小半径大跨度架空体系实施控制要点探析

李杰伟郑州中原铁道工程有限责任公司 河南 郑州 450052

正文：

1 工程概况

该工程下穿箱涵与铁路线路交角35.5°，线间距为5.3m,交汇处铁路位于曲线段，无缝线路，曲线半径R=400m，曲线外轨超高为120mm，电气化铁路，60型钢轨，钢筋混凝土Ⅱ型枕，行车对数约为70对/日，最高行车速度为70km/h。

箱桥为连续式箱体，轮廓尺寸长22.1米，宽（顺铁路线方向）87米，高9.7米；顶进箱涵连续架空总长度144米。

2 小半径大跨度受力特点分析

2.1 力学特性

小半径曲线与直线段无缝线路相比具有：①耦合效应，小半径曲线线路的受力是荷载竖向力、径向、横向及动应力的耦合；而且半径越小径向分力就越大，速度越大，荷载越重，动应力就越大。②内外轨受力不均匀，小半径曲线区外枕木要比曲内枕木间距大，因此外轨跨度比内侧轨要大，外轨受力更为不利；同时在耦合力的作用下，造成内外侧钢轨受力不均衡，出现“外轨超载，内轨卸载”的现象。极端情况下会出现内侧受力脱空现象。

2.2 轨道特性

①小半径曲线由于受到大的径向力，内外侧钢轨受力不均匀，在耦合力的作用下，线路几何尺寸易超限，曲线高低、轨距、超高、正矢易发生变化；轨道联结零件易松动，夹板和接头螺栓折断、轨枕螺栓失效、轨距杆折断和轨枕挡肩破损等特点。②横向臌曲特性，无缝线路当轨温超过锁定温度时，由于受到径向分力及温度的影响，强大的横向压力会导致轨道臌曲，若继续升温，就会引发胀轨跑道。

3 架空体系实施控制要点

根据前文小半径曲线无缝线路的特点，以及本工程箱涵顶进小半径曲线、大跨度（114米）、单体重的特点，降低对既有线路影响，架空体系实施过程中控制要点有以下几个方面：

3.1 建筑限界控制

曲线上，车辆在水平面投影为矩形，车辆轴线与线路中心线偏移，两端向曲外偏移，中间向曲内偏移；再加上曲线外轨超高，车辆向内倾，内侧轨顶面以上测量点向内偏移一个水平距离。因此，为了保证列车能顺利地通过曲线，必须进行曲线内(W内)、外侧(W外)加宽。

本工程纵梁I100工字钢，整体纵梁布置采用以折代曲形式，轨道两侧纵梁形成的体系，在水平面投影也是单个矩形。根据受力特点，纵梁连接处势必是受力薄弱部位，传统纵梁连接板在曲线线路上连接时，会在纵梁拼接位置处产生过大缝隙，影响架空体系稳定性。经过现场测量以及满足建筑限界要求，按照曲线半径要求，横抬梁之间连接夹角为2.3°，据此对纵梁顶拼接板顶板及腹板进行孔洞调整，并将拼接板调整成177.7°夹角，达到无间隙连接纵梁的目的，有效减小纵梁连接缝隙，防止应力集中，增强纵梁连接牢固性，提高体系强度。同时，纵梁与线路轨道间每隔1.5-2m增加横撑防止轨道与纵梁位置发生变化。

图 1 限界图

图 2 支点设置图

措施如下：

① 根据曲内外轨受力不均匀的特点，线路内外侧支点桩受力不同：尽量减小外侧支点桩距线路中心的距离，曲外支点桩设置距线路中心3m,曲内距线路中心3.1m。

② 建筑限界及尽量减小非标件的使用：曲外桩间距16m，曲内桩设置间距最小为1541.7m。

建筑限界验算：

W内=40500/R+H/1500*h=40500/400+820/1500*120=167mm

W外=44000/R=44000/400=110mm

式中：

R-曲线半径（m）；

h-曲线外轨超高（mm）；

H-自轨面算起的计算点高度（mm）（桩顶距轨顶180mm）。

加宽后的曲线内侧限界为1875+167=2042mm，加宽后的曲线外侧限界为1875+110=1985mm。

经测量纵梁外缘距线路中心（线路内侧）最小距离为2090mm，纵梁外缘距线路中心（线路外侧）最小距离为2190mm，满足建筑限界要求。

3.2 本工程所处线路通过列车均为重载列车，由于小半径曲线力的耦合效应，保证线路几何尺寸成为该项目能否顺利进行的重中之重。

① 技术措施。小曲线半径轨道结构与受力特点与直线线路有很大不同，线路架空后，既有线路稳定性受到破坏，为确保轨道结构的稳定可靠，轨道结构必须进行强化，必须设置弹性支撑，通常采用轨距杆和轨撑。

通过设置弹性支撑，以平衡小半径曲线受到的横向及径向受力，以提高钢轨的横向稳定性，保持钢轨轨距, 减少钢轨横向变形和不均匀磨耗,提高轨道保持几何尺寸的能力，大大提高小半径曲线轨道强度。

② 组织措施。目前设计方案均有箱涵顶进后进行更换桥枕，但是一般实施中均在箱涵顶进后实施。由于ⅢQ枕的挡肩为预埋铁件，强度大，易保持轨距，根据实际情况不同，可优先考虑在不影响整体施工工期情况下，在穿插横抬梁施工同时进行ⅢQ枕的更换。

在曲线下进行箱涵顶进时，箱涵顶进方向的选择也是很重要的一方面，根据受力特性和轨枕与道碴间摩阻力的缺失，应从曲外向曲内顶进；同时应在曲内的最外侧设置抗横移桩，即在桩顶设置L型桩头，横抬梁组顶在L型桩头上，来平衡顶进时非正常状态下横向受力。

3.3.支点转换。

在顶进过程中，影响顶进的支点桩需要破除，需要设置滑动支点代替需要破除的支点桩。支点转换须在列车行车间隙进行，列车通过时滑动支点需要变成“固定支点”，这个过程要求快、准、稳。常用手动千斤顶操作误差大，大跨度内多个千斤顶不同步，无法保证线路架空区段整体稳定，采用微机控制液压千斤顶组能够严格控制线路起升高度，确保线路高程不变，同时有效解决支点转换时精度不高、超时费力。

3.4 需要注意其他方面

① 防胀防断

由于无缝线路有臌曲特性，小半径曲线在温度影响下表现更加明显，防胀防断问题更加突出。架空体系施工前，根据整体工期安排预测气温的变化对线路的影响，必须对线路进行应力放散（回散）。无缝线路应力放散时适当提高锁定轨温，锁定温度高，夏季施工时，对防胀是非常有利的，但是对冬季施工时防断非常不利；所以必须做好应力放散（回散）工作。同时要加强箱涵顶进过程中，经常对轨温进行监测，尤其是气温最高时的轨温监测，超过锁定温度时要及时采取降温措施，防止超温作业及超出放散范围作业，造成线路胀轨跑道。

②加强监测及线路巡养

按照《铁路线路修理规则》，必须专人负责检查巡养线路，做到趟检，对联结螺栓、架空支点、限界和线路几何尺寸进行检查测量，并做好记录，发现问题，立即停止施工，进行整修，及时消除安全隐患。

4 结语

在该项目实施过程中，通过对以上实施要点的严格控制，架空体系稳定可靠，趟检后几何尺寸变化变小，维护次数相应减少。在施工中，严格按照操作规程，严控工程要点的实施，按照铁路维修规则，落实线路巡养制度，加强线路维修养护及架空体系的维护检查，可以确保小半径大跨度架空体系的稳定以及箱涵的顺利顶进。