纵横梁架空线路施工方法在铁路营运线防护设计中的应用

高雪瑞

(新疆铁道勘察设计院有限公司，乌鲁木齐 830011)

1 概述

随着国民经济的发展,城市扩建及高速公路的不断修建、延伸,铁路与交通繁忙的城市主干道或高速公路的大型立体交叉工程项目愈来愈多。这其中,以多孔连体箱形桥为主的公路下穿铁路的工程很多。

运营既有线施工过程中,由于多孔连体箱形桥施工范围超出常规钢便梁防护范围且施工现场不具备铁路便线施工条件,故在对既有铁路营运线防护设计中,多采用纵横梁架空线路的施工方法。

2 工程实例

2.1 简介

国道314线库尔勒至库车段高速公路与库尔勒石碴场铁路交叉所采用的10 m+13 m+13 m三孔连体箱形桥总长度47.15 m、总高度9.05 m、铁路与公路夹角58°30′。经各种经济、技术比较,既有线防护采用纵横梁架空线路、顶进施工方法最可行(图1、图2)。

图1 线路加固平面(单位：cm)

图2 线路加固纵断面(单位：cm)

2.2 组成部分

纵横梁架空施工分为线上部分和线下部分。

线上部分由吊轨梁、上纵梁、横梁、下纵梁及各种扣配件组成；线下部分由纵梁支撑桩、线路抗滑移桩及路基防护桩组成。

2.3 传力过程

列车荷载→线路钢轨→横梁→纵梁(箱形桥)→支撑桩。

2.4 线路加固检算

(1)检算横梁的强度和刚度,以确定横梁型号及开挖跨度。

根据文献[1],当限速不超过40 km/h,列车冲击系数为1.15。限速不超过45 km/h时,列车冲击系数取1.20。考虑横梁的不均匀工作系数1.3,则综合系数β=1.2×1.3=1.56,此时β×P=1.56P。

活载取现行机车最大轴重P=250 kN作为计算荷载。横梁设计可按简支梁检算工字钢的强度和挠度计算。

图3 横梁检算简图(单位：m)

根据既有线轨枕间距确定横梁间距为1.1 m,即:M=βPC/2=0.78×25×(LP-1.5)×0.5横梁选用I45a型钢Wx=1 433 cm3，Ix=32 241 cm4，σ=M/W≤[σw]=1 700，得Lp≤4.0 m。

横梁按1.1 m间距计算,最大允许跨度4.0 m,挖土量控制在此范围内能够保证加固的强度要求。计算挠度是否满足

α2=0.098

解得

f=6.0 mm≤(4 000/400)=10 mm

故挠度满足要求。

(2)检算纵梁的强度和挠度,以确定纵梁型号。

纵梁选用I56a型钢,均为2根1束设置,跨度4 m。单根：Wx=2 342 cm3，Ix=65 576 cm4。

纵梁计算跨度取4 m,列车标准活载按跨中弯矩影响线确定最不利位置，如图4所示。

图4 计算活载图式(单位：m)

桥上列车总荷载Q=2Pg=3×250 kN=750 kN。

纵梁上集中荷载为Pg=375 kN。

因每组纵梁与4根横梁连接,列车荷载经由钢轨通过横梁传递给纵梁(图5),所以纵梁上分布荷载为

图5 纵梁受力图式(单位：m)

以上检算未计入3-5-3扣吊轨梁对纵梁的减载作用,故线路加固体系完全达到施工安全要求。

2.5 施工组织

(1)为防止箱身在顶进过程中两侧路基发生坍塌,在桥体两侧路基(4个对角)沿线路方向每隔1.75 m各设置4根路基防护桩。根据路基土性质确定是否在防护桩间路基本体内进行注浆固化。

(2)沿下纵梁方向每隔4.0 m各设置纵梁支撑桩。

为保证基底土物理力学性质的统一性,顶进侧支撑桩底部应不得低于基坑面。当箱身顶进至顶进侧防护桩跟前时,线路暂时封闭,横抬梁上桥并拆除顶进侧防护桩。线路整修后可恢复运营,箱身继续顶进施工。

(3)为使在桥体顶进时不带动线路的横移,保证行车安全,在横梁尽头设置抗滑移桩。

(4)既有线相邻混凝土枕间穿一根3.6 m长的木枕并架设3-5-3扣吊轨梁,其钢轨采用50 kg/m。扣轨加固范围超过箱身外边各10 m,每组扣轨的端头设置木梭头,扣轨接头错开不小于1.5 m。

(5)当既有线混凝土枕与木枕(横梁)发生冲突时,将混凝土枕左右拨动或抽换成木枕,直至能穿插枕木为止；没有冲突时,在横梁位置处穿一根3.6 m长木枕或方木。

(6)横梁采用I45a型钢,间距1.1 m,加固范围与扣轨相同。穿工字钢横梁。采用“隔六穿一”的方式施工。

(7)经计算确定纵梁型号I56a型钢,均为2根1束设置,跨度4 m。上纵梁距线路中心2.23 m,两端支撑于旧枕木垛基座上,并设置木梭头；下纵梁距线路中心4.5～5 m,其底部每隔4 m设置支撑桩。

(8)工字钢接头应保证强度,连接处错开2 m以上,相邻横梁的拼接接头应错开不小于1.5 m。

(9)横向工字钢、扣轨和纵梁用U型螺栓及扣板联结,并放干木板及绝缘垫。

(10)线路加固基本流程：施工线下部→穿木枕(方木)→扣轨→横穿工字钢→上纵工字钢→防横移加固→顶进时防护→拆除线路加固→线路恢复。

3 结语

虽然,纵横梁架空施工所需投资较高,施工难度较大,不太适用于有地基处理的工程。但它适用于单线、多线及道岔线等各种复杂情况,并且,相对便线施工节省一定投资。纵横梁架空施工方法能为大型立交项目得以实现提供了便线施工之外的另一种解决办法。

[1]铁道部第四勘测设计院桥隧处.桥涵顶进设计与施工[M].北京：中国铁道出版社,1993.

[2]铁道部.铁路工务安全规则[S].北京：中国铁道出版社,2006.

[3]乌铁总函[2008]164号，乌鲁木齐铁路局营业线使用D型施工便梁安全管理办法(试行)[S].