淺談既有鐵路底部箱涵頂進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用

文/邢毅　玉門(mén)油田分公司規(guī)劃設(shè)計(jì)院　甘肅酒泉　735019

淺談既有鐵路底部箱涵頂進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用

文/邢毅玉門(mén)油田分公司規(guī)劃設(shè)計(jì)院甘肅酒泉735019

論文首先概述了既有鐵路底部箱涵頂進(jìn)技術(shù)的形成和定義，最后重點(diǎn)探討了既有鐵路底部箱涵頂進(jìn)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中箱涵的設(shè)計(jì)、施工工藝及注意事項(xiàng)。

鐵路；箱涵；頂進(jìn)；地下工程

近些年，工業(yè)與民用的各種地下車間、電站、礦井、儲(chǔ)藏庫(kù)、人防與市政（城市下水道、電纜隧道）等地下工程發(fā)展迅速。部分工程選址不可避免的與既有鐵路重合。怎樣在盡可能保障既有鐵路正常運(yùn)行及軌底土層不被破壞的同時(shí)，又能順利完成地下工程的項(xiàng)目建設(shè)，越來(lái)越引起業(yè)內(nèi)工程設(shè)計(jì)及施工人員的關(guān)注。既有鐵路底部箱涵頂進(jìn)技術(shù)無(wú)疑針對(duì)以上難點(diǎn)提供了一個(gè)新的思路。論文重點(diǎn)探討了與既有鐵路底部箱涵頂進(jìn)技術(shù)相關(guān)的設(shè)計(jì)和施工工藝特點(diǎn)。

1、既有鐵路底部箱涵頂進(jìn)技術(shù)簡(jiǎn)介：

既有鐵路底部箱涵頂進(jìn)技術(shù)（jacked in bridge or culvert for existing railway）是指鋼筋混凝土箱涵穿越既有鐵路底部基礎(chǔ)的一種先進(jìn)施工工藝。也叫箱涵頂進(jìn)法。

2、穿越既有鐵路箱涵設(shè)計(jì)思路：

穿越既有鐵路箱涵一般為單孔或多孔箱形鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)（有時(shí)也叫框架橋）。當(dāng)跨度較小時(shí)（一般小于6m）可采用單孔箱形鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，當(dāng)結(jié)構(gòu)跨度較大或由于使用和工藝要求是可采用多孔箱形鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。為改善通風(fēng)條件和節(jié)約材料，中間隔墻還可開(kāi)設(shè)孔洞或用梁、柱代替。

2.1荷載計(jì)算：

2.1.1頂板壓力：

覆土壓力：

水壓力：

頂板自重：

荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖

地面超載q超（kN/m2）

頂板上所受荷載為：

2.1.2地板上的荷載：

式中∑p為結(jié)構(gòu)頂板以下，底板以上的兩邊墻及中間柱等重量

2.1.3側(cè)墻上的荷載：

土的側(cè)向壓力：

側(cè)向水壓力：

作用于側(cè)墻上的荷載為：

2.2內(nèi)力計(jì)算：

2.2.1計(jì)算簡(jiǎn)圖：

穿越既有鐵路箱涵一般縱向很長(zhǎng)，橫向較短，結(jié)構(gòu)所受的荷載沿縱向的大小近于不變，因此，當(dāng)不考慮結(jié)構(gòu)縱向不均勻變形時(shí)，結(jié)構(gòu)可看作平面變形問(wèn)題。計(jì)算時(shí)可沿縱向截取單位長(zhǎng)度（例如1m長(zhǎng)）的截條當(dāng)作閉合箱形框架計(jì)算。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，桿件認(rèn)為等截面（不考慮支托的影響）。

2.2.2截面選擇：

由結(jié)構(gòu)力學(xué)可知，計(jì)算超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，必須事先知道各桿件截面的尺寸，至少也要知道各桿件截面慣性矩的比值，否則無(wú)法進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。但是確定截面尺寸，只有知道內(nèi)力之后才能進(jìn)行，這一矛盾的產(chǎn)生，是由桿件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)力學(xué)理論本身帶來(lái)的?？朔@一矛盾的方法是：在進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算之前，通常先根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)或近似計(jì)算方法設(shè)定各個(gè)桿件的截面尺寸，經(jīng)內(nèi)力計(jì)算后，再來(lái)驗(yàn)算所設(shè)界面是否合適。否則，重復(fù)上述過(guò)程，直至所設(shè)截面合適為止。

2.2.3計(jì)算方法：

當(dāng)不考慮線位移影響時(shí)，可按簡(jiǎn)化計(jì)算模型以力矩分配法進(jìn)行手算。而靜荷載作用下地層中的閉合箱形框架一般按彈性地基上的框架進(jìn)行計(jì)算，彈性地基可按溫克爾地基考慮，也可將地基視作彈性半無(wú)限平面。

框架的內(nèi)力分析與一般平面框架的區(qū)別即在于底板承受未知的地基彈性反力而使內(nèi)力分析變?yōu)閺?fù)雜。

彈性地基 上平面框架的內(nèi)力計(jì)算仍可采用結(jié)構(gòu)力學(xué)中的力法，只是需要將地板按彈性地基梁來(lái)考慮。圖1所示為一平面閉合框架，承受均布荷載q，用力法計(jì)算內(nèi)力時(shí)，可將橫梁在中央切開(kāi)，如圖2所示，并得出典型方程為：

系數(shù)是指在多余力χ j 作用下，沿χ i 方向的位移，△1P是指在外荷載作用下沿χi 方向的位移，按下式計(jì)算：

將所求到的系數(shù)及自由項(xiàng)代入典型方程，解出未知力 ，并進(jìn)而繪出內(nèi)力圖。

3、箱涵頂進(jìn)法的施工工藝及技

術(shù)特點(diǎn)：

箱涵頂進(jìn)法由于箱涵穿越鐵路的具體情況（如斷面與長(zhǎng)度、最大頂力、地質(zhì)情況、施工技術(shù)與地形條件等）不同，采取的施工方法也不一樣，具體分為一般頂入法、中繼間法、頂拉法、對(duì)頂法、對(duì)拉法、斜交箱橋頂進(jìn)、頂進(jìn)框架和換梁結(jié)合法、開(kāi)槽頂入法、氣墊法、液墊法、厚覆土下頂進(jìn)法等施工方法，下面對(duì)常用的一般頂入法及中繼間法予以重點(diǎn)說(shuō)明。

3.1一般頂入法：

箱涵頂進(jìn)法最常用的方法?？煞譃橐淮雾斎敕ê头执雾斎敕▋煞N。凡在鐵路一側(cè)的工作坑內(nèi)，將在滑板上預(yù)制的單孔或多孔整體鋼筋混凝土箱涵借助事先修筑的后背，利用千斤頂一次頂入，隨頂隨挖土直至就位稱為一次頂入法。

此法優(yōu)點(diǎn)是對(duì)鐵路運(yùn)輸干擾較小，頂進(jìn)時(shí)間集中，要求列車慢行的時(shí)間短。對(duì)多孔單獨(dú)分別灌筑的鋼筋混凝土箱涵則應(yīng)分別逐孔頂入，一般避免同時(shí)頂進(jìn)（因?qū)€路加固不利），各孔間應(yīng)相錯(cuò)一定距離，這種方法稱分次頂入法。

3.2中繼間法：

穿越股道多，箱橋長(zhǎng)，縱向配筋要求過(guò)多，頂力較大，后背設(shè)備增多，此時(shí)宜將箱橋分成數(shù)段，在節(jié)間設(shè)置中繼間，將箱橋接力頂進(jìn)。中繼間法是我國(guó)大型箱橋頂進(jìn)施工中最常用的一種方法。預(yù)制箱橋可布置成并列式或串聯(lián)式，并列式是將箱橋第一節(jié)頂入路基后，再將第二節(jié)橫移過(guò)來(lái)，安裝第一個(gè)中繼間，當(dāng)?shù)诙?jié)頂入后，再橫移第三節(jié)。橫移可采用滑道滾移、卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引或千斤頂頂移。串聯(lián)式將數(shù)個(gè)中繼間一次安裝完成，連續(xù)頂進(jìn)，但后背距鐵路較遠(yuǎn)，需要頂柱多。并列式需中途停止頂進(jìn)，橫移工作費(fèi)事。

中繼間法的特點(diǎn)是前節(jié)利用后節(jié)作后背，后背設(shè)備較少。為了避免節(jié)間產(chǎn)生“錯(cuò)牙”現(xiàn)象，接口處需作特殊處理，如設(shè)置剪刀楔、鋼搭樺、傳力鋼筋等。

4、箱涵頂進(jìn)法的施工注意事項(xiàng)：

4.1頂涵施工用的千斤頂、油泵等設(shè)備進(jìn)工地前，應(yīng)進(jìn)行壓力試驗(yàn)，確認(rèn)合格方可使用。

4.2工地應(yīng)設(shè)專人對(duì)線路進(jìn)行防護(hù)及維修，還應(yīng)設(shè)置值班電話。

4.3在頂進(jìn)過(guò)程中，每頂進(jìn)一次或每次列車通過(guò)后，應(yīng)對(duì)線路進(jìn)行檢修。如發(fā)現(xiàn)線路異常，整修后方可放行列車。

4.4采用扣軌梁加固線路時(shí)，軌束兩端應(yīng)加軌卡，道心內(nèi)的軌束兩端應(yīng)加木梭頭。橫梁的規(guī)格必須滿足土方開(kāi)挖坡度的需要。

結(jié)語(yǔ)：

既有鐵路底部箱涵頂進(jìn)技術(shù)為地下工程項(xiàng)目建設(shè)提出了一種新的設(shè)計(jì)思路。它的優(yōu)勢(shì)在于施工期間對(duì)鐵路運(yùn)輸干擾較小，頂進(jìn)時(shí)間集中，要求列車慢行的時(shí)間短，較好的解決了地下工程選址與既有鐵路線路重合的矛盾，避免了因線路重合而重新選址或繞行所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。

［1］鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范--TB-10002.1-2005.

［2］鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范--TB 10002.3-2005.

［3］鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范--TB 10002.5-2005.