小半徑大跨度架空體系實施控制要點探析

李杰偉鄭州中原鐵道工程有限責(zé)任公司 河南 鄭州 450052

正文：

1 工程概況

該工程下穿箱涵與鐵路線路交角35.5°，線間距為5.3m,交匯處鐵路位于曲線段，無縫線路，曲線半徑R=400m，曲線外軌超高為120mm，電氣化鐵路，60型鋼軌，鋼筋混凝土Ⅱ型枕，行車對數(shù)約為70對/日，最高行車速度為70km/h。

箱橋為連續(xù)式箱體，輪廓尺寸長22.1米，寬（順鐵路線方向）87米，高9.7米；頂進箱涵連續(xù)架空總長度144米。

2 小半徑大跨度受力特點分析

2.1 力學(xué)特性

小半徑曲線與直線段無縫線路相比具有：①耦合效應(yīng)，小半徑曲線線路的受力是荷載豎向力、徑向、橫向及動應(yīng)力的耦合；而且半徑越小徑向分力就越大，速度越大，荷載越重，動應(yīng)力就越大。②內(nèi)外軌受力不均勻，小半徑曲線區(qū)外枕木要比曲內(nèi)枕木間距大，因此外軌跨度比內(nèi)側(cè)軌要大，外軌受力更為不利；同時在耦合力的作用下，造成內(nèi)外側(cè)鋼軌受力不均衡，出現(xiàn)“外軌超載，內(nèi)軌卸載”的現(xiàn)象。極端情況下會出現(xiàn)內(nèi)側(cè)受力脫空現(xiàn)象。

2.2 軌道特性

①小半徑曲線由于受到大的徑向力，內(nèi)外側(cè)鋼軌受力不均勻，在耦合力的作用下，線路幾何尺寸易超限，曲線高低、軌距、超高、正矢易發(fā)生變化；軌道聯(lián)結(jié)零件易松動，夾板和接頭螺栓折斷、軌枕螺栓失效、軌距桿折斷和軌枕擋肩破損等特點。②橫向臌曲特性，無縫線路當(dāng)軌溫超過鎖定溫度時，由于受到徑向分力及溫度的影響，強大的橫向壓力會導(dǎo)致軌道臌曲，若繼續(xù)升溫，就會引發(fā)脹軌跑道。

3 架空體系實施控制要點

根據(jù)前文小半徑曲線無縫線路的特點，以及本工程箱涵頂進小半徑曲線、大跨度（114米）、單體重的特點，降低對既有線路影響，架空體系實施過程中控制要點有以下幾個方面：

3.1 建筑限界控制

曲線上，車輛在水平面投影為矩形，車輛軸線與線路中心線偏移，兩端向曲外偏移，中間向曲內(nèi)偏移；再加上曲線外軌超高，車輛向內(nèi)傾，內(nèi)側(cè)軌頂面以上測量點向內(nèi)偏移一個水平距離。因此，為了保證列車能順利地通過曲線，必須進行曲線內(nèi)(W內(nèi))、外側(cè)(W外)加寬。

本工程縱梁I100工字鋼，整體縱梁布置采用以折代曲形式，軌道兩側(cè)縱梁形成的體系，在水平面投影也是單個矩形。根據(jù)受力特點，縱梁連接處勢必是受力薄弱部位，傳統(tǒng)縱梁連接板在曲線線路上連接時，會在縱梁拼接位置處產(chǎn)生過大縫隙，影響架空體系穩(wěn)定性。經(jīng)過現(xiàn)場測量以及滿足建筑限界要求，按照曲線半徑要求，橫抬梁之間連接夾角為2.3°，據(jù)此對縱梁頂拼接板頂板及腹板進行孔洞調(diào)整，并將拼接板調(diào)整成177.7°夾角，達(dá)到無間隙連接縱梁的目的，有效減小縱梁連接縫隙，防止應(yīng)力集中，增強縱梁連接牢固性，提高體系強度。同時，縱梁與線路軌道間每隔1.5-2m增加橫撐防止軌道與縱梁位置發(fā)生變化。

圖 1 限界圖

圖 2 支點設(shè)置圖

措施如下：

① 根據(jù)曲內(nèi)外軌受力不均勻的特點，線路內(nèi)外側(cè)支點樁受力不同：盡量減小外側(cè)支點樁距線路中心的距離，曲外支點樁設(shè)置距線路中心3m,曲內(nèi)距線路中心3.1m。

② 建筑限界及盡量減小非標(biāo)件的使用：曲外樁間距16m，曲內(nèi)樁設(shè)置間距最小為1541.7m。

建筑限界驗算：

W內(nèi)=40500/R+H/1500*h=40500/400+820/1500*120=167mm

W外=44000/R=44000/400=110mm

式中：

R-曲線半徑（m）；

h-曲線外軌超高（mm）；

H-自軌面算起的計算點高度（mm）（樁頂距軌頂180mm）。

加寬后的曲線內(nèi)側(cè)限界為1875+167=2042mm，加寬后的曲線外側(cè)限界為1875+110=1985mm。

經(jīng)測量縱梁外緣距線路中心（線路內(nèi)側(cè)）最小距離為2090mm，縱梁外緣距線路中心（線路外側(cè)）最小距離為2190mm，滿足建筑限界要求。

3.2 本工程所處線路通過列車均為重載列車，由于小半徑曲線力的耦合效應(yīng)，保證線路幾何尺寸成為該項目能否順利進行的重中之重。

① 技術(shù)措施。小曲線半徑軌道結(jié)構(gòu)與受力特點與直線線路有很大不同，線路架空后，既有線路穩(wěn)定性受到破壞，為確保軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定可靠，軌道結(jié)構(gòu)必須進行強化，必須設(shè)置彈性支撐，通常采用軌距桿和軌撐。

通過設(shè)置彈性支撐，以平衡小半徑曲線受到的橫向及徑向受力，以提高鋼軌的橫向穩(wěn)定性，保持鋼軌軌距, 減少鋼軌橫向變形和不均勻磨耗,提高軌道保持幾何尺寸的能力，大大提高小半徑曲線軌道強度。

② 組織措施。目前設(shè)計方案均有箱涵頂進后進行更換橋枕，但是一般實施中均在箱涵頂進后實施。由于ⅢQ枕的擋肩為預(yù)埋鐵件，強度大，易保持軌距，根據(jù)實際情況不同，可優(yōu)先考慮在不影響整體施工工期情況下，在穿插橫抬梁施工同時進行ⅢQ枕的更換。

在曲線下進行箱涵頂進時，箱涵頂進方向的選擇也是很重要的一方面，根據(jù)受力特性和軌枕與道碴間摩阻力的缺失，應(yīng)從曲外向曲內(nèi)頂進；同時應(yīng)在曲內(nèi)的最外側(cè)設(shè)置抗橫移樁，即在樁頂設(shè)置L型樁頭，橫抬梁組頂在L型樁頭上，來平衡頂進時非正常狀態(tài)下橫向受力。

3.3.支點轉(zhuǎn)換。

在頂進過程中，影響頂進的支點樁需要破除，需要設(shè)置滑動支點代替需要破除的支點樁。支點轉(zhuǎn)換須在列車行車間隙進行，列車通過時滑動支點需要變成“固定支點”，這個過程要求快、準(zhǔn)、穩(wěn)。常用手動千斤頂操作誤差大，大跨度內(nèi)多個千斤頂不同步，無法保證線路架空區(qū)段整體穩(wěn)定，采用微機控制液壓千斤頂組能夠嚴(yán)格控制線路起升高度，確保線路高程不變，同時有效解決支點轉(zhuǎn)換時精度不高、超時費力。

3.4 需要注意其他方面

① 防脹防斷

由于無縫線路有臌曲特性，小半徑曲線在溫度影響下表現(xiàn)更加明顯，防脹防斷問題更加突出。架空體系施工前，根據(jù)整體工期安排預(yù)測氣溫的變化對線路的影響，必須對線路進行應(yīng)力放散（回散）。無縫線路應(yīng)力放散時適當(dāng)提高鎖定軌溫，鎖定溫度高，夏季施工時，對防脹是非常有利的，但是對冬季施工時防斷非常不利；所以必須做好應(yīng)力放散（回散）工作。同時要加強箱涵頂進過程中，經(jīng)常對軌溫進行監(jiān)測，尤其是氣溫最高時的軌溫監(jiān)測，超過鎖定溫度時要及時采取降溫措施，防止超溫作業(yè)及超出放散范圍作業(yè)，造成線路脹軌跑道。

②加強監(jiān)測及線路巡養(yǎng)

按照《鐵路線路修理規(guī)則》，必須專人負(fù)責(zé)檢查巡養(yǎng)線路，做到趟檢，對聯(lián)結(jié)螺栓、架空支點、限界和線路幾何尺寸進行檢查測量，并做好記錄，發(fā)現(xiàn)問題，立即停止施工，進行整修，及時消除安全隱患。

4 結(jié)語

在該項目實施過程中，通過對以上實施要點的嚴(yán)格控制，架空體系穩(wěn)定可靠，趟檢后幾何尺寸變化變小，維護次數(shù)相應(yīng)減少。在施工中，嚴(yán)格按照操作規(guī)程，嚴(yán)控工程要點的實施，按照鐵路維修規(guī)則，落實線路巡養(yǎng)制度，加強線路維修養(yǎng)護及架空體系的維護檢查，可以確保小半徑大跨度架空體系的穩(wěn)定以及箱涵的順利頂進。