大跨度框架顶进施工时的线路加固设计及施工关键技术

摘要：本文结合南宁市长湖路-长堽路下穿湘桂铁路立交工程施工实例，详细介绍了在不中断既有铁路运营的情况下，采用工字钢纵横抬梁法+吊轨梁及挖孔桩作支墩等线路加固施工技术，成功解决了顶进宽度达45m，架空既有线路宽度达56.25m，下穿铁路5股道的框架桥线路加固关键技术，确保了铁路线路安全和正常运营。

关键词：铁路框架桥大跨度顶进线路加固 纵横抬梁法

中图分类号：F53 文献标识码： A

1 工程概况及技术难点

南宁市长湖路-长堽路下穿湘桂铁路立交工程，道路中心线在湘桂线K783+268.767处与铁路中心线相交，交点处道路里程K0+601.233，交角为104°12′。地道桥主体工程为2座并列框架，框架顶面积1513.6m2。①号框架为（12m+15.5m+12m）3孔连续框架桥，框架长44.252m，宽29.03m，高8.9m。框架桥主体顶板厚0.9m，底板厚度1.0m，边墙厚度0.9m，中墙0.8m，净高7.0m。②号框架为一孔框架，净宽6.5m，框架长7.943m，宽29.03m，高8.9m。框架桥主体顶板厚0.6m，底板厚度0.7m，边墙厚度0.6m，净高7.6m。①、②号框架采用中继间顶进法施工，①、②号框架均分为3节预制，工作坑设于铁路线路左侧原货场站台上。

立交工程顶进施工时不得中断铁路运输营，需对既有线路的进行线路加固处理措施。不仅需架空线路的净跨度达45m，计算跨度大大超过铁路施工规范提供的钢束梁及D型便梁的最大计算跨度，且线路加固数量达5股，因此需进行线路加固结构的个别设计及结构受力计算。

因此，在当前困难条件下如何进行线路加固处理，确保铁路的安全正常运营及施工顶进的顺利进行成为本项目的施工重难点。

2 线路加固的设计方案

线路加固在桥涵顶进作业中是保障行车安全的核心，合理稳固的加固方案是确保行车安全的重要保障。本项目架空线路跨度大，加固股数多，为满足结构受力，设置线路加固的纵梁支墩，减少纵梁跨度。在确保铁路运营、施工安全及降低施工成本的原侧下，经过对加固方案进行多次比选及优化，最终采用了如下的线路加固方案。

采用纵挑横抬梁和P50轨3-3-3-3吊轨梁对铁路进行加固，扣轨加固长度75m。按设计要求P50轨线路加固前要求将砼枕更换为木枕，但经对既有线路深入调查后发现既有线路处在直线地段，既有线路几何尺寸较好，如将砼枕更换为木枕，将不利于保持线路几何尺寸，加上现在木枕及扣件材料料源少，拟采用不更换砼枕直接进行P50轨（3－3－3－3）扣轨加固线路。

纵挑梁采用Ⅰ56b工字钢，线路外侧纵梁3根一束，线路之间纵梁5根一束，单层布置。横抬梁采用Ⅰ56b工字钢，间距1.0m。纵梁以人工挖孔桩作支撑，所加固的5股道线路设6排桩，经过结构受力检算，线路方向桩采取6.25m间距，每排13根。从1股道起桩孔中心距离既有线中心分别为2.20m，2.50m，2.50m，2.60m，2.60m，2.48m，2.48m，2.425m，2.425m，2.20m，两桩孔中心横向距离分别为4.40m，5.10m，5.08m，4.905m，4.625m；桩身采用C25钢筋混凝土，桩身孔径为1.50m，桩长14.0m。

线路加固如图1、图2所示。

图1线路加固布置平面及立面图

图2线路加固节点结构

3线路加固施工关键技术

3.1施工前准备工作及防护要点

进行支墩挖孔桩施工前采用P50轨3-3-3-3吊轨梁对铁路线路进行加固。

线路加固前对线路进行应力放散，线路加固采用封锁列车运行施工，手续报铁路局运输处批准。两端分别在0.8km处设远端防护联络员，车站设驻联络员，现场设专职防护员。

线路加固完毕，要严格检查线路的方向、水平、轨距、及加固螺栓扣件是否松动，其它料具严禁侵限，工字钢与线路钢轨接触处的绝缘是否良好等。施工范围列车限速45km/h慢行通过，实行“机工”联控，采取三班倒看守和防护。施工地点前后20m处各设置减速地点标，施工地点前后800m处各设置移动减速信号牌。施工期间，每趟列车通过后要认真检查轨道的轨距、水平、方向，观察线路加固的变化情况，并作好记录。还需备足道碴和厚度不等的硬木板，以便调整线路的高低和水平。

3.2纵梁安装

纵挑梁采用Ⅰ56b工字钢，线路外侧纵梁3根一束，线路之间纵梁5根一束，单层布置。本工程顶进穿过5股道既有线，需加固5股道线路，加固长度75m，单束采用Φ22圆钢U型扣件联接。纵梁架设采用2台50T吊车吊装到路肩，利用线路封锁点跨线移梁。架设纵梁前，先在工字钢场地内加工成束，另外利用列车间隔时间，把纵梁位置的道碴挖出装好麻袋并堆码回纵梁槽位置，封锁架设纵梁时可以迅速清出纵梁槽位置，以便在封锁点内完成更多的安装纵梁工作。挖到桩顶时凿除高出部分并抹平，使纵梁更好的受力；另外在桩顶部预埋钢筋，待纵梁安装就位后及时与桩顶预埋钢筋连接牢固，限制便梁的纵向移动。

先封锁安装第5道的纵梁，之后再往第1股道方向顺序安装。

3.3 横抬梁安装

横抬梁采用Ⅰ56b工字钢，间距1.0m，每根长度9m。横抬梁与轨枕、纵梁采用Φ22圆钢U型扣件联接。按砼枕间距，每空砼枕穿一根钢枕，穿钢枕时要按工务“隔六穿一”的原则，穿一根加固一根并振捣密实，与钢轨接触面垫好绝缘板，防止联电，施工时严格控制水平、方向及轨道几何尺寸，确保行车安全。横抬梁安装利用线路封锁点跨线移梁，安装前，把用横抬梁工字钢移至线路路肩边上。由于横抬梁长度为9m，中间3股道的安装是从侧边两股道钢轨底穿过至位置，因而封锁安装横抬梁时，先安装第3道既有线，之后再施工两侧股道。

顶进过程中，部分横抬梁支点转移至框架上，为避免横抬梁与箱顶磨擦力使纵梁横向变形，在横梁下放置滑车，滑车与框架顶之初是设置钢板，以减少顶进时磨擦力，保证纵梁及线路方向，确保行车安全。

3.4线路恢复

顶进就位后，向铁路局运输处申请封锁点进行拆除线路加固设施，补充线路道碴，恢复线路，最后向铁路局运输处申请取消慢行，恢复线路列车运行常速。

3.5线路控制

纵梁横向控制：框架桥预制时在框构顶板预埋φ25圆钢作为锚环。顶进施工中在纵梁中部按4m间距设置共9个10t导链，一端固定在纵梁，另一端固定在箱顶预埋锚环上，箱身顶进时，导链同时拉紧，进一步控制纵梁横向移动，以纵梁线路不变形为宜。

纵梁纵向控制：在支撑挖孔桩顶部预埋4根φ28圆钢，待纵梁安装就位后及时与纵梁连接限制纵梁的纵向移动。

通过上述措施，纵梁、横梁、线路形成一个整体结构，能确保线路不变形。

4 线路加固稳定性验算

荷载取值：铁路中活载；动力系数取：1+μ。

（1）3片I56b主跨工字钢纵抬梁检算如下：

根据《铁路工务安全规则》，限速45km/h时3I56b工字钢纵梁容许最大跨度为9.6m，本工程工字钢线路加固主跨为6.25m，因此不需检算，可安全使用。

（2）工字钢I56b横抬梁检算

I56b工字钢特性查《铁路工程施工技术手册—桥涵下册》得：惯性矩Ix=68512cm4，面积矩Wx=2446cm3，弹性模量E=210GPa，A=146.45cm2，材质容许应力[σ]=170MPa，容许挠度f/Lp=1/400。

根据纵梁及线上轨道分布情况，纵梁上I56b工字钢横抬梁最大跨度为5.1m，考虑到线路加固时基本轨及吊轨梁的作用，列车轮对由2根横抬梁来承载，荷载取值按单个机车轴重220kN计，分布于横抬梁承受，P=220kN，考虑列车的冲击力（列车限速45km/h）时，活载冲击系数：μ=1+28/（40+5.1）×0.75×45/60=1.35。F=220×1.35=297nN。单根工字钢横抬梁受力示意如图3所示，

图3单根工字钢横抬梁受力检算图

a.强度验算

σmax=Mmax/W=134.7×103/（2446×10-6）=55.1MPa＜170MPa（可）

b.挠度验算

fmax=2.2mm＜[f]=LP/400=5100/400=12.8mm（可）

结论：采用间距为1.0m的I56b工字钢横抬梁横抬线路，强度、挠度检算通过，可安全使用。

（3）框架顶进时横抬梁检算

在框架顶进过程中，需逐排将框架前的挖孔桩支墩凿除，凿除孔桩前，将横梁一端的支点转移至框架顶上，这时横抬梁一侧搭在框架上，另一侧在前排桩上，根据本项目孔桩支墩的布设情情况，顶进时横抬梁最不利工况如图4所示。

图4框架顶进时横抬梁受力图

其受力检算如图5所示。

图4框架顶进时横抬梁受力检算图

a.强度验算

σmax=Mmax/W=212.5×103/（2446×10-6）=86.9MPa＜170MPa（可）

b.挠度验算

fmax=7.1mm＜[f]=LP/400=7600/400=19mm（可）

结论：在框架顶进过程中，工字钢横抬梁强度、挠度均满足使用要求。

5结束语

在此框架顶进施工中，采取了有效的线路加固方案及安全技术措施，并进行科学的施工组织，确保了施工及行车安全，此次线路加固施工的成功经验值得在以后类似工程施工中推广应用。

参 考 文 献

[1]铁路工务安全规则[S]·武汉：中国铁道出版社，2006，01。

[2]建筑基础设计与施工[M]·北京：化学工业出版社，2011，03。

[3]铁路工程施工技术手册—桥涵（下册）·北京：中国铁道出版社，2000