(yàn)證。

5 結(jié)語

文中研究正遇遼寧省重點(diǎn)輸水工程穿越京哈鐵路工程實(shí)施，針對(duì)無縫雙線線路、曲線地段線路加固方法，提出采用冠梁支撐橫抬梁、增設(shè)魚尾板和角鋼的聯(lián)動(dòng)裝置加強(qiáng)措施，為提高列車行駛安全和線路穩(wěn)定做好鋪墊。通過規(guī)范化管理模式的運(yùn)行極大地提高了施工單位的工程建設(shè)效率，顯著提升了工程建設(shè)進(jìn)度，創(chuàng)新、優(yōu)化的一些列新技術(shù)措施保障了工程建設(shè)任務(wù)順利實(shí)施及環(huán)境保護(hù)社會(huì)效益的同步進(jìn)行。

［參 考 文 獻(xiàn)］

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