下穿铁路大跨度框架桥采用D型便梁进行线路加固的技术

1、下穿铁路大跨度框架桥采用 D 型便梁进行线路 加固的技术1 工程简介本立交桥为取消来宾市南一路与湘桂铁路相交处原有道口， 而新建的下穿铁路立交桥。立交桥为 1-16.5m 钢筋砼单孔框架， 沿铁路方向 长 19.35m ，横桥向宽度为 20.4m , 全桥框架建筑顶面 积为 377.4? 。立交桥采用道路下穿式， 共穿越湘桂铁路下行线、 上行线和来宾站牵 出线等三股道，框架上覆土厚约2.5m ;立交桥中心线与铁路中心线交叉角为 72° 5 42 ，立交中心铁路里程为湘 桂线 K603+503.33 。湘桂双线及来宾站牵出线均为砼枕， 60kg/m 钢轨，无缝线路，位于直 线上。2 施

2、工的难点分析及总体施工方案的选定 设计采用覆土顶进法施工， 工 字钢梁及吊轨加固线路。 但经对现场条件进行了仔细调查， 并结合工程地质 勘察资料。发现如果采用设计的施工方法，存在如下风险。地质勘察资料及该段路基竣工资料显示框架底部存在深约 3m 承载力极 低的软弱土层，因以往路基填筑对基底要求较低， 没进行软基处理。 如果框 架采用覆土顶进法施工， 容易产生栽头 现象，导致纠正困难、工期延误、施 工成本大幅上升的情况。覆土顶进需较大顶力，要求有更大、更稳固后背墙，因地势及地质原因， 修建满足要求的后背墙， 不仅难度大， 且成本较高。覆土顶进的顶力容易使线路产生横移现象； 另外土层较为松散，在列

3、车 荷载的扰动下， 顶进开挖面易出现滑动面， 引起塌方。 线路横移及路基塌方 均严重危及铁路行车安全， 且施工期跨越春 运，一旦发生安全事故，将产生 巨大的社会影响及经济损失。而采用架空线路明挖法则能够避免上述风险。 经对覆土顶进 法与架空线 路明挖法的优、 缺点进行分析、 比较，从技术、 工期、 效益、安全等方面 进行研究及评估，结果表明架空线路，进行明 挖施工是最佳方案。3 线路加固方案的设计研究框架沿铁路方向长 19.35m ，考虑施工工作面，线路加固主 跨跨度需超 过 22m 经结构受力验算，在现有条件下采用工字钢 梁及吊轨进行加固无法达 到 22m 的架空跨度，如增设中间支墩， 则影

4、响框架施工。 因此需考虑其它 线路加固方法， 经项目部及专 家对各种可能的施工方案进行对比及优化， 决定采用 D24 型施工 便梁作为线路加固的主跨。 其技术成熟， 技术参数适合本项目的 施工要求， 且在以往使用过程中积累了宝贵施工经验， 这一切能 够确保顺利完成本项目 施工。具体施工方案如下：框架顺线路方向长 19.35m ，主跨采用 D24 施工便梁进行架 空，因线路 位于直线上，线间距为 4.6m ，加固线路为 3 股，便 梁选用适合本项目的丁式 布置形式。两侧副跨采用纵挑横抬法， 加固长度为 10m 副跨每侧纵梁采用 4 片 I56c 工字钢，横抬梁 采用单片 I36c 工字钢，按 0

5、.6m/ 根的间距布置。施工便梁采用? 1.5m 的 C30 砼挖孔桩作支墩，长度 20.6m ，伸入框架底部土层 9m 副跨 采用 ? 1.25m 挖孔桩作支墩，长度 15m线路加固见图 1、2、3 所示。图 1 线路加固立面图图 2 线路加固主跨横断面图图 3 线路加固副跨横断面图4 施工技术及关键措施4.1 D24 施工便梁架设 加固前要点对无缝线路进行应力放散，在慢行 w 45km/h 条 件下进行项目的施工。逐一要点封锁牵出线、湘桂线上行线、湘 桂线下行线路 安装施工便梁和工字钢纵横梁。施工便梁采用轨汽运输到位，因吊机作业平台离路线路较 远，且便梁长度达 24.5m ，采用 2 台

6、100t 伸臂汽吊进行配合安 装。便梁使用前进行技术检查， 主要检查钢梁各部位的焊缝及相 邻的母材， 观察其焊缝处有无细微裂纹或流锈现象及其它质量问 题，无病害方可上道使用。纵梁就位：用汽吊把纵梁吊装至计划位置， 先就位一侧纵梁， 在支墩上 搭设枕木垛，将另一侧纵梁垫高，纵梁底高过枕木面 20cm 左右，为抽换枕木 留出空间，纵梁支垫稳固后安装联结板 和下牛腿。在支墩孔桩顶部预埋 4 根? 28 圆钢，待纵梁安装就 位后及时与纵梁连接限制纵梁的纵向移动。抽换枕木： 换枕前清平道碴至轨枕底， 根据横梁安装位置进 行轨枕间 距调整， 随后用横梁依工务规则“六抽一”的规定进行 枕木替换。由纵梁两 端

7、向中间逐一进行，每抽出一根枕木，立即 穿装一条横梁，穿装的横梁对准主 梁联结板，定位后安装扣件。 在钢轨下垫大块绝缘胶垫，防止短路，影响信号和行车抽换完横梁后， 将垫高的纵梁降下至安装位置， 并联结横梁。 组装过 程中联结板和牛腿上的 ? 23 孔眼上满螺栓，不得漏装弹 簧垫圈。调整便梁水平、 纵横向位置， 垫实支座。 全面检查线路方向、 水平、 轨距、各类螺栓和扣件，分段清出道碴，安装斜杆和其它 连接构件。4.2 附跨线路加固施工附跨每侧纵梁采用 4 片 I56c 工字钢，采用 40t 汽吊吊装， 纵梁每隔 2m 设置一道 U 型螺栓及扣板联结，以形成整体，同样 也在近挖孔桩支墩上预 埋 ?

8、 28 圆钢限位。吊轨为 P50 旧轨，按 3-3-3-3 方式组合。 线路加固前利用列 车间隙按 “隔六抽一”规定将砼枕换成木枕， 在轨底放置绝缘橡 胶垫板，防止短路， 影响信号和行车。抽换后立即回补道碴并捣 固密实。 随后将扣好的吊轨梁吊 放至轨道上的设计位置， 在吊轨 两侧的枕木上打设道钉，防止吊轨侵限。横抬梁采用单根 136c 工字钢，设置间距为 60cm 横抬梁与 轨道之间放 置绝缘胶垫，以保持绝缘，避免出现“红光带”。用U 型螺栓及扣板将横抬梁与吊轨及工字钢纵梁联结牢固。在线路 外侧的横抬梁 间安置方木支撑以保持横抬梁间距。线路加固地段每间隔一根枕木设置一根绝缘轨距杆以保持 轨距。

9、4.3 道岔处线路加固 由于立交桥开挖范围涉及湘桂线上行线 8# 道岔和 牵出线10# 道岔，施工时不能挪动既有线轨枕，道岔轨枕超长，且道岔 的动态尺寸要严格控制在 +/ - 1mm 为了保证道岔正常使用， 须对道岔进行加强加固处理。道岔横抬梁采用单根 I36c 工字钢， 间距按道岔的 轨枕间距进行布置， 每孔布设 1 根，并利用特制的 钢板 U 型扣加木板垫将每 一根岔枕两端牢牢扣结到相应横抬梁 上。部分挖孔桩支墩根据加固的需要进行适当扩孔。4.4 安全控制措施 配备专职人员专门负责线路加固的养护， 每趟车过后 都要检查一次，检查线路几何状态是否良好， 水平、方向都要符合规范。 如螺栓、 扣

10、 件有松动时即时拧紧， 绝缘胶垫随时都要保持准确位 置，以防连电影响行车 安全。4.5 线路恢复 待框架顶进到设计强度后， 回填道碴，逐一要点封锁线路， 先拆除工字钢横抬梁， 再拆除工字钢纵抬梁， 后拆除 D24 施工便 梁，最后 整修线路，恢复原速。5 线路加固受力验算 对线路加固的关键及薄弱结构进行承载验算， 以确 保铁路行 车及施工安全。 经分析线路加固方案， 主要对主跨支墩承载力及 稳 定性、副跨纵梁及横抬梁承载力进行验算。5.1 荷载取值1）列车竖向活载列车竖向静活载按中活载计算， 并换算成均布荷载， 按铁 路桥涵 设计基本规范查表得跨度L=10m时，q活=159.8kN/m ;L=

11、24m 时，q 活=123.7kN/m 。由“列车竖向活载 =列车竖向静活载 x（ 1 +卩）”计算出 10m 跨的列车竖向活载：159.8 X 1+28/ (40+10 ) =249.3KN/m同理算得 24m 跨的列车竖向活载为： 177.8KN/m2)恒载D24 便梁自重： P=48.9 X 9.8=479.22KN股道重量计算得 6.7KN/m 副跨线路加固自重计算得 15.3KN/m5.2 主跨处挖孔桩支墩验算 支墩 C30 砼材料特性：惯性矩匸 n D4/64=3.14 X 1.54/64=0.248m4 ; 弹性模量 E=3X 101 0Pa 。 fc=14.3N/mm2 。每个

12、支墩的支座反力：R=10 X( 249.3+6.7+15.3 ) +24X( 177.8+6.7 ) +479.22/2/2=1905.1KN强度验算 桩顶压应力 (T 为：( T =P/A=1905.1 X 103/(3.14 X 0.752)=1.08 X 106Pa v 14.3 X 106Pa 稳定性验算用欧拉公式计算临界力：Pcr= n 2EI/(卩 L)2=3.142 X 3X 1010 X 0.248/(2X 10)2=183.4 X106N计算临界应力：(T cr=Pcr/A=183.4 X 106/(3.14 X 0.752)=103.8 X 106PaKw 安全系数取 10

13、, 贝 U：(T =1.08 X 106Pa v (T cr/10=10.38 X 106Pa 。地基容许承载力验算 : 由铁路桥涵地基和基础设计规范 得摩擦桩 容许承载力计 算式为：将本项目的实际参数代入式中得：P=0.5 X 3.14 X 1.5 X( 18 X 2.9+120 X6.1 ) +1X 3.14 X 0.752 X 1320=4178KN桩承受的荷载及自重=1905.1+20.6 X 25X 3.14 X 0.752=2814.7KN v P=4178KN5.3 副跨横抬梁 I36c 工字钢检算I36c 工字钢材料特性： W=962cm ，3 E=210GPa ， I=173

14、00cm4 ， 6 =170MPa, 容许最大挠度 fmaxv L/200 。横梁间距为 60cm 当列车机车轮轴运行至副跨时， 横抬梁 承受最大荷载， 此时按机车特种荷载单个轴重 250KN 由 3 根横抬 梁来承载。单根横抬梁承受的荷载： P=250 X 1+28/(40+10)/3+ ( 16.7+5.3 ) X 0.6=143.2KN 。横抬梁验算图式见图4 。图 4 横抬梁验算图1 ) 强度验算Mmax=71.6 X 1.5m=1.074 X 105N?m( T max=Mmax/W=1.07 X 105/(962 X 10 -6)=111.6MPa v (T =170MPa2)挠度

15、验算f=Pa/ ( 6EIL ) X( 3aL2-4a2L+a3-a2L ) =1.7mm v f=L/200=22.5mm5.4 副跨工字钢 I56c 纵梁检算I56c 工字钢材料特性：(T =180MPa, W=2550cm3E=210GPaI=71400cm4 。将纵梁所承受的荷载简化成均布线性荷载。 则单根工字钢纵 梁承受的荷载：q=159.8 X 1+28/(40+10)+16.7+5.3/8=33.9kN/m 。1 ) 强度检算Mmax=ql2/8=33.9 X 102/8=423.8kN?m(T =Mmax/W=336. X103/ (2550 X 10 -6 ) =166.2MPa <(T =170MPa2) 挠度检算f=5ql4/384EI= (5X 33.9