鐵路D型便梁錯位布置的架空體系分析

陸敬松 (安徽鐵建工程有限公司，安徽 蚌埠 233040)

0 前言

隨著城市的發(fā)展，已出現(xiàn)較多的鐵路與地鐵隧道相互交叉[1～4]的情況，地鐵隧道在鐵路下方穿過，按平面位置關(guān)系分為傾斜相交與垂直相交兩種。后續(xù)隨著城市的進(jìn)一步擴(kuò)張與空間的局限，不排除在地鐵隧道與普速鐵路交叉口之間新建(改建、擴(kuò)建)城市道路，并以下穿框架橋型式通過。即新建框架橋位于普速鐵路下方、既有地鐵隧道上方。下穿框架橋與普速鐵路之間按平面位置關(guān)系分為傾斜相交與垂直相交兩種。三者交叉時各工程之間存在復(fù)雜的相互作用，安全風(fēng)險較大。

三者交叉時，一方面需對上部普通鐵路進(jìn)行加固，確保鐵路運營不中斷；另一方面要對下方既有地鐵隧道進(jìn)行保護(hù)，符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范。此時，對既有鐵路加固的架空體系布置尤為重要，其樁基礎(chǔ)的方位應(yīng)符合《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》(CJJ/T202-2013)[5]的要求，即外部工程樁與地鐵隧道外邊緣之間的水平凈距不小于3.0m。

當(dāng)既有地鐵隧道與既有普速鐵路傾斜相交、新建框架橋與普速鐵路垂直相交時，位于地鐵左線、右線隧道之間架空體系的樁基礎(chǔ)連線與鐵路運行方向呈傾斜狀，而兩側(cè)的樁基礎(chǔ)連線與鐵路運行方向呈垂直相交。導(dǎo)致后續(xù)各片D 型便梁的跨度不同、撓度不同，使鐵軌容易形成三角坑[6～9]，影響鐵路的安全運行。如何降低該情況下的鐵軌三角坑變形幅度，降低鐵路運行風(fēng)險，是值得探討的技術(shù)問題。

1 錯位布置的架空體系

某市地鐵隧道與普速鐵路呈約30°傾斜相交，地鐵左線與右線之間中心距14.2m，后續(xù)新建的城市下穿框架橋與普速鐵路呈垂直相交，如圖1 所示?，F(xiàn)探討該情況下鐵路架空體系的設(shè)置方法。

圖1 地鐵隧道、鐵路與新建框架橋位置關(guān)系俯視圖

針對該工程特征，提出一種降低鐵路軌道三角坑變形幅度的架空體系，由人工挖孔樁、系梁、D 型便梁與鋼桁架組成。人工挖孔樁與地鐵隧道邊緣的水平凈距不小于3.0m，位于雙線隧道之間的人工挖孔樁連線與鐵路運行方向傾斜相交，位于地鐵隧道外側(cè)的人工挖孔樁連線與鐵路運行方向垂直相交。系梁位于同一排人工挖孔樁的上方，且雙線隧道之間的系梁上設(shè)置與鐵路運行方向垂直的預(yù)留孔；D 型便梁兩端搭在相鄰的系梁上；鋼桁架設(shè)置在鐵路線兩側(cè)的最大跨度D 型便梁的外側(cè)，鋼管穿越系梁的預(yù)留孔后兩端通過連接件與兩側(cè)的鋼桁架固定相連；鋼管從底部托住不同跨度的D 型便梁，從而形成降低鐵路軌道三角坑變形幅度的結(jié)構(gòu)體系。所提架空體系如圖2～圖5所示。

圖2 架空體系俯視圖

圖3 架空體系三維方位圖1

圖4 架空體系三維方位圖2

圖5 架空體系上部結(jié)構(gòu)詳圖

人工挖孔樁與系梁均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。根據(jù)規(guī)范要求[5]，外部工程樁與地鐵隧道外邊緣之間的水平凈距不小于3.0m，如此造成中間一排樁與兩側(cè)樁不平行的狀況，導(dǎo)致后續(xù)同一股軌道線路兩側(cè)的D 型便梁的跨度不同、撓度不同，容易形成三角坑。

為了便于后續(xù)橫抬梁的施工，同一股軌道線路兩側(cè)的D 型便梁規(guī)格型號相同。鋼管從底部托住D 型便梁，鋼管與D 型便梁之間可插入墊板使相互緊密接觸。雙線隧道之間系梁上的預(yù)留孔孔徑略大于鋼管的外徑，便于鋼管穿入預(yù)留孔中。鋼管穿入預(yù)留孔后其走向與鐵路運行方向垂直。

鋼桁架設(shè)置在鐵路線兩側(cè)的最大跨度D 型便梁的外側(cè)，如圖2 所示。鋼管從底部托住不同跨度的D 型便梁，給D型便梁增加了受力支點，從而形成降低鐵路軌道三角坑變形幅度的結(jié)構(gòu)體系。鋼管的受力傳遞給鋼桁架，鋼桁架兩端傳遞給系梁，系梁再傳遞給樁基礎(chǔ)。受力路徑明確，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。

所提架空體系的優(yōu)點：由于空間的局限性導(dǎo)致同一股鐵軌線路兩側(cè)的D 型便梁跨度不同、撓度不同，容易形成三角坑，影響行車安全。采用鋼管從底部托住D 型便梁的方式(鋼管兩端連接在鋼桁架上)，大大降低了不同跨度D 型便梁的差異沉降，從而達(dá)到降低鐵路軌道三角坑變形幅度的目的，提高鐵路架空體系的安全性與可靠性。

2 架空體系施工方法

所提降低鐵路軌道三角坑變形幅度的架空體系的施工步驟如下。

①采用獨立支墩架設(shè)便梁的方式，對既有鐵路進(jìn)行加固。加固后對擬建樁基礎(chǔ)上方的土體進(jìn)行一定深度的開挖，形成土體開挖部分。在土體開挖部分內(nèi)進(jìn)行人工挖孔、設(shè)置鋼筋籠、澆筑混凝土，形成人工挖孔樁，如圖6 所示。工程樁與地鐵隧道外邊緣之間的水平凈距不小于3.0m。

圖6 樁基施工完畢俯視圖

②在同一排人工挖孔樁的上方施作系梁，系梁終凝后用素混凝土把土體開挖部分填充密實，其中雙線隧道之間的系梁上設(shè)置與鐵路運行方向垂直的預(yù)留孔，如圖7、圖8所示。

圖7 系梁施工完畢俯視圖

圖8 系梁施工完畢三維示意圖

③便梁轉(zhuǎn)換，在兩側(cè)系梁架設(shè)D 型便梁對鐵軌進(jìn)行加固。同一股軌道線路兩側(cè)的D 型便梁規(guī)格型號相同，如圖9所示。

圖9 D型便梁加固示意圖

④鋼管穿越系梁的預(yù)留孔，鋼管穿入預(yù)留孔后其走向與鐵路運行方向垂直，如圖10所示。

圖10 穿入鋼管示意圖

⑤提前制作鋼桁架，鋼桁架設(shè)置在鐵路線兩側(cè)的最大跨度D 型便梁的外側(cè)，鋼管穿越系梁的預(yù)留孔后兩端通過連接件與兩側(cè)的鋼桁架固定相連；鋼管從底部托住不同跨度的D 型便梁，從而形成降低鐵路軌道三角坑變形幅度的結(jié)構(gòu)體系，如圖11所示。

圖11 架設(shè)鋼桁架示意圖

⑥后續(xù)再制作、頂進(jìn)新建框架橋，使新建框架橋位于普速鐵路下方、既有地鐵隧道上方，新建框架橋與既有普速鐵路垂直相交，如圖12所示。

圖12 后續(xù)框架橋頂進(jìn)就位示意圖

3 架空體系的尺寸設(shè)計

某地鐵隧道與普速鐵路呈約30°傾斜相交，地鐵左線與右線之間中心距14.2m，后續(xù)新建的城市下穿框架橋與普速鐵路呈垂直相交，現(xiàn)探討其架空體系的具體尺寸。

隧道外徑按6.20m 考慮，左線與右線之間中心距14.2m，則兩隧道之間的凈距為8.0m。人工挖孔樁直徑1.50m，樁長17.5m。中間人工挖孔樁距離兩側(cè)隧道水平凈距為3.25m，滿足規(guī)范要求，如圖13 所示。工程施工中應(yīng)采取有效措施降低人工挖孔樁對鄰近隧道的影響。

圖13 架空體系的布置圖

系梁尺寸為2.5 m(高)×2.0m(寬) ×14.0 m(長)。D 型便梁型號均為D24，同一股鐵軌兩側(cè)D 型便梁的錯位搭接長度約3.5m，即同一股鐵軌兩側(cè)的D 型便梁跨度差為3.5m，由此容易產(chǎn)生三角坑。

采用外徑27.3cm的鋼管進(jìn)行加固，鋼管兩端牢固連接在鋼桁架上。由于鋼桁架自身的撓度變形較明顯，故鋼桁架兩端可設(shè)置液壓設(shè)備，隨時根據(jù)變形情況進(jìn)行高程調(diào)整。當(dāng)鋼桁架豎向變形較大導(dǎo)致鋼管與D 型便梁底部不接觸時，可通過液壓設(shè)備動態(tài)抬高鋼桁架兩端支點，使鋼管繼續(xù)托住D 型便梁，從而達(dá)到減小三角坑變形幅度的目的。

4 結(jié)語

提出了一種降低鐵路軌道三角坑變形幅度的架空體系，包括人工挖孔樁、系梁、D 型便梁與鋼桁架；人工挖孔樁與地鐵隧道邊緣的水平凈距不小于3.0m，位于雙線隧道之間的人工挖孔樁連線與鐵路運行方向傾斜相交，位于地鐵隧道外側(cè)的人工挖孔樁連線與鐵路運行方向垂直相交；系梁位于同一排人工挖孔樁的上方，且雙線隧道之間的系梁上設(shè)置與鐵路運行方向垂直的預(yù)留孔；鋼桁架設(shè)置在鐵路線兩側(cè)的最大跨度D 型便梁的外側(cè)，鋼管穿越系梁的預(yù)留孔后兩端通過連接件與兩側(cè)的鋼桁架固定相連。采用鋼管從底部托住D 型便梁的方式，降低了不同跨度D 型便梁的差異沉降，減小了鐵路軌道三角坑變形幅度，提高了鐵路架空體系的安全性與可靠性。