铁路运营线下旧框架桥顶出拆除时的简易滑板分析

张梦为 （安徽铁建工程有限公司，安徽 蚌埠 233040）

1 引言

随着城市的扩张，原本位于城市郊区铁路运营线下方框架桥的通行能力已无法满足日益增长的交通需求，形成城市交通的堵点。拆除既有旧框架桥，在原址新建尺寸更大的新框架桥，对城市道路进行拓宽改造，已成为城市发展的迫切需求。

通常采用金刚石绳锯切割、机械破碎、膨胀爆破等方法对旧框架桥进行拆除施工。如永年县北环路地道桥工程[1]、沈阳市南五马路公铁立交工程[2]、兰溪市城北立交桥扩孔工程[3]、天津北站25号桥改造工程[4]等工程采用了绳锯切割法对旧框架桥进行逐块切割与移除。秦皇岛市西港路桥拆旧顶新工程[5]、大石桥市铁西地道桥改造工程[6]采用人工用风镐及机械破碎方式对旧框架桥进行了拆除。

一般在旧框架桥拆除之前，新框架桥已在工作坑中的滑板上预制完成。待旧框架桥拆除腾出空间后，后续新框架桥紧接着开展顶进作业。因此在确保施工安全前提下，旧框架桥的拆除施工工期越短，对后续新框架桥的顶进影响越小，对既有铁路运营线的慢行控制时间越短。事实上，在条件允许情况下，也可采用把旧框架桥直接顶出的移除方法，其具有下列优点。

在简易后背(或新框架桥做后背)支撑下，直接顶出旧框架桥施工时间短，为后续新框架桥的顶进施工及时腾出空间；

旧框架桥顶出至铁路安全范围之外后再进行破除，其拆解施工不影响后续新框架桥的顶进作业，且可在工程相对空闲的时间段进行破碎作业，工期较为宽松，不具有紧迫性。

但对旧框架桥采用直接顶出的施工方法，也存在下列难点。

旧框架桥作为既有道路的一部分，经过较长时间的使用已与地基土体紧密接触，直接顶出时的起动顶力较大。当然，可在旧框架桥底板均匀开设若干钻孔，基于钻孔高压注入触变泥浆，可大大降低底板与地基土之间的摩擦力。

旧框架桥顶出的行程范围内，鉴于时间与成本的考虑，并不会修筑混凝土滑板，往往直接在地基土体上滑动。导致旧框架桥滑移过程中的摩擦力也较大，顶出速度不理想，增加了施工成本。

为此，本文提出了一种旧框架桥顶出拆除时的简易滑板，为解决旧框架桥顶出施工的局限性提供技术支撑。

2 简易滑板结构设计

旧框架桥顶出施工时，先破除影响范围内的原有路面结构，并把框架桥前进方向的原路基开挖至框架桥底板以下，后续框架桥被顶出时，将沿着原路基土层向前滑动，直至整体顶出至铁路安全范围之外。旧框架桥顶出的行程范围内，鉴于时间与成本的考虑，并不会修筑滑板。钢筋混凝土滑板只在新框架桥的顶进工作坑内修筑，其主要作为新框架桥预制的场地使用[7]。

但旧框架桥直接在原路基土层上顶出滑动时，存在下列局限性。

①原路面的破除、开挖，导致土体表面不平整，后续旧框架桥在不平整的土体表面滑动时，可能不同位置的高程发生变化，旧框架桥可能出现局部翘起现象，若与上部铁路轨道发生碰撞，必将影响上部运营铁路的安全[8]。

②旧框架桥在不平整的土体表面滑动时，其方向性难以控制，若轴线出现偏移，与铁路路基一侧土体发生刮擦，也会诱发施工风险。

③旧框架桥在不平整的土体表面滑动时，摩擦力较大，导致后方需配置较多的顶进设备，顶出速度较慢，增加了时间成本。

④若在旧框架桥顶出的行程范围内修建传统的混凝土滑板，一方面耗时较长（混凝土的终凝需要时间），另一方面其仅能作为旧框架桥临时滑行轨道使用，无其它功能，后续还需拆除，综合成本高，显然不会作为顶出施工方法的首选。

本文提供一种旧框架桥顶出拆除时的简易滑板，其由工字钢与钢板组成，取材方便，可快速、安全的实现临时滑板的安装与拆除，可重复使用，达到缩短工期、节约造价的目的。

一种旧框架桥顶出拆除时的简易滑板，包括受压工字钢、导向工字钢、定位工字钢与应力扩散板；多块应力扩散板铺设在旧框架桥顶出行程范围内的土层表面，多根受压工字钢整齐排列置于应力扩散板上，受压工字钢的顶部略低于旧框架桥的底板底面；排列整齐的受压工字钢两侧设置导向工字钢，导向工字钢的顶部高于旧框架桥底板底面；两侧导向工字钢的内侧水平净距大于旧框架桥外侧宽度5cm～10cm；定位工字钢置于受压工字钢与导向工字钢的前端且抵住受压工字钢与导向工字钢，在其它常规辅助措施协助下定位工字钢能阻止受压工字钢与导向工字钢沿旧框架桥顶出方向的移动；受压工字钢、导向工字钢、定位工字钢、应力扩散板之间用螺栓连接或焊接连接形成整体。所提简易滑板的结构形式如图1～图5所示。

图1 所提简易滑板三维方位

图2 所提简易滑板三维方位

图3 所提简易滑板三维方位图

图4 所提简易滑板横向剖面图

图5 所提简易滑板纵向剖面图

上述提及的“其它常规辅助措施”包括大体积块石抵住定位工字钢、大型施工机械（挖土机、推土机等）抵住定位工字钢、大卡车轮胎抵住定位工字钢、堆放建筑材料抵住工字钢等，使定位工字钢在旧框架桥顶出的推力作用下不发生移动。使定位工字钢位置固定的方法较多，故不一一列举，在施工现场因地制宜、灵活选用即可。

多根受压工字钢整齐排列置于应力扩散板上，且使受压工字钢截面的宽度方向与应力扩散板垂直、受压工字钢截面的高度方向与应力扩散板平行，这样摆放受压工字钢的稳定性最高，不至于发生倾覆。

排列整齐的受压工字钢两侧设置导向工字钢，导向工字钢的顶部高于旧框架桥底板底面。旧框架桥顶出过程中若发生偏移，其外侧必然与导向工字钢发生刮擦、碰撞，导向工字钢能约束旧框架桥的偏移量在允许范围内。

受压工字钢、导向工字钢、定位工字钢、应力扩散板之间用螺栓连接或焊接连接形成整体，组装时应考虑后续拆卸的方便。连接方式应考虑对材料的影响较小，方便材料的后续重复使用。

受压工字钢端部伸入旧框架桥底板下方的长度不小于0.5m，且在旧框架桥底面与受压工字钢顶面之间铺设承接板。旧框架桥起动顶出后，其前端压在承接板上，承接板再压在受压工字钢上。后续旧框架桥继续顶出时，旧框架桥压住承接板在受压工字钢上滑行，钢材与钢材之间的摩擦力较小，且增设承接板对保护简易滑板的整体性有利。

应力扩散板下方铺设碎石垫层并找平。铺设碎石垫层后，还需采用机械进行碾压平整，使应力扩散板与土体表面接触紧密。

应力扩散板、承接板均为钢板，旧框架桥顶出前在受压工字钢朝上与承接板接触的表面涂抹润滑剂。涂抹润滑剂可进一步降低旧框架桥顶出过程中的摩阻力。

3 简易滑板施工方法

简易滑板的安装施工方法如下。

对旧框架桥内部及前后一段范围内的原有路面进行破除、清理干净，露出地基土体。通常原有路面为沥青路面或水泥路面。

开挖旧框架桥顶出行程范围内的地基土体，使土体表面低于旧框架桥的底板底面的高度大于受压工字钢与应力扩散板的竖向高度之和。

开挖旧框架桥顶出前端底部的土体，开挖长度不小于0.5m，为后续受压工字钢端部伸入旧框架桥底板下方提供空间准备。

在旧框架桥顶出行程范围内的地基土体表面铺设碎石垫层，并碾压平整。

在旧框架桥顶出行程范围内的地基土体碎石垫层上方铺设应力扩散板。

在应力扩散板上整齐排列布置受压工字钢，受压工字钢的一端伸入旧框架桥底板下方的长度不小于0.5m。

在排列整齐的受压工字钢两侧设置导向工字钢，导向工字钢的顶部高于旧框架桥底板底面。两侧导向工字钢的内侧水平净距大于旧框架桥外侧宽度5cm～10cm。

把承接板塞入旧框架桥底板底面与受压工字钢之间，使旧框架桥未顶出之前承接板已置于旧框架桥的底部下部。承接板的宽度应大于1.0m，使承接板的一半左右位于旧框架桥的底板外侧。

把定位工字钢置于受压工字钢与导向工字钢的前端且抵住受压工字钢与导向工字钢，在其它常规辅助措施协助下定位工字钢能阻止受压工字钢与导向工字钢沿旧框架桥顶出方向的发生移动。

受压工字钢、导向工字钢、定位工字钢、应力扩散板之间用螺栓连接或焊接连接形成整体。组装时应考虑后续拆卸的方便。连接方式应考虑对材料的影响较小，方便材料的后续重复使用。

旧框架桥顶出前在受压工字钢朝上与承接板接触的表面涂抹润滑剂。涂抹润滑剂可进一步降低旧框架桥顶出过程中的摩阻力。

待后续旧框架桥顶出至铁路线安全范围之外、拆解破除、清理混凝土碎块后，再对所提简易滑板进行拆除。

所提简易滑板的优点包括以下三点。

①简易滑板能有效约束、控制旧框架桥顶出过程中的高程与轴线，确保旧框架桥的在预定轨道上准确滑行，提高了铁路运营线下方旧框架桥拆除的安全性。

②旧框架桥顶出过程中，框架桥仅与受压工字钢翼板侧面接触，接触面积非常小，摩擦力非常小，故最终所需顶力较小，施工时间短。

③简易滑板由钢板与工字钢构成，产品成熟，选材方便，组装与拆卸方便，可重复使用，综合费用较低。

4 简易滑板受力分析

某既有铁路运营线下方旧框架桥全宽 16.1m、净宽 14.0m、高度 6.20m、长度13.60m、顶板厚度0.65m、底板厚度0.75m，因道路改造需要须进行拆除，后续再顶进尺寸与规格更大的新框架桥。

现以该旧框架桥为例，测算直接顶出施工时简易滑板的具体结构参数。旧框架桥自重N=11090.8kN；旧框架桥底板面积S底=13.6×16.1=218.96m2。

4.1 顶力计算

通常，在决定顶力值的诸多因素中，框架桥自重是主要因素。顶力P计算公式可简化为

式中μ—综合摩阻系数；

N—框架桥自重(包括线路加固重及附属设备重)。

一般地，综合摩阻系数μ在0.8～1.8之间[9-10]。本案例中，旧框架桥经过长时间的使用已与地基土体紧密接触，故综合摩阻系数应取大值，未经地基润滑处理的原始顶力为：

显然该原始顶力过大，需配置较多的顶进设备，且对临时后背要求高，增加了施工成本。鉴于旧框架桥无需进行保护，在旧框架桥上可进行随意钻孔，通过钻孔可对底板下方的地基土高压注入膨润土泥浆。已有实验表明[11-12]，触变泥浆可使框架桥与土体之间的摩阻系数减少50%以上。在旧框架桥底部均匀开设若干钻孔并注入触变泥浆，其费用在合理范围内。关键在在降低摩阻力后，可减少顶进设备数量及临时后背的规模，总体上可降低施工造价。不妨以摩阻系数降低50%为例，润滑处理后的所需顶力为：

千斤顶的顶力一般按额定顶力的70%计算，使其具有适当的储备。可采用不同型号的千斤顶进行配置，如选用吨位200t的千斤顶7个即可。

当旧框架桥顶出至简易滑板时，混凝土底板与受压工字钢接触产生摩擦，其仅与工字钢的翼缘板侧面接触，接触面积非常小，此时的摩擦系数非常小。且后续顶出过程中，还可在受压工字钢翼缘板上涂抹润滑剂，进一步降低旧框架桥底板与受压工字钢之间的摩阻力。参考相关文献，以钢-混凝土之间摩阻系数μ=0.20考虑，得到旧框架桥进入简易滑板后的顶力为：

可见，当旧框架桥进入滑板后，其所需顶力大大降低，仅为起动顶力(润滑处理后)的22.2%。顶力减小一方面可降低对液压设备的需求，另一方面可加快顶出速度(顶出施工无需考虑对旧框架桥的保护)，缩短施工时间。只要前期准备充分，旧框架桥顶出至铁路安全线之外，通常可在一天内完成。可见，简易滑板能发挥较大作用。

4.2 应力扩散板的选用

由于原框架桥所在的城市道路已使用多年(超过10年)，道路地基土体的固结土体可视为早已完成，旧框架桥附近的地基承载力可视为相同。故应力扩散板的总和面积不小于旧框架桥底面面积即可，如可选用 6.0m(长)×1.5m(宽)×2.0cm(厚)的普通钢板27块，其总面积为S钢板=6×1.5×27=243m2，沿旧框架桥顶出方向布置9排，每排铺设3块即可。

4.3 受压工字钢的选用

受压工字钢截面的宽度方向与应力扩散板垂直，使受压工字钢“横躺”在应力扩散板上，这样摆放受压工字钢的稳定性最高，不至于发生倾覆，如图6所示。

图6 受压工字钢的摆放姿态

所提简易滑板中的受压工字钢仅承受压力，其把旧框架桥的自重传递至下方的应力扩散板上，兼发挥“滑轨”的作用。受压工字钢基本不承担弯矩与剪力，不需验算其强度问题，故可选用截面尺寸较小(费用较低)的工字钢型号即可。所提旧框架桥顶出拆除案例中，可选择10#或12#工字钢6根(间距3.0m)即可。

4.4 导向工字钢的选用

导向工字钢位于滑板的两侧，起到约束旧框架桥顶进轨迹的作用，使其不会发生较大的偏移，故导向工字钢的高度应相对较大。所提旧框架桥顶出拆除案例中，可选择22#或25#型号的工字钢作为导向工字钢即可。

置于简易滑板中的其它材料，可根据现场实际灵活选用即可。各构件之间用螺栓连接或焊接连接形成整体，其需考虑后续拆卸的方便。所提简易滑板由钢板与工字钢构成，组装与拆卸方便，可重复使用，综合费用较低，为旧框架桥的顶出施工提供了便利。

5 结语

提出了一种旧框架桥顶出拆除时的简易滑板，包括受压工字钢、导向工字钢、定位工字钢与应力扩散板；多块应力扩散板铺设在旧框架桥顶出行程范围内的土层表面，受压工字钢整齐排列置于应力扩散板上；排列整齐的受压工字钢两侧设置导向工字钢；定位工字钢置于受压工字钢与导向工字钢的前端且抵住受压工字钢与导向工字钢；各构件之间用螺栓连接或焊接连接形成整体。

所提简易滑板能有效约束、控制旧框架桥顶出过程中的高程与轴线，提高了施工的安全性；旧框架桥顶出过程中，框架桥仅与受压工字钢翼板侧面接触，摩擦力非常小，施工时间短；简易滑板由钢板与工字钢构成，组装与拆卸方便，可重复使用，综合费用较低。