下穿鐵路斜交框構(gòu)橋頂進施工技術(shù)

文｜太原南工務(wù)段 王亞洲 胡燕波

為保證交通便利、運輸?shù)谋憬荩ǔＰ枰阼F路和公路以及鐵路和鐵路的交叉口的位置修建框構(gòu)橋，工程上修建框構(gòu)橋通常采用頂進施工?？驑?gòu)橋的頂進施工首先要加固好既有線路，關(guān)鍵是要控制好高程。頂進過程中經(jīng)常出現(xiàn)的“扎頭”和“抬頭”會影響框構(gòu)橋的頂進施工質(zhì)量，并且會影響道路的坡度及上部鐵路線的道床的厚度危及鐵路的安全運輸。下面以三水路中橋的施工為例，介紹頂進施工中的關(guān)鍵性技術(shù)。

1 工程概況

三水路下穿石太右上行線、糧庫專用調(diào)2線及糧庫專用調(diào)3線與既有石太上行線斜交成110°，相交中心里程是石太上行K208+033。既有石太上行線為P60無縫線路，Ⅲa型枕木1667根/km；糧庫專用調(diào)2線為P60有縫線路，新II型枕1520根/km，均為直線段。

設(shè)計（8.52-14.9-14.9-8.52）m四孔的聯(lián)體框構(gòu)橋形式，順線路方向跨度為52.14m，框構(gòu)橋高8.7m。本框構(gòu)自重為：9880T，設(shè)計最大頂力為11216.2T，頂程為26.8m。

2 施工準(zhǔn)備階段技術(shù)措

2.1 施工準(zhǔn)備

施工前必須查清各種光纜、電纜和其他隱蔽建、構(gòu)筑物的位置和走向，將施工設(shè)備配齊到位，與相關(guān)設(shè)備管理單位簽訂配合監(jiān)護協(xié)議。框構(gòu)橋頂進施工橋要檢查相同條件下養(yǎng)護的混凝土試件，強度要達到頂進的設(shè)計強度。

2.2 加固線路

在此采用的線路的加固方法為橫抬縱挑加3-5-3扣軌法。線路加固的工作流程流程：施工前準(zhǔn)備→放置方枕→放置扣軌→線路橫穿工字鋼→搭設(shè)上縱梁鋼→栽設(shè)防橫移加固→開始頂進→拆除加固設(shè)施→恢復(fù)線路。

2.2.1 更換枕木

傳入橫抬梁的方向和位置必須要準(zhǔn)確，因此既有軌道上工字鋼和枕木的位置要準(zhǔn)確并標(biāo)明，將混凝土枕全部放到對應(yīng)的位置，把石太上行線路的混凝土枕木間隔替換為3.4米長木枕，石太右上行線方枕長度為75m，限速慢行45km/h時間段進行方枕及抽換木枕。

抽換木枕采用跳抽法，隔六抽一，每穿好一根要及時將道砟回填后搗固密實。以5m為間距在線路上增設(shè)絕緣軌距桿，橫梁要與軌距桿錯開防止連電。

2.2.2 3-5-3扣軌穿設(shè)

采用P50鋼軌作為扣軌，布置方式為3-5-3，即在道心放置2+3扣軌，鋼軌外側(cè)放置1+2扣軌；扣軌長度為75m，扣軌伸出框構(gòu)兩側(cè)的長度為10m，為了保證鋼軌接頭錯開，扣軌采用長度為25m和12.5m兩種，每設(shè)置完一束扣軌后要及時用U型卡將其與枕木牢固連接；主軌的墊板和扣軌的外邊要大于5cm，且要在扣軌的兩端放置木梭頭。

2.2.3 橫梁工字鋼穿設(shè)

橫梁為工字鋼型號為I45（B型），布置方式與線路方向垂直，布置間距為0.9m，在框構(gòu)橋兩側(cè)外沿8m內(nèi)全部加固。框構(gòu)橋上加固橫梁的連接方式為6m+12m 、12m+6m兩種，使用時要相互交錯。單根橫梁長度為18m，工字鋼片數(shù)為66，框構(gòu)的兩側(cè)單根橫梁 長為12m，片數(shù)為13。接頭以夾板狀布置，材料為兩塊122mm的厚鋼板，然后用￠22mm高強度螺栓加固連接，橫向工字鋼的每個接頭螺栓大于8個，必須用專業(yè)的打眼機穿設(shè)螺栓眼，用氧氣焊無法保證連接處的牢固性。如圖1所示。

圖1 橫梁與扣軌聯(lián)接示意圖

2.2.4 架設(shè)縱梁工字鋼

為增加剛度和穩(wěn)定性，橫抬梁上共設(shè)置縱梁四道。如圖布置，在石太上行線兩側(cè)各一道（縱梁長72m）；糧庫專用調(diào)2線東側(cè)設(shè)置一道（縱梁長60m），距離為：3.5m；石太右線西側(cè)5.5m設(shè)一道（縱梁長60m），以增加橫梁穩(wěn)定性。每道縱梁由2片I45（B型）工字鋼組成，每片由5-6根12m長工字鋼組成。布置形式為6m+12m×5+6m及12m×6交錯布置，工字鋼接頭螺栓為￠22mm高強螺栓，接頭位置螺栓個數(shù)大于12個。

2.3 工字鋼橫梁檢算

通過力學(xué)計算檢算工字鋼橫梁的最大正應(yīng)力、最大剪應(yīng)力、最大撓度，確定頂進施工的安全性。

2.3.1 工字鋼橫梁正應(yīng)力檢算

圖2 正應(yīng)力計算圖示（單位：cm）

如圖所示，對A點取力矩，根據(jù)力矩平衡原理Fa=p（χ+0.72）/4.3

軌下C點彎矩：M=Fa（2.86-χ）=p（-χ2+2.14χ=2.06）/4.3

由上式可得：

當(dāng)χ=1.07m時，Mmax=193.26KN·m

橫梁采用I45b工字鋼其力學(xué)參數(shù)：單位重：87.4Kg/m，截面積A：111cm2，截面模量W：1500cm3，慣性矩 I：33760cm4，S=887.1cm3，E=2.1×1011pa。

計算得橫梁用到最大彎曲正應(yīng)力：

σmax=Mmax/W=193.26 /1500=128.8 MPa＜ [σ]=140Mpa。

因此特種活載在最大跨度及最不利情況下，橫梁間距0.9m滿足要求。

圖3 最大剪力計算圖示（單位：cm）

2.3.2 最大剪應(yīng)力計算

剪應(yīng)力檢算時，取V=P=258.75 KN，根據(jù)剪應(yīng)力計算公式：τ=VS / Itw。

式中 V-計算截面沿腹板平面作用的剪 力，I-慣 性 矩：33760cm4，S-取 值 為：S=887.1cm3，tw-腹板厚度：取值為18mm。

最大剪應(yīng)力時橫梁受力如圖3所示：計算得τ=37.8Mpa＜ [τ]=85Mpa，滿足要求。

2.3.3 最大撓度檢算

根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，當(dāng)列車荷載在橫梁上對稱布置時，橫梁有最大撓度，如圖4所示：

fmax=pa[(2a+c)I2-4a2I+2a3-a2b-c3]/12EIL

式中: fmax 為梁跨中的最大撓度(mm)，P 為各個集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值之和(KN)，E 為鋼的彈性模量，I 為工字鋼的截面慣矩，L=4.3m，a=c=1.43m，b=1.44m。

計算得橫梁最大撓度為：fmax=4.5mm＜L/400=4300/400=11mm，滿足要求。

3 框構(gòu)橋頂進施工

3.1 頂力計算

圖4 最大撓度計算圖示（單位：cm）

橋體頂進的時候，要克服的阻力為框構(gòu)與地面之間的摩擦阻力以及端部的土的抗力，這兩個力的合力就是頂進時需要的頂力，綜合框構(gòu)外形、有無地下水、需要頂進的長度、土壤的性質(zhì)、頂進方法等因素，頂力公式通常按下式計算：

P=μ.N

式中: μ---- 頂力系數(shù), 一般取1.2～1.5;

N ---- 箱身自重(KN)

一般情況下，橋體脫離滑板后出現(xiàn)最大頂力，而在這以前，頂力是隨著頂進距離的增加而逐漸增大的，故計算頂力按入土后的頂力計算。

3.2 頂進設(shè)備布置

橋體需要克服的阻力為框構(gòu)與地面之間的摩擦阻力以及端部的土的抗力，經(jīng)計算需要的最大定力為11216.2t，選用500t油壓千斤頂，共32臺，頂進設(shè)備布置如圖5所示。

圖5 頂進設(shè)備布置立面示意圖

3.3 橋體內(nèi)土體挖方

開挖土方沿頂進方向按1:0.6坡率機械開挖。在框構(gòu)的兩側(cè)和底部機械開挖困難的地方，采用人工開挖［3］。以此減少對路基的穩(wěn)定性影響。每次開挖控制在0.5m～1.0m為宜，最大不超過1m。開挖前由技術(shù)將開挖線用石灰線標(biāo)識，嚴(yán)禁超挖。

3.4 方向控制及糾偏措施

本工程框構(gòu)橋軸線與鐵路路基為斜交，頂進的時候高程和方向的控制是一個關(guān)鍵點，因此要嚴(yán)格控制，要做到及時測量及時比較發(fā)現(xiàn)偏差及時糾正。

左右側(cè)千斤頂各采用一臺油泵控制，但各千斤頂均單獨設(shè)置一油壓閥門，如發(fā)現(xiàn)方向偏移，則采用增減一側(cè)千斤頂?shù)捻斄Γ杭撮_或關(guān)一側(cè)部分千斤頂閥門，增加或減少千斤頂頂力數(shù)。如向左偏，即關(guān)閉減少右側(cè)部分千斤頂，如向右偏則反之。

3.5 水平控制

“抬頭”：挖除箱身前端土體，并超挖（設(shè)計標(biāo)高）5～10cm，寬度與箱身相同，在頂進中逐步調(diào)整。

“扎頭”：1、開挖前端土方時，將框構(gòu)底上部土方預(yù)留30-50cm，適當(dāng)帶土頂進。2、掏出箱身前端30cm下部土體，深度約3cm，塞入2cm鋼板，并形成不大于5%的坡度至設(shè)計標(biāo)高，在頂進中逐步調(diào)整。3、空頂時，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有“扎頭”傾向時，在框構(gòu)頂進前方將滑板延長，并不少于3m寬，并確定合理坡率。

3.6 拆除線路加固、恢復(fù)線路

鐵路線路的運營至關(guān)重要，在框構(gòu)橋就位后要及時補齊框構(gòu)的刃角，拆除線路的加固裝置，及時讓列車提速，恢復(fù)線路正常。拆除加固裝置的順序為：縱向工字鋼的拆除--橫向工字鋼的拆除、道碴回填--扣軌的拆除—撤除長木枕--石太線安裝橋枕、護軌—線路細(xì)整。

橫向的工字鋼撤除是與安裝相同，采用隔六抽一的跳抽法，每撤除一個工字鋼后要及時將道砟回填后搗固密實。線路的整修要達到正常的通行條件。線路開通后按照鐵路局相關(guān)文件進行養(yǎng)護。

4 結(jié)語

通過對三水路框構(gòu)橋的施工技術(shù)的介紹，分析了施工中需要注意的關(guān)鍵技術(shù)及常見病害，以實際經(jīng)驗為例系統(tǒng)的介紹了保障工程質(zhì)量的措施。三水路框構(gòu)橋的頂進施工取得了令人滿意的成果，可以為今后出現(xiàn)的類似工程施工提供可以借鑒的經(jīng)驗。