既有鐵路框構(gòu)橋頂進(jìn)施工無縫線路設(shè)計(jì)方案研究★

張 翔

(中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司線路站場(chǎng)設(shè)計(jì)院，天津 300308)

1 工程概況

1.1 無縫線路概況

為達(dá)到既有鐵路提速要求，越來越多的平交道口需進(jìn)行立交改造。為保證運(yùn)營(yíng)線上不中斷行車，通常采用框構(gòu)橋頂進(jìn)施工。鋪設(shè)無縫線路是對(duì)鐵路軌道結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)重要技術(shù)革新，是現(xiàn)代鐵路為實(shí)現(xiàn)高速、重載運(yùn)輸而采取的最佳軌道結(jié)構(gòu)，已經(jīng)得到世界各國(guó)重視和推廣應(yīng)用。鋪設(shè)無縫線路可以最大限度的減少鋼軌接頭，降低列車對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的沖擊和振動(dòng)作用，全面提高線路的平順性和整體強(qiáng)度，增強(qiáng)行車安全性和旅客舒適度，減少軌道部件損耗和養(yǎng)護(hù)維修工作量，降低維修費(fèi)用，改善振動(dòng)和噪聲對(duì)環(huán)境的影響[1]。標(biāo)準(zhǔn)無孔鋼軌焊接成長(zhǎng)軌條的線路，被稱作無縫線路[2-3]。無縫線路分為區(qū)間無縫線路及跨區(qū)間無縫線路。無縫線路一般在工廠焊接成100 m或500 m的長(zhǎng)鋼軌，運(yùn)輸至工地后將長(zhǎng)軌焊接成1 000 m～2 000 m的單元軌節(jié)，區(qū)間無縫線路在車站兩側(cè)岔區(qū)設(shè)2根～4根25 m的標(biāo)準(zhǔn)鋼軌作為緩沖區(qū)，以保證溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力及施工期間應(yīng)力集中產(chǎn)生的應(yīng)力得以釋放，從而保證無縫線路不脹軌、不脫軌，以保證行車安全[4]。采用框構(gòu)橋頂進(jìn)施工對(duì)既有無縫線路不可避免會(huì)產(chǎn)生影響，因此對(duì)框構(gòu)橋頂進(jìn)施工過程中無縫線路設(shè)計(jì)方案的研究十分必要。

1.2 工點(diǎn)概況

選取東北地區(qū)、華北地區(qū)及華南地區(qū)3個(gè)不同地理區(qū)域的典型工點(diǎn)，對(duì)既有鐵路框構(gòu)橋頂進(jìn)施工過程對(duì)無縫線路的影響進(jìn)行了闡述，分析總結(jié)框構(gòu)施工對(duì)既有無縫線路造成危害性，選取工點(diǎn)如下：北黑鐵路K80+532框構(gòu)橋工程、津薊鐵路K120+532框構(gòu)橋工程、焦柳鐵路K1355+263框構(gòu)橋工程，工點(diǎn)最大軌溫差范圍為60 ℃～100 ℃，涵蓋各種無縫線路技術(shù)條件，極具代表性。工點(diǎn)具體參數(shù)如表1所示。

表1 工點(diǎn)參數(shù)表 ℃

2 框構(gòu)橋頂進(jìn)施工工藝及對(duì)既有無縫線路影響

2.1 框構(gòu)橋頂進(jìn)施工工藝

框構(gòu)橋頂進(jìn)施工需先在鐵路兩側(cè)挖好基坑，在鐵路一側(cè)基坑中預(yù)制好框構(gòu)橋，利用千斤頂受壓產(chǎn)生垂直于鐵路的橫向力，使框構(gòu)橋垂直于鐵路方向在鐵路底下行進(jìn)[5]?？驑?gòu)橋推進(jìn)一次，千斤頂回位一次，循環(huán)數(shù)次后框構(gòu)橋完全置于鐵路下的設(shè)計(jì)位置，頂進(jìn)完成[6]。頂進(jìn)期間不中斷既有鐵路行車[7]。

2.2 框構(gòu)橋頂進(jìn)施工隊(duì)既有無縫線路影響

千斤頂頂進(jìn)框構(gòu)橋過程中，會(huì)產(chǎn)生垂直于鐵路方向的橫向力，橫向力對(duì)既有無縫線路造成單點(diǎn)的應(yīng)力集中，存在脹軌及脫軌的安全隱患[8]。無縫線路的穩(wěn)定性受道床橫向阻力、溫度力及軌道原始不平順的影響，框構(gòu)頂進(jìn)過程中不可避免會(huì)對(duì)無縫線路產(chǎn)生影響。在以往的工程實(shí)踐中，框構(gòu)橋頂進(jìn)過程中往往忽略對(duì)無縫線路進(jìn)行處理，不間斷鐵路行車情況下，存在嚴(yán)重的安全隱患，甚至危及到旅客人身安全[9]。

3 無縫線路設(shè)計(jì)方案

為防止鐵路出現(xiàn)脹軌及脫軌危險(xiǎn)，一般先進(jìn)行應(yīng)力放散，鋸斷長(zhǎng)軌，換鋪短軌再加固線路；或先鎖定兩側(cè)線路，直接鋸軌打孔再加固線路。其目的都是為了降低或消除鋼軌內(nèi)的溫度力。針對(duì)北黑鐵路K80+532、津薊鐵路K120+532、焦柳鐵路K1355+263三個(gè)框構(gòu)橋工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合當(dāng)?shù)仞B(yǎng)護(hù)維修部門意見，在不中斷鐵路運(yùn)行的情況下，為解決應(yīng)力集中問題，對(duì)框構(gòu)橋頂進(jìn)施工工點(diǎn)研究了換鋪周轉(zhuǎn)軌方案(方案Ⅰ)、直接鋸軌打孔連接方案(方案Ⅱ)、放散鎖定方案(方案Ⅲ)三個(gè)方案。

3.1 方案概述

換鋪周轉(zhuǎn)軌方案(方案Ⅰ)：在頂進(jìn)框構(gòu)橋上方，對(duì)1 500 m單元軌節(jié)進(jìn)行放散，鋸除既有框構(gòu)橋頂進(jìn)施工工點(diǎn)上方75 m長(zhǎng)鋼軌,換成3根25 m標(biāo)準(zhǔn)有孔軌，對(duì)兩側(cè)1 425 m長(zhǎng)鋼軌再次進(jìn)行鎖定，待框構(gòu)橋頂進(jìn)施工結(jié)束后，將3根25 m標(biāo)準(zhǔn)有孔軌換鋪成長(zhǎng)鋼軌并進(jìn)行焊接，對(duì)整個(gè)1 500 m單元軌節(jié)再次進(jìn)行放散鎖定。

直接鋸軌打孔連接方案(方案Ⅱ)：在頂進(jìn)框構(gòu)橋上方，對(duì)1 500 m單元軌節(jié)進(jìn)行放散，對(duì)框構(gòu)橋頂進(jìn)施工工點(diǎn)上方75 m長(zhǎng)鋼軌進(jìn)行鋸軌、打孔，并補(bǔ)充螺栓魚尾板進(jìn)行連接，待框構(gòu)橋頂進(jìn)施工結(jié)束后，鋸掉打孔部分長(zhǎng)鋼軌，并補(bǔ)充無孔軌進(jìn)行焊接，之后對(duì)整個(gè)1 500 m單元軌節(jié)再次進(jìn)行放散鎖定。

放散鎖定方案(方案Ⅲ)：利用天窗時(shí)間施工，在頂進(jìn)框構(gòu)橋上方，對(duì)施工范圍前后共75 m進(jìn)行放散，天窗時(shí)間后對(duì)75 m范圍進(jìn)行鎖定，以便于鐵路正常運(yùn)營(yíng)。待框構(gòu)橋頂進(jìn)施工結(jié)束后，對(duì)整個(gè)1 500 m單元軌節(jié)再次進(jìn)行放散鎖定。該方案僅能在天窗時(shí)間進(jìn)行施工，需要多個(gè)天窗時(shí)間方可完成施工，工期最長(zhǎng)。

換鋪周轉(zhuǎn)軌方案及直接鋸軌打孔連接方案示意圖如圖1所示。

3.2 方案比選分析

各方案主要工程數(shù)量及投資比較見表2。

表2 工程經(jīng)濟(jì)比較表

由表2可知放散鎖定方案(方案Ⅲ)投資最少，直接鋸軌打孔連接方案(方案Ⅱ)投資適中，換鋪周轉(zhuǎn)軌方案(方案Ⅰ)投資最高，但投資相差均不大。

各方案優(yōu)缺點(diǎn)分析見表3。

表3 方案優(yōu)缺點(diǎn)綜合評(píng)價(jià)表

3.3 方案比選推薦意見

經(jīng)分析，放散鎖定方案(方案Ⅲ)雖投資最少，但施工工期不可控，需多個(gè)天窗點(diǎn)進(jìn)行施工，且不能解決應(yīng)力集中問題，存在安全隱患，予以舍棄。換鋪周轉(zhuǎn)軌方案(方案Ⅰ)雖投資最高，但僅比直接鋸軌打孔連接方案(方案Ⅱ)高13萬(wàn)元，差別不大，且存在現(xiàn)場(chǎng)接觸焊接點(diǎn)少，無縫線路使用壽命長(zhǎng)，便于養(yǎng)護(hù)維修等優(yōu)點(diǎn)，故選擇換鋪周轉(zhuǎn)軌方案(方案Ⅰ)為推薦方案[10-12]。

4 結(jié)語(yǔ)

1)目前，框構(gòu)橋頂進(jìn)工程對(duì)無縫線路處理仍沒有統(tǒng)一的方式方法，且往往被忽視，存在嚴(yán)重的安全隱患，值得進(jìn)一步研究。2)采用換鋪周轉(zhuǎn)軌方案(方案Ⅰ)可將換鋪地段視為無縫線路的緩沖區(qū)，很好的解決了無縫線路應(yīng)力集中問題，施工時(shí)間充足，施工期間能夠保證行車安全。3)采用換鋪周轉(zhuǎn)軌方案(方案Ⅰ)在解決行車安全隱患的同時(shí)，能夠使現(xiàn)場(chǎng)接觸焊焊點(diǎn)最少，減少無縫線路運(yùn)營(yíng)病害，增加其使用壽命。