陳 宜，彭 華，蔡小培

(北京交通大學 土木建筑工程學院，北京 100044)

鐵路橋涵頂進施工中，營業(yè)線安全問題受到多方面的關注。在頂進施工中，對鐵路軌道結構的加固是有關營業(yè)線安全的重要一環(huán)。本文在既有線路加固方法的基礎上，結合北京鐵路局的相關試驗數(shù)據(jù)和結論，對加固體系進行了優(yōu)化設計。

1 縱橫梁結合吊軌梁加固法

縱橫梁結合吊軌梁線路加固法是工字鋼縱橫梁對線路縱挑橫抬并與吊軌梁配合使用的加固方法。施工時，首先應按3-3-3-3或3-5-3等形式鋪設吊軌梁，然后設置橫梁。當頂進橋涵與線路斜交時，還須加設縱梁架空線路。吊軌梁是設置在線路鋼軌兩側并與之在同一水平上的鋼軌束，而線路枕木則利用φ22U型螺栓和角鋼或扣板懸掛在吊軌梁上。橫梁設置應按軌底到橋涵頂?shù)母叨冗x擇工字鋼型號，鋪設間距一般1.5 m左右。目前，在橫梁下多采用加設專用小臺車的施工方法，可以最大限度地減少頂進阻力，效果良好?？v橫梁鋪設見圖1所示。橫梁一端支承在箱涵頂上，另一端支承在路基枕木垛或挖孔支撐樁上。

工字鋼橫梁設計時，活載一般取現(xiàn)行機車最大軸重250 kN作為計算荷載。當線路限速不超過45 km/h時，列車沖擊系數(shù)為1.11?？紤]橫梁的不均勻工作系數(shù)為1.3，則限速不超過45 km/h時，綜合系數(shù) β=1.11 ×1.3=1.443，取 1.5。

由于橫梁鋪設間距一般為1.5 m，與機車特殊荷載軸重分布間距一致，但有時橫梁鋪設間距更小，可近似保守認為每副軸重P作用在一根橫梁上，由兩條鋼軌各承擔一半，則工字鋼橫梁可按簡支梁核算其強度與撓度。

橫梁計算簡圖見圖2所示。其中P為機車軸重，LP為工字鋼橫梁計算跨度，C為軌頂中心至橫梁支點處的水平距離。

圖1 縱橫梁結合吊軌梁加固法示意

2 加固體系設計的試驗檢驗

圖2 橫梁計算圖式

為執(zhí)行“營業(yè)線橋涵頂進施工限速不得低于45 km/h”規(guī)定，確認框構橋頂進施工時列車以45 km/h速度通過時的安全性能，由北京鐵路局組織、相關單位配合共同完成了北京玉泉路下穿京門線立交工程縱橫梁結合吊軌梁線路加固體系的安全適應性試驗。

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)及分析結果，得出以下結論:列車在45 km/h及以下速度通過時，脫軌系數(shù)及輪重減載率均在容許范圍內;縱橫梁結合吊軌梁線路加固體系可滿足列車45 km/h及以下速度通過的要求;橋上線路滿足《鐵路線路維修規(guī)則》的有關要求;框構頂進期間，應隨時檢查縱橫梁連接及支點狀況，一旦發(fā)現(xiàn)連接松動須及時緊固，發(fā)現(xiàn)支點木塞松動須及時打緊;框構頂進期間，須隨時檢查線路狀態(tài)并對不良位置進行整修;若改善橫梁支撐方法及連接緊固工藝，該體系會更加穩(wěn)固。

3 基于加固試驗的改進實踐

根據(jù)北京玉泉路框構橋工程限速45 km/h條件下線路加固試驗分析數(shù)據(jù)及結論，中鐵六局在大秦線K337+002.5楊雁路地道橋工程的施工中，對線路加固體系進行了改進實踐。

3.1 工程概況

工程位于北京市懷柔區(qū)，楊雁路地道橋在鐵路里程K337+002.5處下穿大秦線。既有大秦線鐵路東西走向，為雙線電氣化鐵路。楊雁路與大秦鐵路方向交角為74.7°，相交處位于鐵路直線段。鐵路下行線為75 kg/m鋼軌，上行線為60 kg/m鋼軌?？驑嫎驗?孔10.5 m。本工程施工采用線路外預制箱體，在不中斷鐵路行車的條件下從大秦鐵路北側整體頂入就位法施工。工程示意如圖3所示。

圖3 楊雁路地道橋工程示意(單位:m)

大秦線機車車輛軸重25 t，列車有220節(jié)車廂，列車通過間隔時間為10 min，時速80 km/h。橋涵頂進及線路加固、拆除線路加固設備慢行施工期間限速45 km/h。因此，對線路加固體系的安全適應性較以往要求更高，須結合既有結構和試驗分析數(shù)據(jù)，對加固結構進行改進。

3.2 線路加固設計

北京局加固體系試驗證明，按結構強度、撓度條件設計的線路加固體系，整體的安全性良好。本工程繼續(xù)采用此方法進行線路加固設計，同時根據(jù)試驗經驗進行局部改進。

鐵路列車活載圖式選用“中-活載”，活載取現(xiàn)行機車最大軸重為25 t進行計算。根據(jù)大秦線萬噸重載列車將對線路產生連續(xù)超長時間沖擊振動破壞的特點，并結合現(xiàn)場具體條件，橫向工字鋼間距選用更加保守的0.8 m。結構最大彎矩為

結合經驗，橫梁選用I45a工字鋼，查得:截面模量Wx45=1 430 cm3，對x軸慣性矩 Ix45=32 200 cm4。得到結構最大彎曲應力為

其中容許應力［σ］為170 MPa。由式(2)可以得LP≤4 m，即橫梁最大可懸空跨度為4 m。頂進挖土量須嚴格控制以保證懸空跨度在此范圍內。

設計橫梁的撓度為

由式(3)可見，設計橫梁撓度滿足要求。根據(jù)實際情況，支撐樁(挖孔樁φ1.25 m)間距按5.2 m設計，設置在大秦上行線南側路肩及兩線間。因此，縱梁及吊軌梁計算跨度取5.2 m?！爸?活載”按跨中彎矩影響線確定最不利位置，荷載如圖4所示。

圖4 計算活載圖式(單位:m)

偏保守考慮，大秦線上行、下行線路外側均采用雙工字鋼與單根并用作為一組縱梁，線間采用雙工字鋼作為一組縱梁，共三道縱梁?？v梁選用I56a工字鋼，截面慣性矩 I56=65 600 cm4，截面抵抗矩 W56=2 340 cm3。

由于吊軌梁頂面不得高于主軌頂面，故選用50 kg/m舊鋼軌。Wx=251 cm3，Ix=2 037 cm4。結構選用常用3-5-3形式。

由于橫梁最大可懸空跨度為4 m，按最不利情況即上行線吊軌梁與其南側縱梁承重的圖式進行檢算。實際上，縱橫梁結合吊軌梁加固體系的受力是非常復雜的，理論計算繁瑣。這里選用一種較簡便的近似計算方法進行縱梁、吊軌梁檢算。

根據(jù)活載圖式，荷載P總=4×220=880 kN。假定上行線南側縱梁上的集中荷載為P1，上行線兩軌兩側吊軌梁上的集中荷載分別為P2，上行線兩軌中間吊軌梁上的集中荷載為 P3，相對應的慣性矩分別為 I1，I2，I3，撓度為 f1，f2，f3。由于橫梁布置間距密，懸空跨度小，近似認為縱梁、吊軌梁的撓度相等。

各截面的慣性矩為:I1=196 800 cm4、I2=6 111 cm4、I3=10 185 cm4?？紤]各截面處的撓度相同f1=f2=f3。即

考慮荷載總和為

聯(lián)立公式(4)和公式(5)，代入參數(shù)可得

大秦上行線南側路肩支撐樁間距L=5.2 m，樁直徑為1.25 m，兩樁體間的凈空為5.20-1.25=3.95 m，橫梁根數(shù)n=3.95/0.8+1=5.9根，取6根。所以計算跨度內縱梁及吊軌梁與6根橫梁聯(lián)結，列車荷載通過橫梁傳遞給縱梁?？v梁及荷載分布見圖5所示。

圖5 縱梁受力圖式(單位:m)

結構撓度滿足撓度條件要求。

按同樣方法對兩側吊軌梁進行檢算。集中荷載P2作用下，兩側吊軌梁上的分布荷載、彎矩、應力及撓度分別為 P2分，M2max，σ2，f2max。計算如下

以下對縱梁進行檢算，其分布荷載為

近似計算跨中最大彎矩

最大彎曲應力

縱梁結構的強度滿足要求。

結構最大撓度為

按同樣方法對中間吊軌梁進行檢算。集中荷載P3作用下，中間吊軌梁上的分布荷載、彎矩、應力及撓度分別為 P3分，M3max，σ3，f3max。計算如下

通過計算，縱梁及吊軌梁撓度值基本相等，與所設前提條件吻合。由于恒載相對活載較小，此設計檢算未考慮恒載作用。另外，對橫梁、縱梁、吊軌梁的作用活載選擇，已經預留安全系數(shù)。頂進時，橫梁工字鋼下加墊專用小臺車，對縱梁、吊軌梁有減載作用。

圖6 線路加固體系施工平面示意

通過計算分析并結合施工條件及相關經驗，將縱橫梁結合吊軌梁線路加固體系設計如下:橫梁按寬出橋體兩側邊墻外端各6 m布置，橫向布置范圍37 m，共計47根，每根長21～23 m，選用I45a工字鋼;縱梁共3道，大秦線上、下行線路外側均采用雙工字鋼與單根并用共兩道，線間采用雙工字鋼為一道，選用I56a工字鋼，每道縱梁長度48 m，兩端各伸出橋體兩側邊墻外11.5 m;吊軌梁采用50 kg/m鋼軌，形式3-5-3，長50 m，兩端各伸出橋體兩側邊墻外12.5 m;縱梁與橫梁、吊軌梁與枕木及橫梁均采用φ22U型螺栓卡和蓋板牢固連接。工程線路加固體系施工平面示意，如圖6所示。

3.3 施工工藝及改進實踐要點

大秦線橋涵頂進施工時，線路加固施工工藝流程為:施工準備→鋪設吊軌梁→穿橫梁工字鋼→鋪設縱梁工字鋼→頂進線路防護→拆除線路加固設備→線路恢復。準備階段，還對線路加固工藝進行了改進。由于既有線路基為砂加卵石填筑，為防止頂進期間塌方，線路加固前特對路基進行注漿加固。注漿加固后的路基，有效改善了松散的性狀，有效增加了黏結性。

優(yōu)化后的線路加固體系提高了橫梁工字鋼等級，減小了橫梁工字鋼間距，保證了橫梁工字鋼的跨空強度，提高了線路加固體系整體剛度;提高了縱梁工字鋼等級并成束布置，提高了線路加固體系整體剛度;改善了橫梁工字鋼支撐方法，設置了支撐樁，線路加固體系更加穩(wěn)固。

框構頂進期間，需指派專人隨時檢查掌控縱橫梁連接及支撐狀況，一旦發(fā)現(xiàn)連接松動及時緊固，發(fā)現(xiàn)木楔松動及時打緊。此外，還指派專人隨時檢查線路狀態(tài)，以便及時整修。大秦線K337+002.5楊雁路地道橋工程，頂進工期20 d，已于2006年9月建成通車。橋涵頂進施工過程中，列車運行狀態(tài)良好。

4 結論

本文基于鐵路線路加固中經常采用的縱橫梁結合吊軌梁法，根據(jù)線路加固試驗數(shù)據(jù)做了相應改進，較好地解決了大秦線萬噸重載列車連續(xù)沖擊荷載作用下，限速45 km/h的營業(yè)線線路加固難題，保證了頂進地道橋施工期間鐵路的安全運營。既有線路加固體系的設計、施工的改進實踐，效果良好。本文所提出的線路加固體系改進方案，對于類似線路加固工程，具有重要的參考價值。

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