既有线桥梁改建下穿式框构桥顶进施工及线路加固措施

于军

（兰新铁路甘青有限公司，甘肃 兰州 730000）

既有线桥梁改建下穿式框构桥顶进施工及线路加固措施

于军

（兰新铁路甘青有限公司，甘肃 兰州 730000）

某市公铁立交桥，是一座下穿既有铁路、修建年代久远的城市公铁立交桥。既有立交桥分为四孔，中间两孔为lp=12.0m钢混结合连续梁，混凝土桥墩，扩大基础；两侧边孔为1-5×2.5m钢筋混凝土框构桥。桥下机动车道宽度为28.9m，两侧非机动车道宽度为6m。按照市政道路改造要求，桥下机动车道扩宽后达到双向10车道37.5m，需拆除既有桥梁，改建下穿式框构桥。为保证桥下机动车道改建后达到37.5m的要求，跨机动车道采用两孔连续框构，全宽41.1m；两侧非机动车道由两个单孔框构组成。立交桥全长61.16m，轴长42.3m，净跨54.5m（8.5+18.75+18.75+8.5）。新建立交桥中心与既有立交桥、道路中心线一致。施工采用单体框构桥逐个预制、顶进到位，边拆除旧桥边顶进新桥的施工方案。本论述主要介绍该桥线路加固及顶进施工方法。

既有线桥梁；改建；下穿式框构桥；顶进施工；线路加固

1 工程概况

某市公铁立交桥，是一座下穿既有铁路、修建年代久远的城市公铁立交桥。既有立交桥分为四孔，中间两孔为lp=12.0m钢混结合连续梁，混凝土桥墩，扩大基础；两侧边孔为1-5×2.5m钢筋混凝土框构桥。桥上共有铁路线7条，是车站桥，桥中心里程为k8+218m。

桥下机动车道宽度为28.9 m（行车道：6×3.75+分隔带：1.2 m+2×2.6 m），两侧非机动车道宽度为6 m（路面5 m+分隔带2×0.5 m）。按照市政道路改造要求，桥下机动车道扩宽后达到双向10车道37.5 m（行车道10×3.75），需拆除既有桥梁，改建下穿式框构桥。

2 改造方案

2.1 桥式及施工方案的确定

经过市建委、区建设局等单位有关专家共同研究、审查，确定如下方案：为保证桥下机动车道改建后达到37.5m的要求，跨机动车道采用两孔连续框构（②号框构），全宽41.1 m（行车道2×18.75+1.2 m框构中墙+2× 1.2 m框构边墙）；两侧非机动车道由两个单孔框构（①、③号框构）组成。立交桥全长61.16m，轴长42.3m，净跨54.5m（8.5+18.75+18.75+8.5）。新建立交桥中心与既有立交桥、道路中心线一致，对应里程为k8+218m。

施工采用单体框构桥逐个预制、顶进到位，边拆除旧桥边顶进新桥，先两侧边孔再中孔的施工组织措施。因既有立交桥两侧边孔外边墙之间的距离与新建②号框构桥的宽度相同，从保证运输安全的角度考虑，先预制并顶进边孔①、③框构，待就位后预制顶进中孔②框构。施工工艺流程图见图1所示。

图1 施工工艺流程图

2.2 铁路线路施工过渡

为减少施工对运输的干扰，保证铁路运输的安全畅通，桥上线路施工期间作如下临时过渡调整：

（1）将桥上线路施工范围内的长轨更换为普通线路、砼枕更换为木枕。

（2）根据需要将桥上线路起道作业，使桥上各线路为平坡，抬道量≯3 cm。

2.3 线路加固措施

2.3.1 线路加固措施

①、③号框构桥上线路轨底距框构桥顶面为85 cm，采用550mm工字钢纵横梁加固方案，横梁横向贯通，间距100 cm，纵梁根据线间距分别采用3片组或2片组，支点一端放在既有框构桥顶板上，一端放在路基顶面，支点下为枕木垛。

②号框构受轨底与既有桥顶面实际高差44 cm限制，采用钢轨束横抬梁、工字钢纵梁方案，横梁为3根P60钢轨一正两倒接头栓接成束，钢轨接长采用焊接，横梁纵向间距50 cm，一端放在结合梁顶，一端搭在框构桥上。纵梁支点为两侧边孔框构桥。

2.3.2 钢轨束横抬梁承载能力检算

①、③号框构顶进期间线路加固采用工字钢纵横梁加固，按照经验承载能力满足要求；②号框构采用轨束梁加固，布置形式需进行计算。

桥上加固范围内，吊轨及纵梁起到骨架稳定的作用，主要承载结构为钢轨束横抬梁，取简化计算简图见图2。根据设计要求，结合现场实际施工情况，计算跨度取Lp=3.5m。

图2 轨束横梁计算简图

M=〔14.6+（1+0.5×0.39×0.51）65.7〕=132.964 kN·m＜3×396×（1-10%）×10-6×170 000=181.764 kN·m

式中：P——均布静载，14.6 kN/m；

q——换算均布活载，230/3.5 kN/m；

μ——冲击系数；

M——轨束梁承受的弯矩；

W——钢轨截面模量，396 cm3；

〔σ〕——钢轨受拉容许应力，170MPa；

Lp——轨束梁计算跨度；

f——轨束梁挠度；

E——钢轨弹性模量，2.1×105MPa；

I——钢轨惯性矩，Ix=3217cm4，Iy=524cm4

β——限速折减率，0.39

n——轨束梁中钢轨根数。

由此可见，三扣钢轨横梁的强度、刚度满足要求。

2.3.3 施工步骤

（1）施工准备

施工前长轨线路进行放散，长轨换标轨，并将加固范围内的混凝土枕按“六抽一”的原则换成木枕，间距0.5m，在轨底增设绝缘胶垫板。

（2）铺设吊轨梁

每条线路按3-5-5-3组合方式设置吊轨梁，吊轨采用60 kg/m旧轨，用U螺栓和扣板将吊轨与枕木连接。两端延伸出最外横梁以外3～5m。

（3）穿轨束横梁（工字钢）

轨束横梁每0.5m一根，每根枕木下铺设一根，工字钢横梁每1m 1根，每隔一根枕木铺设一根横抬梁。利用封锁时间，由两端向桥中心按“六抽一”的原则排列铺设，箱体通过区横抬梁下穿28c槽钢；用U螺栓和扣板与吊轨及枕木连接。②号框构桥轨束横梁一端搭在框构顶，一端搭在既有桥顶,顶进最前段采用八三式军用支墩作为支点。

（4）纵梁就位

将550mm工字钢三根为一组在横梁顶面顺线路方向铺设，距离线路中心大于2.1 m，并用U型螺栓与横梁连接，两侧设枕木支座，架空线路。

2.4 框构桥顶进

2.4.1 顶力的计算

①、③号框构铪总数均为：1 096.2 m3，框架总重量为：27 160 kN；②号框构铪总数为：4 791.6 m3，框架总重量为：121 710 kN。

根据顶力公式：P=K[N1f1+（N1+N2）f2+2Ef3+RA]，求得②号框构顶力

P= [11 604×0.2+（11 604+121 710）×0.8+55×82.1] ×1.2=136 185 kN

相当于框架自重的136 185/121 710=1.12倍，同样的方法求得①、③号框构最大顶力为30 419 kN。

根据设计顶力计算，配备了二台50Mpa的高压油泵，按50MPa使用，配备4 000 kN油镐45台（三台备用），每台油镐发挥的顶力3 600 kN，总数为3 600×42= 151 200 kN,顶力储备系数为151 200/136 185=1.11（②号框构）。

2.4.2 箱身顶进

首先顶进两侧①、③号边孔框构桥，采用复土顶进，顶进轴线偏差控制10 cm范围内。②号框构桥正式顶进前必须进行试顶，试顶完后进行一次全面检查，各部位情况良好进行正式顶进作业。

②号框构桥边拆除既有桥边顶进，施工天窗不大于3.5m。施工过程中拆除步骤和循环顶进进尺合理确定，保持各工序相互衔接，均衡施工。并随时对轴线和高程进行观测，发现偏差及时采取措施调整，以防进一步恶化。线路顶进反方向设地锚防止线路横向变形。

顶进挖土采用挖掘机施工，每次挖掘进尺1～2 m,坡度控制在1：0.5～0.75之间，保持刃角有足够的吃土量，严禁超挖。出土采用人力配合机械施工。

3 施工中的主要难点

3.1 既有桥拆除方案

（1）②号框构桥工作坑开挖前，将既有桥机待线及南牵一线下混凝土梁用汽车吊卸落至地面，机械破碎拆除。

（2）既有边孔框构桥利用中孔框构桥内的临时顶背（与主体预制同时完成）进行顶进，完全顶出后采用控制爆破拆除。

（3）既有结合梁的拆除采用先拆除钢梁再拆除混凝土板的方案，每3～4片钢梁为一段，解体运出，结合梁顶板利用金刚绳锯逐段进行锯断。

（4）既有桥墩台及基础根据顶进进尺采用人力结合静爆逐段拆除。

3.2 顶进误差控制

（1）在预制箱身时，在箱底前端作船头坡，以便顶进时将高出箱底的土壤压入箱底，增加其承载能力，防止扎头。

（2）框构桥箱身前端安设刃角，起切土、减小开挖高度、导向和保证施工安全的作用。

（3）②号框构桥轴线偏差采用增减一侧千斤顶顶力、调整后背顶铁、箱身前端加横向支撑等方法调整。

（4）因①、③号框构桥顶进仅一侧有土压力作用，可采取一侧超挖、利用既有桥支撑等方法防止轴线偏差过大。

（5）防止框构“抬头”采取底刃角前适当超挖、上刃角不吃土、底板前端堆土等方法；防止框构“抬头”采取调整刃角角度，增加上刃角阻力，加大箱身后端平衡重，改变箱身前端土壤受力状态等方法逐步调整。

4 结束语

该公铁立交桥建设，从2014年4月份开工到12月份竣工，历时8个月，当年施工当年竣工。立交桥全长61.16 m，轴长42.3 m，净跨54.5 m，中孔最大跨度18.75m。其中②号框构桥自重1.2万t，顶进吨位达到1.36万t，顶进施工规模如此大的框构桥，比较罕见。

桥位处铁路线路繁多，在满足运输的条件下，通过线路临时过渡，达到了施工要求技术条件和减小对运输干扰太大的目的。框构桥主体采用分体结构，先顶进两侧边孔，再顶进中孔的施工方法，即保证了既有桥的顺利拆除，又减小了顶进取土路基塌方可能造成的不利影响，保证了安全。该桥线路加固形式因条件的限制较为特殊复杂，多种加固方法并用，满足了顶进施工要求。

该桥施工要求高、难度大，经受了严峻的考验，施工中应用了多种先进的机具和技术，收到了较好的效果。

［1］ TG/01-2014.铁路技术管理规程［S］.北京：中国铁道出版社，2014.

［2］ TZ 203-2008.客货共线铁路桥涵工程施工技术指南［S］.北京：中国铁道出版社，2008.

［3］ TB10415-2003.铁路桥涵工程施工质量验收标准［S］.北京：中国铁道出版社，2003.

［4］ 铁路工务技术手册（桥涵）［M］.北京：中国铁道出版社，1992.

［5］ TG/GW 102-2006.铁路线路修理规则［S］.北京：中国铁道出版社，2006.

［6］ TG/GW 103-2010.铁路桥隧建筑物修理规则［S］.北京：中国铁道出版社，2010.

［7］ TG/GW 101-2006.铁路工务安全规则［S］.北京：中国铁道出版社，2006.

U445.4

：A

DOI 10.3969/j.issn.1672-6375.2016.12.019

2016-8-25

于军（1977-），男，汉族，甘肃平凉人，大学本科，工程师，主要从事铁路建设工作。