林偉、吳偉龍

（1.國能黃大鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司，山東東營257100；2.中鐵十二局集團(tuán)第七工程有限公司，湖南長沙410000）

0 引言

黃大鐵路設(shè)計為國家Ⅰ級單線、電氣化重載鐵路，作為河北直通魯西北煤炭運(yùn)輸?shù)闹匾ǖ溃_通當(dāng)年的年運(yùn)量完成1255 萬t，隨著上游朔黃鐵路開行萬t 單元列車規(guī)模化及28～30t 軸重試驗列車的開行，對沿線橋梁結(jié)構(gòu)承載力和下穿施工安全提出了更高的要求。本文以新建2×18.5m 框構(gòu)橋下穿黃大鐵路施工為背景，在框構(gòu)橋頂進(jìn)施工中，對重載鐵路運(yùn)營下線路加固方案進(jìn)行必選和相關(guān)驗算，制定關(guān)鍵施工工藝，提出優(yōu)化措施，確保下穿頂進(jìn)施工安全進(jìn)行。

1 工程概況

橋位中心里程為黃大鐵路GDK164+567.58m 處，夾角為80.9o。新建框架橋主體采用（18.5+18.5）m 兩孔單體框架結(jié)構(gòu)，單孔框架孔徑為18.5m，結(jié)構(gòu)總高為9.05m，結(jié)構(gòu)凈高為6.75m，其框架橋中心處軌底至頂板頂最小厚度為0.75m，如圖1所示。

圖1 下穿鐵路框架橋總平面布置圖

2 加固方案比選

常用的橋梁頂進(jìn)施工的線路加固方案是縱橫梁加固法和D 型便梁加固法。其中，縱橫梁加固法是用型鋼組拼的縱梁沿線路方向?qū)⒓扔芯€路挑起，用型鋼拼裝沿框架橋方向的橫梁承受縱梁傳遞的線路荷載；縱挑橫抬的目的是通過結(jié)構(gòu)受力由縱向、橫向的轉(zhuǎn)變來解決縱向受力結(jié)構(gòu)跨度受限的問題[1]。此方法適用于跨度大，加固長度長的線路。但存在的問題是，拼裝線路的幾何和平面尺寸不易保持，路基兩側(cè)覆土在吃土頂進(jìn)中容易坍塌，配套的頂進(jìn)液壓系統(tǒng)負(fù)荷增大，頂進(jìn)效率較低，工期延長，拼裝過程需大量人員上線作業(yè)，安全隱患極大，且費(fèi)用較大等。

D 型便梁加固法常用于既有線上的橋涵頂進(jìn)和路基病害整治施工，主要適用于24m 跨以下的橋涵下穿頂進(jìn)施工。在保證運(yùn)輸安全的同時，行車不中斷或限速通過施工地段，將提前整體預(yù)制好的結(jié)構(gòu)物一次或分段頂進(jìn)。D 型便梁加固法的施工工藝可靠、安全性較高，為框架橋頂進(jìn)施工創(chuàng)造有利條件[2]。該項目由于廬山路下穿黃大鐵路交角接近正交，線路為單線路基段，且兩孔框構(gòu)橋設(shè)計為單孔分次頂進(jìn)，故線路加固方案優(yōu)先采用24mD 型便梁加固法[3]。

縱橫梁加固法和D 型便梁加固法比較見表1。

表1 兩種方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比

3 支點(diǎn)樁結(jié)構(gòu)受力驗算

對線路加固結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力驗算，以確保鐵路行車及施工安全。因D 型便梁為國家鐵路局定型產(chǎn)品，在規(guī)定的條件下按設(shè)計要求使用，完全能夠滿足承載要求，不需進(jìn)行受力驗算。經(jīng)分析，該項目進(jìn)行孔樁支墩的承載能力驗算即可。列車活載按中—活載計算，如圖2所示。箱涵下穿出的鐵路位于直線上，在線路加固期間列車限速45km/h，且不允許列車在線路加固地段制動，所以列車活載取值時不考慮離心力、橫向搖擺力及制動力的影響。便梁荷載如下：D 型便梁自重取48.9t，鋼軌自重取60kg/m，軌枕自重取3.7kN/根，列車活載F4根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》（TB 10002.1—2005）4.3.1 條，列車作用的中—活載最不利位置如圖3所示。在24mD 型便梁長度上由于列車中—活載作用而產(chǎn)生的最大作用力為：

圖2 中—活載

圖3 最不利位置

沖擊系數(shù)：

K=1+u=1+28/（40+L）=1+28/（40+24）=1.43

故支點(diǎn)受到的最大集中荷載為：

（489+1.2×24+6.17×24）/4+743×1.43=1228.96kN。

考慮在列車限速運(yùn)行速度小于60km/h 時，沖擊系數(shù)的u 折減系數(shù)。

當(dāng)列車行駛至圖3所示的位置時，列車前進(jìn)端的孔樁支墩承受到最大荷載。

式(2)中：[P]——樁的容許承載力（kN）；

U——樁截面周長（m），3.14×1.6=5.02m；

fi——各土層極限摩阻力（kPa）；

li——各土層厚度（m）；

m0——鉆孔樁樁底支承力折減系數(shù)，一般取值為0.3；

A——樁底支承面積（m2），3.14×0.64=2.0m2；

[σ]——樁底地基土容許承載力（kPa）。

樁基埋入各土層厚度參數(shù)見表2。

表2 樁基埋入各土層厚度參數(shù)

代入公式求得單樁最大承載力為2606kN＞1243.8kN，樁徑容許承載力滿足承載力要求。

4 關(guān)鍵技術(shù)及措施

4.1 D 型便梁加固技術(shù)

4.1.1 D 型便梁施工

（1）便梁架設(shè)施工順序：支設(shè)鋼木支墩—橫梁就位（抽換鋼枕）—縱梁就位—配件緊固。

（2）橫梁就位：將橫梁位置的道砟清除，每孔混凝土枕穿一根橫梁，與橫梁接觸面墊好絕緣板，橫梁安裝就位，用配套的專用鋼軌扣件將橫梁與鋼軌連接固定。

（3）縱梁就位：首先清理道床留出縱梁槽并留有一定余量，便于落位與調(diào)整，道床邊坡用袋裝道砟堆碼牢固，保證軌枕頭道砟飽滿。汽車吊先將每榀縱梁吊裝就位，就位后兩端立即用短枕木頭、方木對縱梁進(jìn)行臨時加固，防止縱梁傾覆，然后從縱梁兩端向中心連接，將縱、橫梁用牛腿連接螺栓全部裝設(shè)牢固。

（4）位移控制：利用蓋梁上預(yù)留件與縱梁間打入木楔擠緊，作為鋼便梁防橫移限位裝置，如圖4所示；在鋼便梁縱梁接頭兩側(cè)，用45cm 寬、1cm 厚的鋼板進(jìn)行連接，作為鋼便梁防縱移限位裝置，如圖5所示。每側(cè)單邊采用3 根高強(qiáng)度螺栓緊固連接。橫梁全部與縱梁連接后，安裝牛腿、連接板等其他配件，并緊固全部螺絲。

圖4 橫向限位裝置

圖5 縱向限位裝置

4.1.2 框架橋頂進(jìn)

框架橋頂進(jìn)需要多次架梁、移梁，過程如下：

（1）搭設(shè)鋼木支墩，安裝3 孔D24 型鋼便梁，放坡開挖樁基作業(yè)平臺，施工接觸網(wǎng)立柱樁（2 顆）和便梁支點(diǎn)樁（6 顆）及蓋梁。

（2）第一次縱移3 孔D24 型鋼便梁，開挖工作坑，地基加固處理，頂進(jìn)1#框架橋。

（3）第二次縱移3 孔D24 型鋼便梁，開挖工作坑，地基加固處理，頂進(jìn)2#框架橋。

（4）路基過渡段回填完成后，拆除3 孔D24 型鋼便梁，恢復(fù)線路。

4.2 路基加固技術(shù)

4.2.1 橋背路基過渡段回填前，在慢行條件下，對已開挖的路基本體進(jìn)行注漿加固處理，注漿采用斜管注漿梅花形布置，豎向布置間距1m，水平間距1.5m，注漿深度3m，注漿控制角度為與水平15o（坡面角度60o）斜管，共設(shè)置3 排。

4.2.2 在2#框架橋基坑開挖前，完成東側(cè)路基注漿加固工作。在西側(cè)路基過渡段回填完成后，完成西側(cè)路基注漿加固工作。路基兩側(cè)注漿加固如圖6所示。

圖6 路基兩側(cè)注漿加固橫斷面示意圖

4.2.3 注漿加固：對框構(gòu)橋兩側(cè)各10m 范圍內(nèi)路基本體進(jìn)行注漿加固。注漿采用斜管注漿梅花形布置，順邊坡布置間距1m，順線路方向水平間距1.5m。左右兩側(cè)各設(shè)置3 排，3 排注漿在鐵路縱斷面處形成臺階式，注漿布置在路基內(nèi)部中心線處呈交叉式注漿。

4.3 路基沉降監(jiān)測

4.3.1 監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置及要求

在施工前開挖基坑預(yù)制框架階段，對既有鐵路路基實施自動化沉降監(jiān)測。在鐵路路肩處布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，在框架頂進(jìn)施工期間，將路基部分監(jiān)測點(diǎn)轉(zhuǎn)移至支點(diǎn)樁，采用反射棱鏡，安裝在支點(diǎn)樁上方，進(jìn)行水平及垂直位移監(jiān)測。

監(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)參照《普速鐵路線路修理規(guī)則》（TG/GW102—2019）[4]中的相關(guān)要求，設(shè)定該工程監(jiān)測控制值見表3。

表3 監(jiān)測控制指標(biāo)值

4.3.2 監(jiān)測結(jié)果分析

路基變形監(jiān)測和支撐樁變形監(jiān)測結(jié)果如圖7所示。

圖7 路基變形監(jiān)測和支撐樁變形監(jiān)測結(jié)果

從實際測量結(jié)果中可以得如下結(jié)論：

（1）鐵路路基最大沉降速率為0.61mm/d，累計沉降2.07mm，滿足規(guī)范要求。

（2）支撐樁最大沉降速率為0.75mm/d，累計沉降2.68mm，滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語

在橋涵頂進(jìn)前，通過對不同施工環(huán)節(jié)進(jìn)行受力驗算分析，有針對性地對關(guān)鍵工序進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)；在頂進(jìn)施工過程中，通過不間斷監(jiān)測調(diào)整，使線路加固體系各項指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)范要求，路基及軌道未出現(xiàn)超限等情況。由于采用D 型便梁臨時防護(hù)線路，挖孔樁基礎(chǔ)施工時對行車未造成影響，極大加快了分體框構(gòu)橋頂進(jìn)的施工進(jìn)度，減少了對運(yùn)輸?shù)挠绊?。采用D 型便梁施工線路加固效果良好，能夠保證重載線路列車運(yùn)營和頂進(jìn)施工安全。