D型便梁加固多股道繁忙铁路施工技术及安全监测

林文旭，雷斌，刘昭，邝安源，万思宇，曹振

（1.安康市住房和城乡建设局，陕西 安康 725029；2.西安建筑科技大学，陕西 西安 710055；3.安康公路管理局，陕西 安康 725099；4.陕西建工第十二建设集团有限公司，陕西 安康 725000）

0 引言

铁路带动了城市的发展，但是随着城市规模的增大、功能的扩展，铁路路线对城市发展表现出一定的负面影响。因此为解决此类问题，在新建道路与铁路立体方案中，通常采用下穿铁路的方案，其较上跨方案无需中断列车运行，对铁路的运营影响较小，能够提高城市土地资源的利用效率，符合城市发展长远利益[1-4]。

隧道下穿铁路站场工程中采用明挖现浇法具有工期短、投资小且铁路沉降易于控制等优点[5-8]，但采用明挖现浇法的前提条件是不中断铁路运营，因此常采用人工挖孔桩和D型便梁架空加固既有铁路线路以确保铁路运行畅通，但是D型便梁架空加固多股道繁忙铁路的施工仍存在问题[9]。基于此，本文以安康市政隧道下穿13 股道繁忙铁路为工程背景，提出D 型便梁架空加固13 股道繁忙铁路的施工技术，同时对D 型便梁进行安全监测，进一步确保施工安全和行车安全，将对今后类似隧道下穿繁忙站场工程提供参考。

1 工程概况

1.1 地形地貌

某工程位于为低缓丘陵区及汉江二级阶地，呈陇岗状地貌，冲沟发育，地形起伏较大，地势西高东低，海拔258～294m，相对高差1～36m 不等；区域内村庄建筑密布，既有铁路公路道路交叉密集，地表填挖改造明显；既有路网以西为岗坡密集地段，村落建筑相对密集，有水泥道路穿行其间。

1.2 铁路现状

隧道下穿安康货运东站五场，安康货运东站属华中路网编组站，隶属西安局集团有限公司，客货混编一等站。安康东站为混合式三级五场，一场为到达场，10股道；二场为下行到发场，8股道；三场为上行到发场，8股道；四场为编组场，有分类线22条；五场为下行列车出发场，10 股道。由西往东依次为五场、二场、四场、三场、一场。

如图1 所示，拟建隧道由南向北依次下穿13 股铁路，分别为货场联络线、出发场线、货车疏解上行线。其中出发场由11 股平行的股道组成，各股道线间距5.0～6.5m，采用43kg/m轨型。货场联络线位于出发场股道南端，在货运东站西侧有一处道岔，采用43kg/m 轨型。货车疏解上行线北起陕西省西安市临潼区新丰镇编组站，南达陕西省安康市，全长共268km，为国家Ⅰ级电气化铁路；同时货车疏解上行线在吕河站至货运东站间26km 线路与襄渝铁路共轨，货车疏解上行线采用60kg/m钢轨，自动闭塞。

图1 隧道下穿既有铁路线路示意

2 既有铁路加固

本工程跨越既有铁路线路多、出发场调车繁忙、车流量大，保障施工安全以及行车安全存在一定困难。如图2 所示，该工程在运营线上采用人工挖孔桩及D 型便梁加固既有铁路线路，既有铁路线路下方进行深基坑开挖以及现浇框架施工。

图2 施工现场

D 型便梁有 D12、D16、D20、D24 四种型号，该工程用于加固既有铁路线路的D型便梁为两跨简支D24型便梁。D24 型便梁由2 根纵梁、37 根横梁以及若干配件组成，其纵梁长度为24.5m，横梁长度为3.96m，2根纵梁中轴线之间的距离为4.46m。根据纵梁梁顶至轨面的距离，D 型便梁安装方式分为3 种，分别为高位安装、中位安装、低位安装，距离分别为749mm, 599mm，449mm[10]。该工程在低位安装的基础上进行改进，采用超低位安装，纵梁梁顶至轨面的距离为149 mm。D 型便梁共有甲式、乙式、丙式、丁式安装方式，甲、乙、丙式适用于单线铁路，丁式适用于复线。本工程为减少D 梁纵梁对列检、货检影响，五场1～10 股道的D24便梁采用丁式安装；其余3股道D24便梁采用甲式安装。

钢便梁安装前事先存放于安康东站五场仓库，在货场联络线上利用吊车将便梁装入轨道车上，除货场联络线沿线运输外，其余股道便梁均需经五场西安方向东区道岔群运至需安装便梁股道，在封锁点或停运期内卸货并安装便梁。每股道便梁分3 次（每股道一次）利用轨道吊车运至工点，横梁及其他组件人工搬运至工点。

钢便梁施工技术要点为调整枕距→穿横梁→纵梁位掏槽→纵梁就位，均在封锁点内进行。

（1）调整枕距

先将轨枕的位置按670mm 的间距用白油漆标志在钢轨外侧轨腰处，将多余的轨枕抽出。D 型纵梁架设就位后按照位置进行调整枕距作业，确保轨枕与线路垂直，并调平轨面。

（2）穿横梁

施工时先穿入定位横梁，连接定位角钢，然后穿入其他横梁，保证各组横梁位置正确，用便梁扣件将横梁与钢轨连接。至少在一根钢轨下需要垫大块绝缘橡胶轨垫，防止轨道电路短路，影响信号和行车。塞入横梁时要对准连接板并定位，同时上好扣件，垫好橡胶轨垫。并及时对道床进行捣实，认真做好线路检查，发现变化及时维修。

（3）纵梁位掏槽

因五场1～10 道、车辆段走行线均采用上承式D 梁，纵梁安装前应预先在股道间掏槽方可落梁。掏槽深度为40～80cm，掏槽道砟及土方均采用编织袋装包，平板车集中外运。掏槽基坑按1∶1 放坡，线路架空完后，在相邻未架空线路侧基坑进行回填，回填就地使用掏槽道砟及土方，外运时应预留回填部分。

（4）纵梁就位

纵梁事先存放于货6线附近空地，在运输前按顺序吊装至轨道车上，并固定牢固。从货6 线经东区岔群（西安方向）运至施工现场，卸于架空区段，用短枕木支撑固定，然后人工配合顶镐准确就位，连接纵横梁节点板和上下牛腿，形成架空体系。

图3 为D 型便梁加固完成既有铁路线路全景图。对于线间距为5.5m 及6.5m 两股道间，因纵梁之间存在较大间隙，须防止人员坠落掉空，故在相邻纵梁顶上采用垫设方木、铺竹胶板（与纵梁固定）等防护措施，确保人身安全。

图3 D型便梁加固既有铁路线路

3 D型便梁安全监测

3.1 监测系统

振弦式传感器相比传统电阻式传感器具有输出距离长、分辨率高、不受环境影响、不易损坏的优点，已广泛应用于桥梁监测中。本文将采用振弦式传感器对D型便梁进行监测。振弦式传感器通过信号电缆接入多通道采集仪。多通道采集仪具有采集数据、存储数据以及上传数据的功能。

3.2 布设监测点

通过对安康货运东站五场行车数据的调查，发现1～5 股道具有车流量大、各股道列车载重及编组不同等特点。故选取五场1～5 股道D24 便梁布设监测点，在D24 便梁纵梁1/4 跨、跨中、3/4 跨的上下翼缘平行于中性轴布设振弦式传感器。便梁监测点位布设如图4所示。

图4 便梁监测点位布设

3.3 实测数据分析

当待测物体发生变化时，振弦式传感器内部振动频率发生变化，需要对变化的频率进行数据处理，转化为工程中所需的应变、应力以及挠度。通过式（1）将内部振动频率的变化量转换为应力、应变。

式（1）中：E为弹性模量；ε为应变；K为仪器标定系数；Fi为实时测量频率模数；F0为初始频率模数。

根据便梁纵梁的实时动态应变，可由式（2）计算得到监测点的截面曲率。D 型便梁为简支梁，假设其曲率函数为二次多项式，由式（3）求得曲率函数后，最后由式（4）并确定边界条件获得挠曲线方程，即可求得D型便梁的挠度。

式（2）中：ε1,ε2为测量截面上下翼缘应变；d为传感器的距离。

式（4）中：C1,C2为积分常数，可根据边界条件确定。

图5为第1跨、第2跨便梁纵梁实测应力图。由图5可知，纵梁最大应力出现在第1 跨便梁跨中下翼缘处，应力值为82.03MPa，小于Q345 钢材的基本容许应力（240MPa）。当D 型便梁采用超低位安装架空铁路线路时，结构安全性能满足规范要求，且具有一定的安全富余量。

图5 便梁纵梁应力

4 结论

综上，可得如下结论及建议：

（1）D 型便梁加固多股道铁路施工技术确保了既有铁路畅通的同时，隧道施工安全也得到了保障，而且施工效率也得到了显著提高。

（2） D 型施工便梁加固既有铁路线路的强度、刚度、稳定性等性能指标均能满足规范要求，且有一定的安全富余量，保证了施工安全以及行车畅通。

（3）施工过程中牛腿及联结板上全部螺栓应同时上紧，弹簧垫圈置于螺母与平垫圈之间。使用过程中，应随时检查，上紧松动的螺栓。同时桥上应尽量避免钢轨接头，不能避免时，钢轨接头必须调整在横梁上。

（4）便梁架空后必须加强线路日常检查。实行一列一检制度，每一次列车通过后都必须全面检查线路及加固设施。