曲線區(qū)段采用D型便梁加固線路施工技術(shù)的探討

梁殿坤 上海鐵路局工務(wù)處

鎮(zhèn)江市健康路西延下穿立交工程位于京滬鐵路下K1216+080處，與其成 20°06′36″交叉，立交橋為 3 孔框構(gòu)橋，采用凈寬6.5+14+6.5m的分離式框架，凈高分別為6.5、5.3和6.85m。該框構(gòu)橋為頂進施工，分別穿越京滬鐵路上下行線，立交中心位于半徑1200m的圓曲線線路上，外軌超高125mm，線間距為4950mm。

根據(jù)現(xiàn)場勘察資料，結(jié)合土工試驗成果，框架基底位置處于泥炭層上：灰～灰褐，流～軟塑,多為腐木狀層狀結(jié)構(gòu),極高壓縮性,干強度低,韌性低。根據(jù)工務(wù)部門反映并結(jié)合現(xiàn)有地貌資料得知，線路兩側(cè)原為泥塘，面積約9000m2，深約4m，上世紀(jì)90年代為了加固路基曾進行過拋石擠淤、換填等處理。

1 線路加固方案

1.1 方案選取

因為框構(gòu)橋與線路斜交，三孔框架在垂直線路方向投影跨度比較大，根據(jù)類似施工經(jīng)驗，可以采用吊軌配合縱橫抬梁加固線路，但是此種方法難以保證線路的橫向穩(wěn)定，且撓度大、工作量大、加固工序復(fù)雜，既不經(jīng)濟也不安全。京滬線屬于國家Ⅰ級干線，是鐵路網(wǎng)最繁忙的線路之一，因此從最大限度的減少行車干擾和提高運營安全角度分析，擬采用D型便梁加固線路，此施工工藝所需設(shè)備簡單，操作方便，既能夠保證行車安全 ，又能壓縮慢行時間，最大限度地減少對既有線運營的干擾，發(fā)揮最大的經(jīng)濟效益。

1.2 工況分析

線路為雙線電化干線，便梁區(qū)域位于半徑1200m的圓曲線上，曲線半徑為1200m，外軌超高125mm，線間距為4950mm，要采用D型24m便梁加固線路，首先要判斷是否滿足架設(shè)條件。

1.2.1 便梁架設(shè)條件的判斷

本工程擬采用D型24m便梁中位架設(shè)，即H=599mm、d=480mm、B=4460mm、L=24.5m，根據(jù)H<1100mm可知限界值為1875mm（詳見圖1），判斷如下：

圖1 便梁架設(shè)

(1)實測外軌超高h(yuǎn)=125mm。

(2)根據(jù)建筑加寬辦法可知

W內(nèi)=40500/R+H/1500×h=84mm

W外=44000/R=37mm

(3)根據(jù)曲線半徑R和D型便梁的全長L=24.5m（詳見圖2）。

圖2 中矢距

由圖2可知中矢距E為：

E=R-[R2-(L/2)2]1/2=0.0625m（實測中矢距E=61mm）

(4)由以上計算值可求得 b、c值為

b=限界值+E/2+d/2+W內(nèi)=2230mm

c=限界值+E/2+d/2+W外=2183mm

(5)只有同時滿足以下條件時才能采用中位架設(shè)D型24m便梁：

①便梁本身尺寸限制，即b+c≤B，得知2230+2183-4460=-47<0

②線間距的限制，即b+c+d≤D，得知2230+2183+480-4950=-57<0

③曲線外軌超高限制，即h≤100mm。實測超高值125>100。

根據(jù)以上計算得出以下結(jié)論：

條件①滿足。

條件②滿足，但是技術(shù)條件苛刻，沒有足夠的安全儲備。條件③不滿足，技術(shù)上需進行特殊的改進。

1.2.2 合理處理架設(shè)條件

針對于條件②的分析，根據(jù)現(xiàn)場實際情況、實際的施工能力和技術(shù)力量，擬定不撥道，采取以下防范措施：

首先，細(xì)化現(xiàn)場技術(shù)交底，讓每位施工人員了解特殊工況，熟知便梁架設(shè)的技術(shù)要求，以便在施工中加強操作人員的精準(zhǔn)操控意識，確保便梁精確就位。技術(shù)人員加強現(xiàn)場指導(dǎo)，嚴(yán)格把控幾何尺寸，將架設(shè)誤差控制在10mm以內(nèi)。

其次，在支座處采用支墩預(yù)埋鋼軌樁進行側(cè)向限位，鋼軌樁與便梁間用硬雜木塞實，防止因列車蛇形運動造成便梁橫移而導(dǎo)致侵限。

對于③限制條件不滿足的情況，討論了以下兩種解決辦法：

第一種解決方案，調(diào)整曲線超高，為滿足縱斷面要求，保證調(diào)整地段與兩端的縱斷面坡度維持原有狀態(tài)，采用下股標(biāo)高不變，降低上股標(biāo)高，具體方法如下：

①采用大型機械清篩落道，作業(yè)后恢復(fù)下股標(biāo)高，降低上股標(biāo)高35mm，調(diào)整超高至90mm（供電部門同步調(diào)整接觸網(wǎng)）。

②清篩后大機起整作業(yè)兩次，恢復(fù)正常（供電部門配合調(diào)整接觸網(wǎng)）。作業(yè)后該曲線允許速度仍為140km/h（架便梁地段限速45km/h）。

根據(jù)公式：Hc＝11.8×Vmax2/R-H

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式中：

Hc-未被平衡的欠超高

Vmax-線路允許速度

R-曲線半徑

H-實設(shè)超高

計算得Hc=103mm。

按《鐵路線路修理規(guī)則》第3.7.1條規(guī)定：未被平衡欠超高不應(yīng)大于75mm，困難情況下不應(yīng)大于90mm，但允許速度大于120km/h線路個別特殊情況下已設(shè)置的90（不含）～110mm的欠超高可暫時保留，但應(yīng)逐步改造。因此滿足技術(shù)規(guī)定的要求。

經(jīng)過現(xiàn)場詳細(xì)調(diào)查，該曲線全長1180m，需上下行各清篩1200m，各起整1600m（包括順坡），因此線路超高調(diào)整費用近50萬元（不包括接觸網(wǎng)調(diào)整費用），且該曲線段受電弓橫向調(diào)整最大值為50mm,經(jīng)過計算知實際要求接觸網(wǎng)橫向調(diào)整值為151mm，所以受電弓還需進行更換。經(jīng)過以上分析得出以下結(jié)論：

超高調(diào)整方案在技術(shù)上可行，但經(jīng)濟投資巨大，且對既有線運營產(chǎn)生極大的干擾。

第二種解決方案，曲線超高維持原狀，對便梁進行加固或改造。經(jīng)過與中鐵寶橋天元實業(yè)有限公司技術(shù)部門取得聯(lián)系，專家的指導(dǎo)意見：在外軌超高125mm的條件下使用D24型便梁中位架設(shè)，承載滿足要求，但便梁橫向剛度不足。

根據(jù)以上的調(diào)查與分析，決定在應(yīng)力放散后列車限速45km/h條件下，采取軌面不調(diào)整，對便梁進行加固處理的方案（詳見圖3），即斜桿和定位角鋼均采用75×75×10mm的角鋼進行制作,并加工特殊桿件，相鄰鋼枕進行多點斜向聯(lián)接，增加便梁的橫向剛度及整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。根據(jù)土質(zhì)情況，便梁支墩采用C25砼條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底部和支點承壓面處布置Φ12@200的鋼筋網(wǎng)片。支墩處預(yù)埋P60鋼軌樁進行D型24m主梁橫向限位。加強便梁定位檢查和軌控工作，并對鋼軌扣件做到1次/2h全面檢查，確?？奂挠行?、穩(wěn)固。

圖3 線路加固

2 加固方案實施的效果

采用此方案加固后，我們立即用應(yīng)變式位移傳感器采集便梁的撓度、橫向振幅等數(shù)據(jù)，并對支墩沉降、位移進行了長期觀測。

在列車動力荷載作用下便梁產(chǎn)生的動撓度最高值為29.63mm,按《鐵路鋼橋設(shè)計規(guī)范》梁跨比為1/800，D24便梁跨中豎向位移容許值30mm，從撓度數(shù)據(jù)來看，已接近限值，但是規(guī)范中規(guī)定的設(shè)計值是考慮靜載作用時的情況，因此在動荷載作用下測得的該撓度值應(yīng)是符合安全要求的。

從表1中可知列車通過時，便梁橫向振幅最大值為5.27mm,主要原因是未平衡超高比較大，與列車蛇形運動作用相疊加，對鋼軌橫向沖擊力較大。

便梁支墩共設(shè)置6個位移觀測點(2個／支墩)，從觀測結(jié)果看便梁支墩后期出現(xiàn)了較大的沉降和縱向位移，主要原因是頂進拉槽時立面高度大，條形支墩基底又未做加固處理，一排密布高壓旋噴樁被破除后，出現(xiàn)坡面土體在土壓力的作用下沿泥炭層滑動和基底泥炭層承載力不足而被壓縮，所以形成較大的沉降和位移。

根據(jù)線路加固后的觀測數(shù)據(jù)，便梁跨中的撓度接近限值，跨中橫向振幅稍偏大，但均在安全可控范圍內(nèi)，采用此方案進行線路加固取得了較好的效果。

表1 數(shù)據(jù)采集表

3 結(jié)束語

在圓曲線地段，外軌超高小于125mm的工況下，可有條件的采用D24型便梁加固線路，既能有效的保證線路運營和頂進施工的安全，也能在最大程度上縮短慢行時間和壓縮工期，減少對鐵路運輸?shù)母蓴_。在本案例中，未能重視條形支墩基底的處理，因而在框架頂進過程中支墩出現(xiàn)較大的沉降、位移，導(dǎo)致便梁支座經(jīng)過多次墊高、加固處理，一定程度上給軌控工作帶來了安全隱患。因此，在條形支墩基底土體承載力滿足的情況下，還需探明是否存在如泥炭層等軟弱土層的工程斷面，對于軟弱層層頂標(biāo)高位于框架基底之上的情況，基底應(yīng)做高壓旋噴樁加固，樁長應(yīng)穿透框架基底標(biāo)高并留有足夠的加固深度。