顶进下穿铁路框架桥理论与实际研究

陈龙宇

摘要：在既定下穿铁路立交方案情况下，为不中断较繁忙铁路线运营，新建市政框架桥一般采用顶进法下穿既有普速铁路。本文通过实际工程案例，研究分析顶进框架桥在设计与施工过程中的一些控制点，以及理论与实际的差异，旨在为此类桥涵的设计、施工等提供参考。

Abstract： Under the condition of the schemes of underpass railway interchange， in order not to interrupt the busier railway operation， the new municipal frame bridges are generally jacked under existing express railways. This paper studies and analyzes some control points in the design and construction of jacking frame bridges through actual engineering cases， as well as the differences between theory and practice to provide a reference for the design and construction of such bridges and culverts.

关键词：框架桥;顶进下穿铁路;控制点;设计与实际施工的差异

Key words： frame bridge;jacking under existing railways;control points;differences between designing and constructing

中图分类号：U449                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）21-0145-02

1  研究背景

新建市政道路需跨越运输较繁忙的铁路线时，根据《铁路安全管理条例》，优先选择下穿铁路的方案[1]。

在既有线修建下穿框架，当路基稳定无下沉情况时，结合地质、地形、行车干扰、施工问题等进行方案比较后，可选择顶进法施工[2]。“一次顶入法”对铁路运输干扰较小，顶进时间集中，慢行时间短，一般选择此工法下穿既有线[3]。

因涉铁项目的特殊性，铁路运营不中断，当采用一次顶进工法时，既有铁路线间距会影响到下穿道路的整体方案;理论与实际的差异，会造成临时措施的设计浪费;施工过程中一味追求便捷，不按设计方案加固線路，则会给铁路运营带来安全隐患。

2  D24型便梁超最低位架设

结合下穿道路规模，整体式框架方案（一次顶进线路加固范围较大）相比分离式方案（加固范围相对较小），前者具有能更好的控制顶进精度，减少行车干扰，降低不均匀沉降等优势。

根据规范要求以及施工方案的成熟度，一般优先选用D型施工便梁加固线路。通过便梁租赁及多处现场使用情况统计发现，施工单位使用较频繁的是D16型及D24型便梁。

2.1 便梁参数

常用D型施工便梁构造尺寸[4]如图1所示。

D16、D24型便梁具体参数如表1、表2（直线复线区间）。

2.2 便梁型号选择

考虑新建市政道路规模以及便梁支墩的位置及构造尺寸，采用D24型便梁更能保证线路安全性，D16型便梁适用于小规模市政框架（不超过2车道）或分离式框架顶进。

对于复线普速铁路，区间正线常用线间距为4.2～5.0m，结合各型便梁对线间距的适用情况，对于线间距较小的既有线，以沪昆线某区间正线线间距4.2m为例，结合客货共线铁路建筑限界（建限-1），D24型便梁梁顶至轨面高度h为299mm，不满足铁路限界200mm要求，因此，常规架设方案存在使用的局限性。（图2）

若采用D16型便梁加固既有线，则会限制顶进框架规模，继而影响到下穿市政道路的整体线型乃至规模。

这种情况下，根据便梁原设计，可以考虑通过将便梁上牛腿S12更换为S3，将便梁梁顶至轨面高度h由299mm降至149mm，以满足“建限-1”的200mm要求。（图3、图4）

3  顶推力计算

顶力计算是修筑后背及配备顶铺的重要依据，而后背又是进行顶进桥涵的重要基地。作为临时性结构，过于坚固的后背势必造成资源的浪费，因此，需要准确计算顶力。

3.1 理论顶力

按照规范要求，顶进桥涵的顶力根据顶进长度，土的性质，地下水情况桥涵外形及施工方法等因素确定。

切土顶进桥涵时，必须克服各方面的摩阻力及端刃角切土阻力，顶力的计算公式[3]为：

式中，N1为桥涵顶上荷载，E为侧土压力，μ3为侧面摩阻系数，R为钢刃角正面阻力，其余参数定义详见规范。

3.2 实际顶力

但实际施工过程中，一般出现如下情形：①设计方案为切土顶进，但现场实施时，结合土层性质及切土顶进施工的困难度，施工方式常转换为挖土顶进，边挖边顶。②为防止路基土及道碴掉落，一般会将下穿范围内轨道下方清碴“掏空”，待顶进完成后再恢复。③挖土顶进过程中，边墙外土体会被破坏，甚至变成“局部半拉槽”方式顶进。

最后，近似调整实际施加的顶力为：

式中，E′为调整后的侧土压力，R′A为调整后的钢刃角正面阻力（可能为0）。通过调整后的顶力公式可以看出，决定顶力值诸多因素中，框架自重是主要因素。

在保证施工安全的前提下，结合实际顶力计算，可减少临时性结构的投入。

4  便梁支墩稳定性

顶进过程中，在不中断铁路运营的情况下，列车竖向活载将对结构产生水平推力[2]。水平推力大小为：

因此，线路加固过程时，在顶进处线路大小里程端一般会设置拖梁，并在顶进前掏空拖梁下方道碴，进行卸载，如图5所示。

但现场施工过程中，多次发现不拖梁或者设置有托梁，但在顶进前却不挖空托梁下方道碴的情况，使得卸载没有发挥作用。致使顶进时，便梁支墩承受较大的水平推力，对支墩稳定性造成影响，存在较大安全隐患，特别是如此重要的生命线工程[5]。因此，设计时应结合顶进框架高度，对便梁支墩稳定性进行校核计算，特别是采用拉槽顶进方案时更应该如此。

5  结论

①通过调整D24型便梁构件，采用超最低位架设，可满足线间距小于4.5m情况下的铁路限界要求，不需调整下穿框架规模。②实际施工方案与理论设计的差异，会使一些大型临时结构造成较大的资源浪费。③在没理解设计目的情况下，如托梁却不清空下方道碴，使得列车荷载仍然较大部分的传递给下方路基，将极大的影响到便梁支墩的稳定性。

参考文献：

[1]中华人民共和国国务院.铁路安全管理条例[S].国务院令第639号，2013.

[2]国家铁路局.铁路桥涵设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2017.

[3]国家铁路局.铁路桥涵混凝土结构设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2017.

[4]中铁山桥集团铁路器材制造有限公司.D型施工便梁使用说明书[M].秦皇岛，2011.

[5]宋桂杰.框架桥顶进过程安全性研究[D].北京：北京工业大学，2014.