重载铁路框架桥线路加固检算与施工要点

杨淦

摘 要：曲港高速框构桥下穿施工是朔黄铁路成立以来，首次穿越站场5股道，合计下穿线路66 m，历时最长，影响范围最广;首次采用中继间顶进方法顶进，5股道每股高程都不相同，顶进高程不易控制，线路几何尺寸难以保持。从施工伊始至今，顶进处所杜绝了晃车和Ⅱ级偏差，为百日运输会战交上了一份满意的答卷。本文通过对此工程的线路加固体系、施工要点的分析，为重载线路框架桥顶进施工提供了参考。

关键词：重载铁路;加固体系;首次

1 工程概况

曲港高速下穿朔黄铁路安国互通连接线框架桥位于安国站内，穿越铁路里程为K359+247，孔跨为2-13 m。框架桥中心线与铁路中心线交角为90°，穿越安国站内Ⅰ、Ⅱ、3、4、6道。朔黄铁路轨底至顶板最小距离为0.8 m，结构总高为8.9 m，结构净高为7.0 m，结构总宽为28.7 m，结构全长为71.42 m，结构总重8 701.6 t，顶进行程66.17 m。

由于框构桥轴向太长，本次框构桥共分为四节，长度分别为7.0 m、46.3 m、8.0 m、10.0 m，既有铁路路基下为顶进段，顶进段分两节，采用中继间顶进，顶进方向：从南到北，前节长24.3 m，后节长22 m。其他段为现浇。

2 施工难点

（1）曲港高速框构桥下穿施工是朔黄铁路成立以来，首次穿越站场5股道，合计下穿线路66 m，历时最长，影响范围最广;首次采用中继间顶进方法顶进，5股道每股高程都不相同，顶进高程不易控制，线路几何尺寸难以保持，限速55 km/h，车速较高。

（2）朔黄线是万吨货载重车线，百日生产运营会战期间，运输压力大，列车密度大，列车编组长，两万吨列车较多，轴重较大，工况复杂，在同类施工中较为罕见。

（3）本框构桥顶程前节为64.2 m，后节为66.17 m，由于顶程较长，故采用中继间顶进，顶进过程中水平、方向及扎（抬）头不易控制。

（4）该施工地段土质不良，多为粉砂土，极易出现塌方，而且在附近之前的下穿施工中曾经出现过塌方现象。

（5）Ⅰ、Ⅱ道穿工字钢横梁必须在天窗点内进行施工，制约着整个工期。只有降低点内施工难度，尽快完成线路加固，才能缩短工期，降低对运输的影响。

3 加固体系

本框架桥采用3-5-3扣吊轨梁和横抬纵挑法布置的工字钢、路基防护桩、支撑桩、抗横移桩及顶梁组成线路加固系统（满足列车慢行55 km/h的要求）。

3.1 扣轨加固

桥位处朔黄线上行线为75 kg/m轨，下行线为60 kg/m

轨，股道3、4、6道为50 kg/m轨，钢筋混凝土枕。框架桥沿线路长28.7 m，加固范围为框架桥边墙两侧各不少于30 m，加固全长89 m。扣轨梁采用60 kg/m、50 kg/m、43 kg/m钢轨，组装方式为3-5-3扣。以正线Ⅱ道（重车线）为基本股，进行方枕、穿入木枕作业，抽换混凝土枕为3.5 m木枕，利用道钉和扣板与钢轨进行连接。需要穿木枕和工字钢横梁的位置提前进行标示，预留部分混凝土枕保证轨距和水平。扣轨长度合计4 895 m，并进行配轨，接头错开1 m，两端与纵梁平齐，并加设临时梭头。扣轨与下面的枕木用U型螺栓和扣板连在一起增强整体性。

3.2 横梁加固

线路加固横梁采用I50c工字钢，横梁平均间距0.9 m，顶进时悬空长度不大于2.5 m。横梁合计99根，其中长度54 m 32根，长度48 m 8根，长度36 m 59根。横梁需要用连接板接长，接头错开布置，并且接头位置全部位于线间。横梁与抗横移桩固定牢固。横梁下部垫枕木头、木楔和小滑车与桥面接触，垫木板、橡胶垫与钢轨进行绝缘。

3.3 纵梁加固

横梁铺设完毕后，进行纵梁的铺设。线路加固纵梁采用HN900*30*16*28型钢及56c工字钢，双根一束布置，位于线路两侧，置于横梁上，用U型螺栓与横梁连接，形成整体结构。到发线6及到发线3外侧纵梁采用HN900*30*16*28型钢。为了提高加固体系强度，在支撑桩与抗横移桩间及顶进侧纵梁外侧分别多设一道56c工字钢纵梁，双根一束布置，布置长度89 m。其它线间工字钢纵梁均采用56c工字钢。纵梁共计9道，均置于横梁上。

3.4 加固体系检算

3.4.1 横梁验算

横梁作为承托线路的主要受力结构，其强度和刚度及现場施工条件必须满足要求。横梁简化为简支梁进行检算。

（1）荷载取值：

荷载取最不利荷载位置即朔黄线上行重车线的最大轴重=300 kN作为计算荷载（横梁计算简图见图3-1）。

限速不超过55 km/h时，列车冲击系数取1.20，考虑横梁的不均匀工作系数1.3，取综合系数=1.3*1.2=1.56，此时的设计荷载取1.56。

（2）横梁的强度检算：

横梁选用I45b工字钢，质量73.8 kg/m，截面特性为：、、。

自重所产生的荷载为0.738 kN/m，相对轴重荷载较小，计算中不考虑自重荷载。考虑到工字钢需要焊接加长，以焊缝处工字钢的强度作为强度计算标准。两集中荷载中间距离取1.44 m。

弯矩最大出现在两集中力作用点中间的位置：

经计算得x<1.3 m，则跨空长度在不大于1.3*2+1.44=4.04 m。按0.9 m间距布置I45b工字钢，在施工中，保证挖土顶进过程中跨空长度不大于4 m能够保证加固体系的稳定性。

（3）横梁的刚度检算：

横梁的挠度符合要求。

3.4.2 纵梁检算

纵梁在横梁上，横梁间距0.9 m，纵梁按跨度4.5 m的简支梁计算，并看成三根一束的I45b工字钢。纵梁在U型卡处通过横梁作用受到集中荷载（纵梁计算简图见图3-2）。

（1）荷载取值：

列车荷载最大为，自重荷载设计值为18.1 kN，则单个集中荷载为。

纵梁两侧各按三根一束布置，则每根工字钢承受单个集中荷载的1/3。支座反力135.1 kN，最大弯矩182.385 kN·m。单根工字钢承受的支座反力，60.795 kN·m。

（2）纵梁强度检算：

截面特性为：、、、。

<=170 N/mm2

纵梁的强度符合设计要求。

（3）纵梁刚度检算：

经计算=5.03 mm，符合设计要求。

（4）纵梁剪应力检算：

经计算8.75 N/mm2<=120 N/mm2，符合设计要求。

4 施工要点

4.1 施工准备

线路加固前，防护桩、冠梁、支撑桩及抗横移桩已经全部施工完成。框架桥主体强度已经达到100%。在顶进段框构桥两侧30 m范围内，在施工段既有线路轨腰处，每隔5 m设置1个观测点，每条线路（内、外轨）各有18点，并测量原始标高，在线路加固、期间利用水准仪进行线路沉降观测。加固前对框架桥两侧线路进行应力放散。

4.2 施工部署

4.2.1 管理机构

工队成立施工管控小组。工队长任现场总指挥，负责全面组织、盯控、协调工作;副队长负责施工安全及设备质量工作;技术主管、检查监控组负责技术管理、方案审查等工作;业务骨干负责驻站、线路维修保养，确保设备安全平稳运行工作。

慢行期间执行趟检要求，百日生产运营会战期间，运输压力大，所以要充分利用慢行期间列车间隔，每趟车后检查高低、方向、轨距、水平，每小时对加固体系、各部支垫、螺栓进行全覆盖记名检查一次。发现线路变化，利用列车间隔及时对线路采取养护措施，保证行车安全。必要时果断停止施工，加固线路。

4.3 线路加固

4.3.1 搭设施工平台

由于朔黄铁路路基高于地面约3 m～4 m，为方便进行线路加固施工，在线路加固范围内，桥体两侧摊铺土作为平台。工字钢提前按顺序编号，放到桥面及平台上以备用。

4.3.2 调整混凝土枕间距，穿入木枕

以朔黄Ⅱ道线（重车线）股道作为基准，分别调整混凝土枕间距，穿木枕，使混凝土轨枕与混凝土轨枕间距为0.6 m，将枕木穿入既有混凝土轨枕之间，隔三根混凝土轨枕穿入一根枕木，使木枕与木枕间距为1.8 m，穿3.5 m木枕，采取隔六穿一。

4.3.3 安装扣轨

纵向采用3-5-3扣轨，即钢轨外侧为3扣轨，道心为5扣轨，到发线3、到发线4、到发线6采用P43钢轨，正线Ⅱ道线采用P60钢轨（重车线），正线Ⅰ道线采用P50钢轨（空车线），扣轨与木枕连接时，钢轨接头处需错开1.0 m以上，每束扣轨设置完毕后及时用“U”型卡与木枕连接牢固，“U”型卡高度需经计算，不得超出既有轨面，并采用双螺母连接;每束扣轨两端及时设置木梭头，以防止钢轨翘头伤人碰车。

4.3.4 穿横梁

横梁采用I56c工字钢，桥体范围内工字钢长度54 m，桥体两侧工字钢长度为48 m、36 m两种，铺设间距分别为：1.2 m和0.6 m，接头错开1.5 m以上，两道横梁间隔一根木枕。横梁在绝缘垫和木垫板下直接横抬基本轨和扣轨，桥体范围内横梁前端支撑在抗横移桩冠梁上，在路基开挖前，后端横梁支撑在主体顶板上，共计40道。桥体范围外横梁支撑于路基两侧防护桩冠梁上，共计59道。横梁同时3扣轨、5扣轨连接，以保证线路与加固体系连成整体。

穿横梁时以到发线4轨底为标准，其余股道与横梁采用垫木板、绝缘胶垫的形式整平，横梁穿入时采取由南向北人工配合机械作业，横梁的穿入垂直于铁路，先中间后两侧，按照“隔六穿一”原则穿入，每根横梁两端用枕木垛支撑，防护桩范围内横梁支撑于冠梁上。

横梁穿入时天窗点内施工，穿入时具体工序为：

开槽：穿入横梁前需在要穿入横梁的位置开槽，到发线开槽在慢行期间通过封锁线路来施工，正线Ⅰ、Ⅱ开槽施工纳入天窗点内来完成。

穿横梁：在已开槽处要及时穿入横梁，在天窗点内穿横梁过程中要每股道安排2人专门垫橡胶绝緣垫，以防穿入时钢轨连电。横梁穿入过程中，横梁连接通过路基两侧平台利用人工配合机械吊装组合，穿入的工字钢保持水平，以防止穿入过程中工字钢横梁崛起线路。

4.3.5 上工字钢纵梁

横梁铺设完毕后，进行纵梁的铺设。线路加固纵梁采用HN900*30*16*28型钢及56c工字钢，双根一束布置，位于线路两侧，置于横梁上，用U型螺栓与横梁连接，形成整体结构。到发线6及到发线3外侧纵梁采用HN900*30*16*28型钢。为了提高加固体系强度，在支撑桩与抗横移桩间及顶进侧纵梁外侧分别多设一道56c工字钢纵梁，双根一束布置，布置长度89 m。其它线间工字钢纵梁均采用56c工字钢。纵梁共计9道，均置于横梁上。

4.3.6 线路防横移措施

（1）为保证顶进时横梁前段有可靠的支撑，防止线路横移，在朔黄铁路到发线6道外15.93 m处设置抗移桩，桩直径φ1 250 mm、间距4.0 m、桩长18 m。抗移桩桩顶设L型连梁，横梁抵在L型连梁上起到防止线路横移的作用。

（2）浇注顶板砼时在前后节桥体尾部设置1排间距为3.0 m的钢筋拉锚，当桥体顶进穿越线路时用倒链锁定工字钢纵梁，另外一端固定在牵拉地锚上，随桥体顶进调整倒链长度，控制线路中线，防止线路发生横移。

4.4 顶进作业

既有线路标高控制：顶进前，对既有线路标高进行测量、复核，线路加固时对局部进行加垫调整，保证既有线路状况不变。

中心线及水平控制点设置：在前、后节框构顶面中心线偏移2 m框构的前后端各设置两个方向观测点，在前、后节框构的四个角位各设置一个水平观测点;每顶进一镐及时对各观测点进行测量，明确框构走行趋势，制定相应纠正措施，同時绘制框构方向和水平变化关系图。

框架桥顶进重量8 701.6 t，最大顶力11 911 t。顶进施工采用BJ500t千斤顶，其有效顶力为350 t，需布置顶镐40台，前后各20台，前后节从中间对称布置，两边各10台，另配备2台备用，共计需要准备顶镐44台。采用全圆铸钢顶铁，安装顶铁应无歪斜、扭曲现象，安装必须顺直。每次退镐加放顶铁时，应安放最大的顶铁，保持顶铁数目最小。最大顶力为14 000 t。

框架桥顶进行程66.17 m，其中空顶距离16.5 m。在线路加固完成前进行空顶并靠近路基边，线路加固完成后开挖土方，进行后续顶进作业。慢行点内顶进作业14天，顶进距离50.5 m。平均3.6 m/天。

为保证线路行车安全，采取少出土勤顶进方式，根据出土两侧土质情况，每次出土1.2 m～1.8 m。

桥体顶进到位共计14天。

4.5 恢复线路

线路加固拆除前，在主轨、纵梁对应的横梁底，用枕木头、木板和楔子替换小滑车。

4.5.1 拆除纵梁

待框构桥顶进就位后，将纵、横梁连接的U型卡和扣板松动拆除后，由人工在天窗点内统一把工字钢纵梁抬出线路外侧，堆放到指定位置。

4.5.2 抽出横梁及补充道砟

补充石碴达到横梁1/2时，开始从线路北侧利用挖掘机配合人工，用套绝缘管的钢丝绳抽出横梁，随抽随解除其与纵梁和扣轨的连接。然后抽换Ⅲ型桥枕，并将道碴补充饱满，石碴捣固密实。

4.5.3 拆除扣轨

横梁抽完后，由人工在天窗点内统一将扣轨与枕木连接的U型卡解除，把扣轨抬至运料平台上，扣轨平行跨越线路，严防连电。

4.5.4 更换新Ⅲ型混凝土枕、安装护轮轨

按“隔六换一”的方式进行抽换，抽换过程随时检查线路各项几何尺寸，并将道碴捣固密实。在确保线路各项几何尺寸满足要求后安装护轮轨。

5 结语

朔黄线为一级重载铁路，正线列车密度大，编组长，又逢百日生产运营会战期间，运输压力大，两万吨列车较多，轴重较大。顶进行程较长，跨越站内五股道，工况复杂，在同类施工中较为罕见。通过施工证明，此种加固方法能够保证线路平顺及列车正常运行。

参考文献：

[1]唐恽琦，唐伟程.框构桥箱涵顶进中的调向问题[J].建筑与预算，2019（4）：65-70.

[2]唐恽琦，唐正格，唐伟程.框构桥箱涵顶进施工中减小阻力的粗议[J].建筑与预算，2019（3）：50-54.

[3]刘辉.在重载铁路下顶进框构涵的施工技术[J].铁道建筑，2017（7）：11-12.