下穿铁路斜交框构桥顶进施工技术

文｜太原南工务段 王亚洲 胡燕波

为保证交通便利、运输的便捷，通常需要在铁路和公路以及铁路和铁路的交叉口的位置修建框构桥，工程上修建框构桥通常采用顶进施工。框构桥的顶进施工首先要加固好既有线路，关键是要控制好高程。顶进过程中经常出现的“扎头”和“抬头”会影响框构桥的顶进施工质量，并且会影响道路的坡度及上部铁路线的道床的厚度危及铁路的安全运输。下面以三水路中桥的施工为例，介绍顶进施工中的关键性技术。

1 工程概况

三水路下穿石太右上行线、粮库专用调2线及粮库专用调3线与既有石太上行线斜交成110°，相交中心里程是石太上行K208+033。既有石太上行线为P60无缝线路，Ⅲa型枕木1667根/km；粮库专用调2线为P60有缝线路，新II型枕1520根/km，均为直线段。

设计（8.52-14.9-14.9-8.52）m四孔的联体框构桥形式，顺线路方向跨度为52.14m，框构桥高8.7m。本框构自重为：9880T，设计最大顶力为11216.2T，顶程为26.8m。

2 施工准备阶段技术措

2.1 施工准备

施工前必须查清各种光缆、电缆和其他隐蔽建、构筑物的位置和走向，将施工设备配齐到位，与相关设备管理单位签订配合监护协议。框构桥顶进施工桥要检查相同条件下养护的混凝土试件，强度要达到顶进的设计强度。

2.2 加固线路

在此采用的线路的加固方法为横抬纵挑加3-5-3扣轨法。线路加固的工作流程流程：施工前准备→放置方枕→放置扣轨→线路横穿工字钢→搭设上纵梁钢→栽设防横移加固→开始顶进→拆除加固设施→恢复线路。

2.2.1 更换枕木

传入横抬梁的方向和位置必须要准确，因此既有轨道上工字钢和枕木的位置要准确并标明，将混凝土枕全部放到对应的位置，把石太上行线路的混凝土枕木间隔替换为3.4米长木枕，石太右上行线方枕长度为75m，限速慢行45km/h时间段进行方枕及抽换木枕。

抽换木枕采用跳抽法，隔六抽一，每穿好一根要及时将道砟回填后捣固密实。以5m为间距在线路上增设绝缘轨距杆，横梁要与轨距杆错开防止连电。

2.2.2 3-5-3扣轨穿设

采用P50钢轨作为扣轨，布置方式为3-5-3，即在道心放置2+3扣轨，钢轨外侧放置1+2扣轨；扣轨长度为75m，扣轨伸出框构两侧的长度为10m，为了保证钢轨接头错开，扣轨采用长度为25m和12.5m两种，每设置完一束扣轨后要及时用U型卡将其与枕木牢固连接；主轨的垫板和扣轨的外边要大于5cm，且要在扣轨的两端放置木梭头。

2.2.3 横梁工字钢穿设

横梁为工字钢型号为I45（B型），布置方式与线路方向垂直，布置间距为0.9m，在框构桥两侧外沿8m内全部加固。框构桥上加固横梁的连接方式为6m+12m 、12m+6m两种，使用时要相互交错。单根横梁长度为18m，工字钢片数为66，框构的两侧单根横梁 长为12m，片数为13。接头以夹板状布置，材料为两块122mm的厚钢板，然后用￠22mm高强度螺栓加固连接，横向工字钢的每个接头螺栓大于8个，必须用专业的打眼机穿设螺栓眼，用氧气焊无法保证连接处的牢固性。如图1所示。

图1 横梁与扣轨联接示意图

2.2.4 架设纵梁工字钢

为增加刚度和稳定性，横抬梁上共设置纵梁四道。如图布置，在石太上行线两侧各一道（纵梁长72m）；粮库专用调2线东侧设置一道（纵梁长60m），距离为：3.5m；石太右线西侧5.5m设一道（纵梁长60m），以增加横梁稳定性。每道纵梁由2片I45（B型）工字钢组成，每片由5-6根12m长工字钢组成。布置形式为6m+12m×5+6m及12m×6交错布置，工字钢接头螺栓为￠22mm高强螺栓，接头位置螺栓个数大于12个。

2.3 工字钢横梁检算

通过力学计算检算工字钢横梁的最大正应力、最大剪应力、最大挠度，确定顶进施工的安全性。

2.3.1 工字钢横梁正应力检算

图2 正应力计算图示（单位：cm）

如图所示，对A点取力矩，根据力矩平衡原理Fa=p（χ+0.72）/4.3

轨下C点弯矩：M=Fa（2.86-χ）=p（-χ2+2.14χ=2.06）/4.3

由上式可得：

当χ=1.07m时，Mmax=193.26KN·m

横梁采用I45b工字钢其力学参数：单位重：87.4Kg/m，截面积A：111cm2，截面模量W：1500cm3，惯性矩 I：33760cm4，S=887.1cm3，E=2.1×1011pa。

计算得横梁用到最大弯曲正应力：

σmax=Mmax/W=193.26 /1500=128.8 MPa＜ [σ]=140Mpa。

因此特种活载在最大跨度及最不利情况下，横梁间距0.9m满足要求。

图3 最大剪力计算图示（单位：cm）

2.3.2 最大剪应力计算

剪应力检算时，取V=P=258.75 KN，根据剪应力计算公式：τ=VS / Itw。

式中 V-计算截面沿腹板平面作用的剪 力，I-惯 性 矩：33760cm4，S-取 值 为：S=887.1cm3，tw-腹板厚度：取值为18mm。

最大剪应力时横梁受力如图3所示：计算得τ=37.8Mpa＜ [τ]=85Mpa，满足要求。

2.3.3 最大挠度检算

根据结构力学原理，当列车荷载在横梁上对称布置时，横梁有最大挠度，如图4所示：

fmax=pa[(2a+c)I2-4a2I+2a3-a2b-c3]/12EIL

式中: fmax 为梁跨中的最大挠度(mm)，P 为各个集中荷载标准值之和(KN)，E 为钢的弹性模量，I 为工字钢的截面惯矩，L=4.3m，a=c=1.43m，b=1.44m。

计算得横梁最大挠度为：fmax=4.5mm＜L/400=4300/400=11mm，满足要求。

3 框构桥顶进施工

3.1 顶力计算

图4 最大挠度计算图示（单位：cm）

桥体顶进的时候，要克服的阻力为框构与地面之间的摩擦阻力以及端部的土的抗力，这两个力的合力就是顶进时需要的顶力，综合框构外形、有无地下水、需要顶进的长度、土壤的性质、顶进方法等因素，顶力公式通常按下式计算：

P=μ.N

式中: μ---- 顶力系数, 一般取1.2～1.5;

N ---- 箱身自重(KN)

一般情况下，桥体脱离滑板后出现最大顶力，而在这以前，顶力是随着顶进距离的增加而逐渐增大的，故计算顶力按入土后的顶力计算。

3.2 顶进设备布置

桥体需要克服的阻力为框构与地面之间的摩擦阻力以及端部的土的抗力，经计算需要的最大定力为11216.2t，选用500t油压千斤顶，共32台，顶进设备布置如图5所示。

图5 顶进设备布置立面示意图

3.3 桥体内土体挖方

开挖土方沿顶进方向按1:0.6坡率机械开挖。在框构的两侧和底部机械开挖困难的地方，采用人工开挖［3］。以此减少对路基的稳定性影响。每次开挖控制在0.5m～1.0m为宜，最大不超过1m。开挖前由技术将开挖线用石灰线标识，严禁超挖。

3.4 方向控制及纠偏措施

本工程框构桥轴线与铁路路基为斜交，顶进的时候高程和方向的控制是一个关键点，因此要严格控制，要做到及时测量及时比较发现偏差及时纠正。

左右侧千斤顶各采用一台油泵控制，但各千斤顶均单独设置一油压阀门，如发现方向偏移，则采用增减一侧千斤顶的顶力：即开或关一侧部分千斤顶阀门，增加或减少千斤顶顶力数。如向左偏，即关闭减少右侧部分千斤顶，如向右偏则反之。

3.5 水平控制

“抬头”：挖除箱身前端土体，并超挖（设计标高）5～10cm，宽度与箱身相同，在顶进中逐步调整。

“扎头”：1、开挖前端土方时，将框构底上部土方预留30-50cm，适当带土顶进。2、掏出箱身前端30cm下部土体，深度约3cm，塞入2cm钢板，并形成不大于5%的坡度至设计标高，在顶进中逐步调整。3、空顶时，当发现有“扎头”倾向时，在框构顶进前方将滑板延长，并不少于3m宽，并确定合理坡率。

3.6 拆除线路加固、恢复线路

铁路线路的运营至关重要，在框构桥就位后要及时补齐框构的刃角，拆除线路的加固装置，及时让列车提速，恢复线路正常。拆除加固装置的顺序为：纵向工字钢的拆除--横向工字钢的拆除、道碴回填--扣轨的拆除—撤除长木枕--石太线安装桥枕、护轨—线路细整。

横向的工字钢撤除是与安装相同，采用隔六抽一的跳抽法，每撤除一个工字钢后要及时将道砟回填后捣固密实。线路的整修要达到正常的通行条件。线路开通后按照铁路局相关文件进行养护。

4 结语

通过对三水路框构桥的施工技术的介绍，分析了施工中需要注意的关键技术及常见病害，以实际经验为例系统的介绍了保障工程质量的措施。三水路框构桥的顶进施工取得了令人满意的成果，可以为今后出现的类似工程施工提供可以借鉴的经验。