框架橋頂進(jìn)工程路橋過渡段的處理措施

萬迪偉

（江西省交通設(shè)計(jì)院，江西 南昌330002）

框架橋頂進(jìn)工程路橋過渡段的處理措施

萬迪偉

（江西省交通設(shè)計(jì)院，江西 南昌330002）

目前，對(duì)既有線提速改造是我國鐵路發(fā)展的主要方向之一，提速改造在我國起步時(shí)間不長，有許多新技術(shù)和新問題需要解決，就既有線新建橋涵工程來說，路橋過渡段問題是確保線路平順的一個(gè)難題。結(jié)合膠濟(jì)線 K311+597框架橋頂進(jìn)工程的施工，對(duì)路橋過渡段的關(guān)鍵問題進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的工程處理措施。

提速改造地段；框架橋；路橋過渡段；處理措施

0 前 言

鐵路既有線提速改造是我國目前鐵路發(fā)展的主要方向之一，對(duì)緩解我國目前鐵路運(yùn)輸緊張狀況，提高鐵路客、貨運(yùn)輸效率，具有十分積極的意義，其不同于傳統(tǒng)的新建鐵路建設(shè)，又加上在我國起步較晚，尚無大量成功經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。對(duì)既有鐵路的提速，其有關(guān)的技術(shù)要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也相應(yīng)提高。

膠濟(jì)線電化提速改造工程是繼京秦線之后，我國鐵路跨越式發(fā)展的又一條通過技改提速目標(biāo)為時(shí)速200km的線路。目前，膠濟(jì)線電化改造工程正在緊張進(jìn)行，因此，在既有膠濟(jì)線新建橋涵施工中，探討合理的施工技術(shù)，經(jīng)濟(jì)、合理地進(jìn)行施工是確保列車安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，也是滿足提速后列車的安全舒適運(yùn)行的需要。

1 工程概況

膠濟(jì)線k311+597框架橋是為309國道改建穿越膠濟(jì)鐵路而設(shè)，設(shè)計(jì)2-13.5m兩孔連續(xù)框架下穿立交橋，公路與鐵路夾角71°，框架橋軸線長11.25m，每端設(shè)1.59m的懸臂，每側(cè)邊墻長度14.72m，框架頂板厚0.8m，底板厚1.2m，總高度7.9m。橋上為膠濟(jì)線上下行雙線鐵路，緩和曲線地段，線路坡度 I=+0.0054。設(shè)計(jì)活載：鐵路：JQS標(biāo)準(zhǔn)活載；公路：汽車－超 20級(jí)，掛車－120級(jí)?？蚣軜蚧字糜诜凵皫r上，地基允許承載力[σ]=400kPa,框架設(shè)計(jì)基底應(yīng)力 σ＝120kPa。該立交橋處既有線間距 4.1m，線間距預(yù)留電氣化提速改造條件為4.4m。施工時(shí)，采用縱挑橫抬法加固線路，頂法施工。該立交橋工程于2004年6月開工，2004年9月底竣工。

2 路橋過渡段對(duì)軌道平順性的影響

無論是既有線還是新建鐵路,都存在一個(gè)橋上軌道與土路基軌道如何相連接的問題。由于橋上和路基兩種類型軌道的軌下支承條件不同,其軌下基礎(chǔ)乃至軌道整體的剛度及其變形就不會(huì)相同, 一方面路橋結(jié)構(gòu)的剛度差異極大，會(huì)引起軌道剛度的變化；另一方面，路橋結(jié)構(gòu)的工后沉降也不一致，會(huì)導(dǎo)致軌面發(fā)生彎折變形。當(dāng)高速列車從一種軌道駛向另一種軌道時(shí),將會(huì)使得輪軌間的動(dòng)力作用增大,導(dǎo)致軌道狀態(tài)惡化,影響行車的平穩(wěn)性和安全性。如果軌道折角幅值變大,上述危害將更加強(qiáng)烈,并且隨行車速度的提高而加劇。

世界各國在發(fā)展高速鐵路技術(shù)的過程中，都非常關(guān)注過渡段的不平順問題。開展了不平順的產(chǎn)生機(jī)理及工程處理措施等方面的研究，討論了結(jié)構(gòu)物的變形與行車安全舒適性的關(guān)系，并制定了有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。有關(guān)研究[1]認(rèn)為：

（1）、軌道折角效應(yīng)顯著路橋過渡段軌道平順性狀態(tài)如何,對(duì)列車通過時(shí)的輪軌相互作用動(dòng)力學(xué)性能的影響十分敏感。而且是折角幅值越大,其影響就越大?？梢?折角起控制作用。

（2）、列車速度效應(yīng)明顯列車快速通過路橋過渡段時(shí),只要過渡段軌道處于平順狀態(tài),則其各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)性能均很平穩(wěn),幾乎沒什么變化;然而,一旦出現(xiàn)軌道折角不平順,則其各項(xiàng)指標(biāo)的速度效應(yīng)將十分明顯,并且隨折角幅值的變大而劇增。可見,速度受制于折角。

（3）、路橋過渡段軌道折角容許限值通過仿真計(jì)算、綜合分析和性能評(píng)價(jià)認(rèn)為,一般是車體垂向加速度和路基基床表面壓力兩項(xiàng)指標(biāo)起重要作用。相應(yīng)于最高速度,提出高速鐵路路橋過渡段軌道折角容許限值如下:當(dāng) V=160km/h時(shí),α≤6‰；當(dāng)V=250km/h時(shí),α≤3‰；當(dāng)V=350km/h時(shí),α≤2‰ 。

3 路橋過渡段的處理原則和形式

軌道靜態(tài)不平順可以通過線路維修消除，但動(dòng)態(tài)不平順就不那么容易消除了。因此，為了確保高速列車的運(yùn)行安全和平穩(wěn)舒適，在既有線提速建設(shè)中也必須考慮消除軌道結(jié)構(gòu)與軌下基礎(chǔ)的剛度突變。由于框架橋是鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，其綜合剛度基本上決定于混凝土的模量，其數(shù)量級(jí)高達(dá)105kg/cm2，而路基模量一般在102kg/cm2的數(shù)量級(jí)，相差千倍以上。不采取剛度過渡措施，顯然不能適應(yīng)高速鐵路的運(yùn)行要求。

根據(jù)鐵路線路的構(gòu)造特點(diǎn)，路橋過渡段的處理措施可綜合考慮以下三種方法[2]：①在過渡段較軟一側(cè)，增大路基基床的豎向剛度值，減少路基結(jié)構(gòu)物的工后沉降；②在過渡段較軟一側(cè)，增大軌道結(jié)構(gòu)的豎向剛度；③在過渡段較硬一側(cè)，減少軌道結(jié)構(gòu)的豎向剛度。

框架橋路橋過渡段不平順的實(shí)質(zhì)原因是路橋間結(jié)構(gòu)體系的突變。通過改進(jìn)橋頭線路結(jié)構(gòu)的形式，可顯著改善兩個(gè)對(duì)接的性質(zhì)完全不同的線路結(jié)構(gòu)體系在抗垂直變形能力方面的巨大差異。

為了使剛度突變地段的彎折角控制在較小范圍內(nèi)，一般采用通過路基段剛度的辦法，即采用粗顆粒材料填筑過渡段。這種處理措施在工程中應(yīng)用最廣泛，各國高速鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范均推薦此方案。粗顆粒材料的厚度與路基面彈性變形的關(guān)系可采用 Boussinesq理論按雙層地基彎沉計(jì)算方法進(jìn)行初步分析。計(jì)算結(jié)果表明，彎沉值隨地基變形模量的增大而減少，隨上層（級(jí)配碎石）厚度增加而降低。當(dāng)級(jí)配碎石層厚度在60～80cm時(shí)，彎沉值在3～4mm之間。當(dāng)碎石層厚度超過300cm時(shí)，彎沉值可控制在1.5mm以內(nèi)。

上述分析說明，采取改變填料性質(zhì)減少路基部分沉降，緩和路橋之間的動(dòng)力不平順是可行的，但是有一定的限度。為了更好地減小不平順，采用搭板是可以采取的措施之一，但必須配合其它處理措施才能解決工后沉降引起的軌面彎折變形對(duì)行車的影響。另外，加筋土技術(shù)是一種比較成熟的現(xiàn)代土工加固技術(shù)，具有成本低、取材容易、布置靈活、施工簡便等優(yōu)點(diǎn)，也可采用【1】。

4 框架橋路橋過渡段的施工情況

在既有線上將旅客列車的行車速度提高到200km/h，正確評(píng)價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性，采取什么樣的工程措施來保證高速行車條件下橋梁結(jié)構(gòu)的安全性以及旅客列車的安全性和舒適性是至關(guān)重要的。一般來說，既有的整體性好的框構(gòu)涵和涵洞能滿足提速要求。鑒于膠濟(jì)線 2005年即將建成200km/h的電氣化提速線，我們?cè)谠摽蚣軜蚴┕ぶ?，有目的的進(jìn)行了路橋過渡段施工技術(shù)的探討，使用級(jí)配碎石夯填路橋過渡段。具體施工情況為：

框架橋頂進(jìn)就位后，立即組織夯填級(jí)配碎石。首先對(duì)框架外側(cè)下部土體進(jìn)行夯實(shí)；然后，參照《新建時(shí)速200公里客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》，在框架外側(cè)框架頂標(biāo)高線以下2.5～3.0m、長度不小于4.0m，寬度為框架邊墻長度范圍內(nèi)夯填級(jí)配碎石。級(jí)配碎石采用膠濟(jì)線電化改造施工基床用級(jí)配碎石配合比進(jìn)行配合，其壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)符合地基系數(shù)(K30)不小于150Mpa/m 和孔隙率(n)不大于20%的要求。

本框架橋主體工程現(xiàn)在已經(jīng)竣工近三個(gè)月，施工經(jīng)歷了高溫多雨季節(jié)，經(jīng)線路養(yǎng)護(hù)部門的精心養(yǎng)護(hù)和觀測，線路路基工后沉降量為 3～5cm，小于橋臺(tái)臺(tái)后過渡段路基工后沉降不應(yīng)大于8cm的規(guī)定，且明顯小于未用級(jí)配碎石處理框架橋工程工后沉降量的 2～4倍。經(jīng)數(shù)次軌檢車檢測均未發(fā)生3級(jí)振幅，線路平順度較好【1-2】。

5 結(jié)論

在保證行車安全的前提下，尋求經(jīng)濟(jì)、便捷、能達(dá)到相應(yīng)提速目標(biāo)橋涵標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求的施工方案，是解決提速改造鐵路新建橋涵工程的主要原則，有些施工方法在理論上可行，但真正用于既有線上施工卻不一定可行，本文介紹的工程處理措施是根據(jù)有關(guān)膠濟(jì)線電化改造工程的施工和本框架橋的實(shí)踐提出的，其方案到底是否完全可行，是否經(jīng)濟(jì)合理，還有待于進(jìn)一步的跟蹤調(diào)查研究。

[1]王其昌，蔡成標(biāo),等.高速鐵路路橋過渡段軌道折角限值的分析[J].鐵道學(xué)報(bào)，1998，(6)：109～113.

[2]王其昌主編. 高速鐵路土木工程[M]. 成都：西南交通大學(xué)出版社，1999.

(責(zé)任編校：何俊華)

TU3

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1673-2219（2010）08-0047-02

2010－03－20

萬迪偉（1978－），男，江西南昌人，工程師，主要研究方向?yàn)榭碧皆O(shè)計(jì)。