淝大河鐵路橋下沉治理架空體系施工方案數(shù)值模擬研究

雷小磊 焦永超 胡水木

摘要：淝大河鐵路橋位于淮南市張集礦區(qū)的北側(cè)，原橋梁為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu).受張集礦工作面采動的影響，淝大河鐵路橋出現(xiàn)了下沉，現(xiàn)已經(jīng)進(jìn)行了一次橋體的加寬、地基和局部結(jié)構(gòu)加固、在橋面堆積一定高度的矸石等處理.為確保淝大河鐵路橋的運(yùn)營安全，受施工方委托，我單位對擬采用的架空體系施工的治理方案進(jìn)行了數(shù)值模擬，根據(jù)分析結(jié)果，給出了客觀的治理方案改善建議，為項(xiàng)目的施工提供了堅強(qiáng)的理論保證.

關(guān)鍵詞：鐵路橋;架空體系;數(shù)值模擬

中圖分類號：U448.13? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）06-0090-04

1 工程概況

淝大河鐵路橋位于淮南市張集礦區(qū)的北側(cè)，原橋梁為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，尺寸為14m×20m×8m，框架結(jié)構(gòu)4m×3m，2001年投入使用.受張集礦工作面采動的影響，淝大河鐵路橋?qū)⒋罅肯鲁?經(jīng)過對下沉預(yù)測的研究論證，2008年，該橋已進(jìn)行了一次橋體的兩邊加寬各5m、地基和局部結(jié)構(gòu)加固、在橋面堆積高度約4.7m的矸石等處理[1].過對張集礦工作面開采沉陷的預(yù)計，該橋在第一次加固處理后的5-7年仍將發(fā)生沉陷過程，預(yù)計最大下沉量約0.8m-3m.基于上述預(yù)計，制定了本次治理方案，方案擬采用整體增高的增加新箱體架空體系施工設(shè)計方法進(jìn)行治理，確保鐵路運(yùn)營安全.

2 橋梁下沉治理架空體系施工方案

2.1 加高橋梁施工方案

經(jīng)過方案優(yōu)化設(shè)計，對原有橋梁的上部進(jìn)行擋碴墻的施工，箱體的施工流程為：由兩側(cè)到中間箱體[2].

2.1.1 擋碴墻工程

鐵路路堤兩側(cè)施工高度為4.66m的錨桿式擋墻，作為運(yùn)矸通道的支護(hù)擋墻.擋墻內(nèi)邊距離軌道中心線分別為6.5m和4.9m，擋墻由20a槽鋼作為立柱，其間距為1m，沿立柱高度方向每隔1m設(shè)置橫梁，采用12.6槽鋼作為橫梁.立柱柱腳通過化學(xué)錨栓固定于橋面之上.立柱之間鋪裝4mm厚花紋鋼板作為擋墻圍護(hù)結(jié)構(gòu).自上而下，施工4道注漿錨桿，最終形成錨桿式擋墻支護(hù)結(jié)構(gòu).最上方設(shè)置一道拉筋，直徑28mm，長度為11.4m，東側(cè)擋墻最底部1道錨桿長度1m，直徑25mm，其余錨桿長度均為2.5m，直徑25mm;西側(cè)擋墻最底部錨桿長度1m，直徑25mm，其余錨桿長度均為4.1m，直徑25mm.桿材采用直徑25mm的HRB400帶肋鋼筋.錨桿孔直徑為75mm，灌漿材料選用M35的水泥砂漿，錨桿設(shè)計抗拉力為100kN，錨固時對錨桿施加50kN的預(yù)應(yīng)力.

施工時，先沿現(xiàn)有路肩邊緣，向下鉆孔，插入立柱槽鋼，然后開挖擋墻外側(cè)邊坡，挖至錨桿設(shè)計深度時，即進(jìn)行錨桿鉆孔、注漿錨桿安裝作業(yè)，并施加預(yù)緊力.待擋墻兩側(cè)矸石全部挖除時，在立柱底端安裝柱腳，通過在橋面施工化學(xué)錨栓的方式，將立柱柱腳固定于橋面.

2.1.2 兩側(cè)新箱體工程

待錨桿式擋墻施工完成后，即兩側(cè)箱體上方矸石全部清理完成后，在原兩側(cè)框架上方，再新建一層框架，高度為4.5m，跨度6.96m，頂?shù)装搴穸?40mm，側(cè)墻厚度680mm.新建框架底板與原框架相連.為防止采動過程中上下框架發(fā)生滑移，在上下框架之間設(shè)置抗剪鍵.

2.1.3 中間新箱體工程

待兩側(cè)箱體施工完成，第一次下沉結(jié)束后，兩側(cè)箱體頂面與軌面高差約1m左右，具備了中間箱體施工條件.采用軍用梁支撐結(jié)構(gòu)體系，將鐵路軌道架起，在兩側(cè)箱體上架設(shè)枕木垛，然后再橫向布置工字鋼橫梁，將軌道采用扣軌方式固定于橫梁之上.臨時軌道支撐結(jié)構(gòu)如圖2所示.清除中間錨桿式擋墻及中間填料，在原有橋面之上施工2×3個高度4.5m，跨度6.96m，寬度分別為4m和5m的鋼筋混凝土框架箱體.側(cè)墻與頂?shù)装搴穸扰c兩側(cè)新建加高箱體一致.

2.2 架空體系及施工方案

中間箱體線路加固“3-5-3”扣軌加縱橫梁加固法簡稱“3-5-3”扣軌加縱橫梁加固法.即中間箱體施工完畢線路恢復(fù)后，恢復(fù)原有護(hù)輪軌，將原有護(hù)輪軌拆除后進(jìn)行扣軌施工，枕木撤換為木枕，中間箱體線路外側(cè)采用兩組“二扣一”，中間箱體線路內(nèi)側(cè)采用一組“三扣二”的組合加固方式.

根據(jù)設(shè)計方案，當(dāng)加高橋梁的箱體施工完成，達(dá)到設(shè)計起道高度后，采用“3-5-3”扣軌加縱橫梁加固法進(jìn)行線路加固和架空線路，拆除擋碴墻等施工程序.[3]

“3-5-3”扣軌加縱橫梁加固施工：將木枕的間距由現(xiàn)有0.6m減小0.1mm，調(diào)整為0.5m，扣軌采用P50鋼軌，單根長度12.5m，線路外側(cè)、內(nèi)側(cè)進(jìn)行組合，扣軌、線路外側(cè)、內(nèi)側(cè)與木枕相連，采用Ф25的“U”型螺栓和80×8扁鐵將軌束夾緊處理;橫梁采用I63鋪設(shè)，共計41根，均勻布置在縱梁上，單根長度18m（三段進(jìn)行拴接），間距0.5m;縱梁采用I45鋪設(shè)，共計2根，均勻布置在線路兩側(cè).采用Ф25的“U”型螺栓和鋼扣板將縱梁、橫梁和扣軌結(jié)構(gòu)聯(lián)為一個整體，縱梁下設(shè)枕木垛支撐.線路加固平面圖如圖3所示.

3 架空體系施工方案數(shù)值模擬分析

3.1 數(shù)值模擬分析基本假定

4 結(jié)束語

根據(jù)淝大河鐵路橋下沉治理架空體系施工方案，結(jié)合有限元軟件ANSYS的特點(diǎn)，我們在計算中做出的模型和受力模擬假設(shè)，經(jīng)過數(shù)值分析，設(shè)計方案中縱梁的強(qiáng)度和撓度滿足施工需要，橫梁的強(qiáng)度和撓度均能滿足施工需要，數(shù)值模擬分析，為橋梁下沉治理架空體系的施工提供了堅實(shí)的理論保證，確保了淝大河鐵路橋的運(yùn)營安全.

參考文獻(xiàn)：

〔1〕張春生，劉鵬.橋梁加固技術(shù)綜述[J].價值工程，2015（24）：239-240，241.

〔2〕楊建增，于春生.飽和松散地層沉陷區(qū)路橋工程治理關(guān)鍵技術(shù)[J].煤礦安全，2013（5）：108-110.

〔3〕徐剛年，王有志，王世民，王來永.東明黃河公路大橋主梁加固關(guān)鍵施工技術(shù)[J].橋梁建設(shè)，2017（5）：101-106.

〔4〕祁輝，朱宏偉，李廷剛，馬偉斌.哈爾濱地鐵哈農(nóng)區(qū)間下穿鐵路橋施工過程模擬分析[J].鐵道建筑，2012（3）：27-29.

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