大跨度斜交框构涵穿越无缝铁路线路加固技术

徐成良

（辽宁省水资源管理集团有限责任公司，辽宁 沈阳 110003）

1 工程概况

该框构涵施工里程位于京哈线K809+859.49 m，为无缝线路地段，线间距为15.41 m，上行线为5.3‰上坡，下行线为8.3‰上坡，框构涵轴线与线路轴线交角72.15°。框构涵全宽22.272 m、轴长33.5 m、高9.9 m，采用现场预制顶进就位。涵体顶程48 m。施工期间正线列车限速45 km/h。

工程所在区域地下水类型为第四系孔隙潜水，同时存在季节性上层滞水、毛细水等。地下水埋深3.4～7.5 m，地下水位高程约为81.0～81.3 m。含水层主要为圆砾。

2 线路加固方案

框构涵顶进施工过程中，对既有线路进行加固，是保证运营安全的重点，制定有效合理的加固方案，是决定列车能否安全运营的主要措施，该框构涵的具体加固施工方案为：采用55C工字钢纵梁、3-5-3吊轨梁同55C工字钢横抬梁组合，用C30钢筋混凝土纵梁支墩进行线路加固，然后进行顶进。

1）线路准备。慢行申请行车速度按45 km/h、吊装纵梁申请封锁线路施工、所有电缆都已探明并做好防护。

2）支墩施工。顶进前端设置钢轨锚桩、混凝土横梁中支带，纵梁两端设置200 cm×100 cm×60 cm的C20混凝土支墩。

3）便梁安装。纵梁使用56C型工字钢便梁，工便梁可用纵向联接板，将5孔12 m的联接起来组成50 m长便梁。接头联接板进行联结时使用相同强度，由上、下两组夹板和一组腹板拼装而成。

4）横抬梁安装。横抬梁采用56C工字钢，所有横梁一端架设在支墩上，另一端搁置于框架顶端。顶进施工时，考虑横抬梁与箱顶之间摩擦力的作用，为避免纵梁横向变形，在箱顶接触面放置钢板，横梁与钢板间涂抹润滑油，以减少摩擦力，保证纵梁及线路方向正确，确保行车安全。

工作坑后面存在抗滑移桩，并且采用钢丝绳、10 t倒链将横抬梁与地面锚固点固结，这样做的目的是为了防止在顶进过程中，横抬梁纵移线路影响列车的运营安全。

5）木枕安装。一般选用木枕来连接便梁和纵梁，木枕安装时要按照“隔六穿一”的原则进行。安装顺序为：开挖一孔然后穿入一根，穿入一根以后固定一根，依次逐步安装完成。在安装过程中，要严格掌握好方向，以保证行车的安全。木枕两端采用高强螺栓与纵梁连接。

6）线路控制：因为木枕上面都留有道钉，木枕和纵梁通过高强螺栓连接以后，使得线路被紧密固定在便梁之间，该工程采用此方法控制线路的横向方向，使纵梁、横梁和线路连接成为一个整体，保证了线路线形安全可靠。

7）轨束梁加固：依据轨束梁的具体跨径和列车轮轨重的差异，其可以设计成一层或者两层、焊接梁三种常见形式。单层梁由2到9根轨组成，当钢轨数量超过4根时，需要将轨道顶上、下错开进行设置，但这种情况下需要将各个钢轨拴在一起，以此确保钢轨上、下轨底面在相同的平面之上。轨间空隙用木块填塞。

3 提高限速的加强措施

吊轨梁在持久的顶进过程中，弯矩过大，要保证线路稳定，对以上提出的问题采取相应的补救措施。主要如下：

1）改变支撑方式：使用轨束梁或工字钢束梁对线路架空时一般是由枕木垛提供支承。枕木垛很容易发生变形，而路基在顶进过程中非常容易出现沉陷等危害。在线路的两侧设挖孔桩6根，将临时加固梁支承在挖孔桩上，使支承点比较稳固，挖孔桩还可对路基起保护作用，效果较好。

2）加强纵梁自身联结：纵梁通常情况下由很多片组成，由于钢轨截面为工字型，其焊接起来比较困难，一般在现场施工时，会间隔一段距离后，采用等边角钢或高强螺栓等措施来固定几片纵梁，保证钢轨的整体性。

3）固定钢轨：在施工时，为了防止实际钢轨在运营期间内发生横向的移动，横梁之上添加角钢，用木撑装置或鱼尾板等装置顶住轨腰。

4 顶进过程轨道分析

4.1 顶进过程轨道变形分析

作用于轨道上的荷载系符合力的独立作用原理，即列车轮系作用下轨道各部件的应力、应变，等于各单独车轮作用下的应力、应变代数和。直线轨道上的垂直荷载采用准静态当量静荷载，其计算公式如下：

式中：Pd——车轮作用下钢轨上的垂直动荷载；Pj——静轮载；α——速度系数，速度V≤160 km/h的电力牵引机车α=0.6v/100。

经计算取Pd=280 kN。

1）荷载工况和模型建立。工况一为只有顶力作用，工况二为上行线来车，工况三为下行线来车，工况四为上行线和下行线同时来车。运用大型商用有限元软件ANSYS建立有限元模型。

2）荷载加载及求解。对工况四为最不利荷载进行加载和求解，即上行方向和下行方向同时来车。

工况四为上行方向和下行方向同时来车。如图1为Y方向位移云图，图2为Z方向位移云图，图3、图4为钢轨不利位置Y，Z方向位移变化时程图。

图1 Y方向位移云图

图2 Z方向位移云图

图3 钢轨不利位置Y方向位移变化时程

图4 钢轨不利位置Z方向位移变化时程

从以上各图可以看出，在上行方向和下行方向列车荷载作用下钢轨最大竖向位移为4.046 mm，横向最大位移为0.1 489 mm。钢轨竖向最大位移超过2 mm，对行车安全和舒适性有一定影响，在施工过程中进行限速运行是合理的。

4.2 现场检测分析

1）监测点布设方案。基于现场监测试验内容，文中研究对依托工程施工全过程进行了全方位动态监测。根据依托工程现场实际情况，并结合已有测站资料，共布置了4个测站点，地面相对高程参考点2个，线路监控点3排，经检测仪器均能满足监测精度。

2）铁路路基及轨道沉降监测成果与分析。铁路路基沉降量是评价箱涵顶进施工优劣的重要指标，对箱涵顶进施工引起的轨道和路基沉降变化进行现场监测。根据监测要求并结合施工现场情况，分别在框构涵两侧各10 m、20 m处设置观测点，并在框构涵顶中间及两边设置线路沉降观测点。不同监测点处框构涵高程沉降监测结果见图5。

图5 框构涵高程偏差统计图

根据实施后的数据显示：线路及路基高程偏差变化规律性不强，但均在允许范围之内波动。根据研究总结出的技术要点，在具体的工程实施工程中，得以验证。

5 结语

文中研究正遇辽宁省重点输水工程穿越京哈铁路工程实施，针对无缝双线线路、曲线地段线路加固方法，提出采用冠梁支撑横抬梁、增设鱼尾板和角钢的联动装置加强措施，为提高列车行驶安全和线路稳定做好铺垫。通过规范化管理模式的运行极大地提高了施工单位的工程建设效率，显著提升了工程建设进度，创新、优化的一些列新技术措施保障了工程建设任务顺利实施及环境保护社会效益的同步进行。

［参 考 文 献］

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［5］方笑.斜交地道桥顶进施工阶段空间受力行为分析及现场监测［D］.北京交通大学,2010.

［6］丁永平，王延波，曲衍宾.纵横梁线路加固体系空间结构受力分析［J］.铁道工程学报，2009（09）：42-45.