既有铁路斜交盖板涵接长方案探讨

张大军 曾凡根 刘志军

（中铁二院贵阳勘察设计研究院有限责任公司，贵阳 550002）

既有铁路改造及增建二线设计施工中，经常需要对既有线涵洞进行接长。接长涵洞施工会干扰既有线行车。尤其是对于斜交角度较大（25°～45°）、孔径较大（3～6 m）的盖板涵，进出口梯形盖板拆除、防护的安全风险极高，防护工作量大，报批手续繁琐，周期长，工期紧。国内学者对涵洞接长进行了相应的研究［1-3］，主要集中在防护措施选择、施工方案选择且大多数针对正交涵洞，对斜交盖板涵的具体接长方案较少涉及。斜交盖板涵由于原涵洞采用的通用图计算假定与接长后不符而需特殊考虑。选择合适的接长方案，对降低施工安全风险、缩短施工周期、确保行车安全、降低成本均有重要意义。本文对增建渝怀二线21座斜交涵洞出入口盖板及边墙分别建立MIDAS有限元模型，分析其接长后的受力特点，并结合计算结果总结5种接长方案。

1 既有涵接长分析

1.1 工程背景

增建渝怀二线为客货共线铁路，设计速度120 km/h，秀山至怀化段共有接长斜交盖板涵21座，见表1。既有斜交盖板涵根据通用图《叁桥5013》和《叁桥5014》设计。按通用图中计算假定的说明，中间涵节盖板填土高为轨底至盖板顶土厚，出入口梯形盖板填土高为梯形盖板顶实际填土厚，活载亦按照分布扩散后的实际情况取用。增建二线后，既有涵原梯形盖板填土厚度发生了较大变化。有必要对接长后的出入口梯形盖板及边墙进行验算，确定既确保安全又方便施工的最优方案。

表1 斜交盖板涵统计

1.2 既有涵出入口盖板及边墙分析

接长斜交盖板涵孔径、角度、填土高度均不同，为分析不同情况下的受力，针对每个涵洞出入口盖板及边墙建立MIDAS有限元模型。出入口梯形盖板按简支结构采用板单元建模［4］，荷载包括自重、竖向土压力、活载引起的土压力。边墙按悬臂结构采用梁单元建模，荷载包括自重、竖向土压力、水平土压力、活载引起的土压力。

表2 典型涵洞梯形盖板及边墙验算结果

1.3 计算结果

将21个涵洞计算结果汇总统计，表2给出了每种孔径典型涵洞梯形盖板及边墙的钢筋应力、混凝土应力及裂缝宽度，表3给出了统计结果。可知，95%的斜交盖板以及50%的边墙考虑接长增加的荷载后相关指标不能满足规范要求，必须采取相应的措施。

表3 梯形盖板及边墙强度及裂缝验算统计

2 接长方案探讨

目前对于斜交盖板涵梯形盖板多采用拆除方案，但梯形盖板由于角度问题往往比常规正交涵洞伸入路基下方范围大，对既有线的扰动也比常规正交涵洞大，往往需要中断行车予以施工［5-7］。通过计算发现，梯形盖板和边墙不一定同时不满足规范要求，接长方案应根据具体情况采用不同措施。根据渝怀二线斜交接长涵洞的实际情况，本文给出了5种接长方案。

2.1 方案1——盖板上设置新盖板

从计算结果可以看出，当填土高度增加后，既有盖板强度不足，若简单拆换，需清除斜交盖板上部填土，既有线边坡防护困难，边坡溜坍难以控制。当新盖板板顶至轨底填土高度满足规范要求时，利用既有梯形盖板，镜像设置新梯形盖板，使其与既有盖板构成矩形，其上设新盖板，新盖板两端设支撑桩，避免拆除既有梯形盖板，从而消除安全隐患，加快了施工进度。该方案见图1。

图1 盖板上设置新盖板

2.2 方案2——边墙外设置防护桩

当填土高度增加导致水平土压力超出梯形盖板边墙承载能力时，为避免拆除边墙，可采用在边墙外侧设置防护桩，消除因拆除梯形盖板边墙带来的安全风险。该方案见图2

图2 边墙外设置防护桩

2.3 方案3——涵内套设钢筋混凝土框架涵

当盖板或边墙强度不足，但是涵内净空富余量较大，内套框架不影响排洪或者立交功能时，可采用涵内套设钢筋混凝土框架涵方式，彻底消除因拆除、开挖带来的安全风险，既节约投资，又加快施工进度。该方案见图3。

图3 涵内设置钢筋混凝土框架涵

2.4 方案4——受拉侧粘贴碳纤维布

当梯形盖板边墙、盖板强度满足要求，但裂缝宽度不满足规范要求时，避免简单拆换带来安全风险，采用粘贴碳纤维布对既有盖板或边墙进行补强，安全可靠性高，施工简便，工期短，对既有铁路运营影响小。

2.5 方案5——拆除斜交盖板或涵节

当方案1至方案4不满足现场要求时，可选择拆除、新建方案。由于涉及到盖板顶一定范围土体清除，所以对既有线影响较大。平金艳［8］在朔黄铁路复线肃黄段12座斜交涵洞盖板抽换中采取了同一个天窗时间内实现拖出旧盖板安装新盖板的方法，此方法虽操作简单，投入较少，但若发生一次性操作不到位，易引起后续通车中断。因此渝怀二线采用先实施防护桩、支承桩、架设D型便梁等防护措施后拆除斜交盖板或涵节。该方案见图4。

通过采用以上5种方法，渝怀二线21座斜交盖板涵洞均已施工完毕，安全可靠，工期满足施工组织要求。

图4 拆除斜交盖板或涵节

3 结语

斜交盖板涵接长是既有线涵洞接长中一个特殊的门类，由于斜交部分在受力方面与正交部分不同，接长之前的首要任务是对原斜交结构进行验算。

本文依托增建渝怀二线21座斜交涵洞接长，对盖板、涵身的裂缝以及应力进行了数值分析。然后依据计算结果并结合现场实际总结出5种斜交盖板涵接长方案，涵盖了大部分既有铁路斜交涵洞接长的情形。实践证明，这5种方案能有效应对斜交盖板涵接长中遇到的问题，对既有铁路影响小，施工安全，可供类似工程借鉴。