D型便梁加固多股道繁忙鐵路施工技術(shù)及安全監(jiān)測(cè)

林文旭，雷斌，劉昭，鄺安源，萬(wàn)思宇，曹振

（1.安康市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局，陜西 安康 725029；2.西安建筑科技大學(xué)，陜西 西安 710055；3.安康公路管理局，陜西 安康 725099；4.陜西建工第十二建設(shè)集團(tuán)有限公司，陜西 安康 725000）

0 引言

鐵路帶動(dòng)了城市的發(fā)展，但是隨著城市規(guī)模的增大、功能的擴(kuò)展，鐵路路線對(duì)城市發(fā)展表現(xiàn)出一定的負(fù)面影響。因此為解決此類問(wèn)題，在新建道路與鐵路立體方案中，通常采用下穿鐵路的方案，其較上跨方案無(wú)需中斷列車運(yùn)行，對(duì)鐵路的運(yùn)營(yíng)影響較小，能夠提高城市土地資源的利用效率，符合城市發(fā)展長(zhǎng)遠(yuǎn)利益[1-4]。

隧道下穿鐵路站場(chǎng)工程中采用明挖現(xiàn)澆法具有工期短、投資小且鐵路沉降易于控制等優(yōu)點(diǎn)[5-8]，但采用明挖現(xiàn)澆法的前提條件是不中斷鐵路運(yùn)營(yíng)，因此常采用人工挖孔樁和D型便梁架空加固既有鐵路線路以確保鐵路運(yùn)行暢通，但是D型便梁架空加固多股道繁忙鐵路的施工仍存在問(wèn)題[9]?；诖耍疚囊园部凳姓淼老麓?3 股道繁忙鐵路為工程背景，提出D 型便梁架空加固13 股道繁忙鐵路的施工技術(shù)，同時(shí)對(duì)D 型便梁進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步確保施工安全和行車安全，將對(duì)今后類似隧道下穿繁忙站場(chǎng)工程提供參考。

1 工程概況

1.1 地形地貌

某工程位于為低緩丘陵區(qū)及漢江二級(jí)階地，呈隴崗狀地貌，沖溝發(fā)育，地形起伏較大，地勢(shì)西高東低，海拔258～294m，相對(duì)高差1～36m 不等；區(qū)域內(nèi)村莊建筑密布，既有鐵路公路道路交叉密集，地表填挖改造明顯；既有路網(wǎng)以西為崗坡密集地段，村落建筑相對(duì)密集，有水泥道路穿行其間。

1.2 鐵路現(xiàn)狀

隧道下穿安康貨運(yùn)東站五場(chǎng)，安康貨運(yùn)東站屬華中路網(wǎng)編組站，隸屬西安局集團(tuán)有限公司，客貨混編一等站。安康東站為混合式三級(jí)五場(chǎng)，一場(chǎng)為到達(dá)場(chǎng)，10股道；二場(chǎng)為下行到發(fā)場(chǎng)，8股道；三場(chǎng)為上行到發(fā)場(chǎng)，8股道；四場(chǎng)為編組場(chǎng)，有分類線22條；五場(chǎng)為下行列車出發(fā)場(chǎng)，10 股道。由西往東依次為五場(chǎng)、二場(chǎng)、四場(chǎng)、三場(chǎng)、一場(chǎng)。

如圖1 所示，擬建隧道由南向北依次下穿13 股鐵路，分別為貨場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線、出發(fā)場(chǎng)線、貨車疏解上行線。其中出發(fā)場(chǎng)由11 股平行的股道組成，各股道線間距5.0～6.5m，采用43kg/m軌型。貨場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線位于出發(fā)場(chǎng)股道南端，在貨運(yùn)東站西側(cè)有一處道岔，采用43kg/m 軌型。貨車疏解上行線北起陜西省西安市臨潼區(qū)新豐鎮(zhèn)編組站，南達(dá)陜西省安康市，全長(zhǎng)共268km，為國(guó)家Ⅰ級(jí)電氣化鐵路；同時(shí)貨車疏解上行線在呂河站至貨運(yùn)東站間26km 線路與襄渝鐵路共軌，貨車疏解上行線采用60kg/m鋼軌，自動(dòng)閉塞。

圖1 隧道下穿既有鐵路線路示意

2 既有鐵路加固

本工程跨越既有鐵路線路多、出發(fā)場(chǎng)調(diào)車繁忙、車流量大，保障施工安全以及行車安全存在一定困難。如圖2 所示，該工程在運(yùn)營(yíng)線上采用人工挖孔樁及D 型便梁加固既有鐵路線路，既有鐵路線路下方進(jìn)行深基坑開(kāi)挖以及現(xiàn)澆框架施工。

圖2 施工現(xiàn)場(chǎng)

D 型便梁有 D12、D16、D20、D24 四種型號(hào)，該工程用于加固既有鐵路線路的D型便梁為兩跨簡(jiǎn)支D24型便梁。D24 型便梁由2 根縱梁、37 根橫梁以及若干配件組成，其縱梁長(zhǎng)度為24.5m，橫梁長(zhǎng)度為3.96m，2根縱梁中軸線之間的距離為4.46m。根據(jù)縱梁梁頂至軌面的距離，D 型便梁安裝方式分為3 種，分別為高位安裝、中位安裝、低位安裝，距離分別為749mm, 599mm，449mm[10]。該工程在低位安裝的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，采用超低位安裝，縱梁梁頂至軌面的距離為149 mm。D 型便梁共有甲式、乙式、丙式、丁式安裝方式，甲、乙、丙式適用于單線鐵路，丁式適用于復(fù)線。本工程為減少D 梁縱梁對(duì)列檢、貨檢影響，五場(chǎng)1～10 股道的D24便梁采用丁式安裝；其余3股道D24便梁采用甲式安裝。

鋼便梁安裝前事先存放于安康東站五場(chǎng)倉(cāng)庫(kù)，在貨場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線上利用吊車將便梁裝入軌道車上，除貨場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線沿線運(yùn)輸外，其余股道便梁均需經(jīng)五場(chǎng)西安方向東區(qū)道岔群運(yùn)至需安裝便梁股道，在封鎖點(diǎn)或停運(yùn)期內(nèi)卸貨并安裝便梁。每股道便梁分3 次（每股道一次）利用軌道吊車運(yùn)至工點(diǎn)，橫梁及其他組件人工搬運(yùn)至工點(diǎn)。

鋼便梁施工技術(shù)要點(diǎn)為調(diào)整枕距→穿橫梁→縱梁位掏槽→縱梁就位，均在封鎖點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行。

（1）調(diào)整枕距

先將軌枕的位置按670mm 的間距用白油漆標(biāo)志在鋼軌外側(cè)軌腰處，將多余的軌枕抽出。D 型縱梁架設(shè)就位后按照位置進(jìn)行調(diào)整枕距作業(yè)，確保軌枕與線路垂直，并調(diào)平軌面。

（2）穿橫梁

施工時(shí)先穿入定位橫梁，連接定位角鋼，然后穿入其他橫梁，保證各組橫梁位置正確，用便梁扣件將橫梁與鋼軌連接。至少在一根鋼軌下需要墊大塊絕緣橡膠軌墊，防止軌道電路短路，影響信號(hào)和行車。塞入橫梁時(shí)要對(duì)準(zhǔn)連接板并定位，同時(shí)上好扣件，墊好橡膠軌墊。并及時(shí)對(duì)道床進(jìn)行搗實(shí)，認(rèn)真做好線路檢查，發(fā)現(xiàn)變化及時(shí)維修。

（3）縱梁位掏槽

因五場(chǎng)1～10 道、車輛段走行線均采用上承式D 梁，縱梁安裝前應(yīng)預(yù)先在股道間掏槽方可落梁。掏槽深度為40～80cm，掏槽道砟及土方均采用編織袋裝包，平板車集中外運(yùn)。掏槽基坑按1∶1 放坡，線路架空完后，在相鄰未架空線路側(cè)基坑進(jìn)行回填，回填就地使用掏槽道砟及土方，外運(yùn)時(shí)應(yīng)預(yù)留回填部分。

（4）縱梁就位

縱梁事先存放于貨6線附近空地，在運(yùn)輸前按順序吊裝至軌道車上，并固定牢固。從貨6 線經(jīng)東區(qū)岔群（西安方向）運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，卸于架空區(qū)段，用短枕木支撐固定，然后人工配合頂鎬準(zhǔn)確就位，連接縱橫梁節(jié)點(diǎn)板和上下牛腿，形成架空體系。

圖3 為D 型便梁加固完成既有鐵路線路全景圖。對(duì)于線間距為5.5m 及6.5m 兩股道間，因縱梁之間存在較大間隙，須防止人員墜落掉空，故在相鄰縱梁頂上采用墊設(shè)方木、鋪竹膠板（與縱梁固定）等防護(hù)措施，確保人身安全。

圖3 D型便梁加固既有鐵路線路

3 D型便梁安全監(jiān)測(cè)

3.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

振弦式傳感器相比傳統(tǒng)電阻式傳感器具有輸出距離長(zhǎng)、分辨率高、不受環(huán)境影響、不易損壞的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于橋梁監(jiān)測(cè)中。本文將采用振弦式傳感器對(duì)D型便梁進(jìn)行監(jiān)測(cè)。振弦式傳感器通過(guò)信號(hào)電纜接入多通道采集儀。多通道采集儀具有采集數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及上傳數(shù)據(jù)的功能。

3.2 布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)

通過(guò)對(duì)安康貨運(yùn)東站五場(chǎng)行車數(shù)據(jù)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)1～5 股道具有車流量大、各股道列車載重及編組不同等特點(diǎn)。故選取五場(chǎng)1～5 股道D24 便梁布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在D24 便梁縱梁1/4 跨、跨中、3/4 跨的上下翼緣平行于中性軸布設(shè)振弦式傳感器。便梁監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)如圖4所示。

圖4 便梁監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)

3.3 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

當(dāng)待測(cè)物體發(fā)生變化時(shí)，振弦式傳感器內(nèi)部振動(dòng)頻率發(fā)生變化，需要對(duì)變化的頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，轉(zhuǎn)化為工程中所需的應(yīng)變、應(yīng)力以及撓度。通過(guò)式（1）將內(nèi)部振動(dòng)頻率的變化量轉(zhuǎn)換為應(yīng)力、應(yīng)變。

式（1）中：E為彈性模量；ε為應(yīng)變；K為儀器標(biāo)定系數(shù)；Fi為實(shí)時(shí)測(cè)量頻率模數(shù)；F0為初始頻率模數(shù)。

根據(jù)便梁縱梁的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)應(yīng)變，可由式（2）計(jì)算得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的截面曲率。D 型便梁為簡(jiǎn)支梁，假設(shè)其曲率函數(shù)為二次多項(xiàng)式，由式（3）求得曲率函數(shù)后，最后由式（4）并確定邊界條件獲得撓曲線方程，即可求得D型便梁的撓度。

式（2）中：ε1,ε2為測(cè)量截面上下翼緣應(yīng)變；d為傳感器的距離。

式（4）中：C1,C2為積分常數(shù)，可根據(jù)邊界條件確定。

圖5為第1跨、第2跨便梁縱梁實(shí)測(cè)應(yīng)力圖。由圖5可知，縱梁最大應(yīng)力出現(xiàn)在第1 跨便梁跨中下翼緣處，應(yīng)力值為82.03MPa，小于Q345 鋼材的基本容許應(yīng)力（240MPa）。當(dāng)D 型便梁采用超低位安裝架空鐵路線路時(shí)，結(jié)構(gòu)安全性能滿足規(guī)范要求，且具有一定的安全富余量。

圖5 便梁縱梁應(yīng)力

4 結(jié)論

綜上，可得如下結(jié)論及建議：

（1）D 型便梁加固多股道鐵路施工技術(shù)確保了既有鐵路暢通的同時(shí)，隧道施工安全也得到了保障，而且施工效率也得到了顯著提高。

（2） D 型施工便梁加固既有鐵路線路的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等性能指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求，且有一定的安全富余量，保證了施工安全以及行車暢通。

（3）施工過(guò)程中牛腿及聯(lián)結(jié)板上全部螺栓應(yīng)同時(shí)上緊，彈簧墊圈置于螺母與平墊圈之間。使用過(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)檢查，上緊松動(dòng)的螺栓。同時(shí)橋上應(yīng)盡量避免鋼軌接頭，不能避免時(shí)，鋼軌接頭必須調(diào)整在橫梁上。

（4）便梁架空后必須加強(qiáng)線路日常檢查。實(shí)行一列一檢制度，每一次列車通過(guò)后都必須全面檢查線路及加固設(shè)施。