大跨度铁路顶进桥线路加固施工技术

1、#桥 梁#收稿日期:2010-01-20大跨度铁路顶进桥线路加固施工技术周长清(中铁十九局集团第一工程有限公司 辽宁辽阳 111000摘 要 改建铁路胶黄线上框构桥, 净高7. 7m, 与铁路交角为28b 30c , 采用顶进法施工。针对跨度大、交角大的特点, 采用了工便梁加固既有铁路。介绍了工便梁加固线路的施工技术, 工便梁检算, 以及工便梁加固既有铁路在大跨度铁路框构桥顶进中的应用情况。关键词 框构桥 工便梁 顶进施工 线路加固中图分类号 U213. 15 文献标识码 B 文章编号 1009-4539(2010 增-0084-041 引言目前, 随着我国运输业的高速发展, 铁路运输速度不断

2、地提高, 铁路建设不断地加快, 既有铁路不断地改造, 铁路平交改立交或扩大孔径也全面进行, 就出现了大跨度或超大跨度铁路框构桥顶进。本文通过胶黄铁路K28+012处6-16-6m 框构桥顶进施工的工程实例, 介绍了工便梁法加固既有铁路线路施工技术。2 工程实例2. 1 工程概况本工程为青岛市黄岛区规划路下穿胶黄线立交桥工程, 位于胶黄铁路与青岛黄岛区规化道路相交、胶黄线K28+012. 35处, 桥中心既有线轨底标高为H =15. 7m , 增二线轨底标高为H =15. 71m, 轨底至桥顶距离0. 79m, 线间距4. 62m 。该桥设计为6+16+6(m 三孔整体地道桥, 与铁路法线斜交角

3、度为28b 30. , 框架外部尺寸宽15. 92m 、长35. 80m 、高7. 70m, 基底标高H =7. 21m , 采用C35砼预制框架, 一次从线路右侧顶进就位。2. 2 施工方法选择桥涵顶进的施工方法很多, 按加固线路方式主要有:扣轨梁法、横抬梁法、D 型军便梁法、I 型便梁法。(1 扣轨梁法:适用于小于4m 跨度的桥涵。(2 D 型军便梁法:适用于跨度小于20m 的桥涵, 加固线路安全可靠。(3 横抬梁法:虽然跨度的限制, 但随着跨度的增加, 安全和难度增大。(4 I 型便梁法(即连续I 便梁法:跨度不受限制, 施工难度小, 对行车都比较安全。针对本工程跨度大, 角度大, 安全

4、系数要求大等特点, 采用I 便梁加固线路施工方法。2. 3 线路加固总体方案线路加固在桥涵顶进作业中, 是保障行车安全的核心, 合理的加固方案是确保行车安全的重要保障。本桥加固方案为:采用三组纵(I100便梁 梁拼接、多组横梁结合(I 70便梁4组 、C20砼挖孔桩支墩支撑、两次加固的施工方案。见图1。2. 4 线路加固检算线路加固的各种梁要通过检算数据来说明其安全性, 以保证铁路线路安全, 才能保证列车的安全。把纵梁、横梁、钢枕的支承均考虑为简支, 列车荷载主要作用于纵梁、横梁上。2. 4. 1 纵梁(工便梁Ñ100型简支梁 检算工便梁的惯性矩:I m =735660c m 4;

5、活荷载:q =107kN /m;静荷载:结构自重、线路、设备q 1=20kN /m。根据线路加固平面布置, 支撑墩最大间距9. 1m , 因此, 纵梁最大受力长度按9. 1m 计算。此时梁的荷载L max =9. 1m, 则每片梁承受荷载为:活荷载 q =53. 5kN /m静荷载 q 1=10kN /m84铁道建筑技术 R AI L WAY CONS TRUC TI ON TECHN O L OGY 2010(增 图1 线路加固方案(单位:cm (1 应力计算跨中最大弯矩:M m ax =18ql 2=1853. 59. 12=553. 8(kN #m冲击系数按V =45k m /h计, 1

6、+L =1. 246。冲击荷载:M 2=V M max =1. 246553. 8=690(kN #m 自重荷载:M 1=8q 1l 2=8109. 12=103. 5(kN #m 则应力:R =M 1+M 2I 2=0. 00735662=53931kPa=53. 93MPa(2 挠度计算f =5ql 4384E I =553. 59. 143842. 1100. 0073566=3. 09mm <f (f=1400L =14009100=22. 75mm (3 剪应力计算支座剪力:N =2ql =253. 59. 1=243. 43kN面积矩:s =123605002-12(360-

7、20 (500-36 2=0. 839968107(mm3则剪应力:q m ax =243. 431030. 8388681070. 7356101020=5. 56MPa <q(q=100MPa (4 换算应力检算检算截面取腹板与上下翼缘交接处。正应力:R =12(690+103. 0. 00735660. 928=50048Pa85铁道建筑技术 RA I L W AY C ONS TR UCT I ON TEC HNO L OGY 2010(增剪应力:q max =243. 431030. 7619761070. 7356101020=12. 6MPa<q(q=100MPa R

8、 +3l =50. 05+312. 6=92. 22<1. 1170=187MPa工便梁实际情况按连续梁工作, 故梁的强度、刚度、稳定性、安全性更大。2. 4. 2 横抬梁检算根据线路加固平面布置, 支撑墩最大间距9. 1m, 因此, 纵梁最大受力长度按9. 1m 计算。列车活荷载 P =ql =1079. 1=973. 7kN 线路静荷载 P 1=q 1l =209. 1=182k N如图1所示, 在支撑墩上采用二组I 70型梁或二组3根I 63横梁I 70型梁I m =225400c m 4; 3根I 63工字钢I m =318546c m 4; 因3根I 63工字钢强度大于I 70

9、型梁, 故只检算I 70型梁。(1 I 70型梁检算当第一排桩未被破坏时, 纵梁受力后最终传给第一排A 支撑桩, 故横梁不须检算。当第一排桩被破坏时, 这时横梁受力情况如图2所示。 图2 I 70横梁受力分析(单位:m 活荷载:F =P 2=1079. 12kN =486. 45kN 静荷载:F =P 12=209. 12kN =91kNM m ax =F ab L =2. 44. 2486. 856. 6=743. 55(kN #m ¹强度计算冲击荷载:冲击系数V =1. 246, M max =926. 5kN #m静荷载:M c m ax =L =6. 6=138. 98(kN

10、 #m 应力:R =1I 2=0. 0022542=165447Pa =165. 45MPa <R (R =170MPa 可见强度满足要求。º挠度计算f =348E I =3482. 1100. 002254=4. 07mm <f(f=L 400=6600400=16. 5mm 可见挠度满足要求。(2 当第二排B 桩被破坏时,这时横梁一侧搭在框架上, 另一侧在C 桩上, 此时横梁受力情况如图3所示。图3 横梁侧在框架上时受力分析(单位:m 活荷载:F =P /2=486. 85kN静荷载:F c =P 1/2=91kN M max =L =6. 9=762(kN #m &

11、#185;强度计算冲击荷载:M =1. 246 M m ax =949. 45(kN #m静荷载:M c m ax =F c a b L =2. 44. 5916. 9=142. 43(kN #m 应力:86铁道建筑技术 R AI L WAY CONS TRUC TI ON TECHN O L OGY 2010(增R =I 2=0. 0022542=169546Pa =169. 54MPa <R (R =170MPa 可见强度满足要求。º挠度计算f =348E I =3482. 1100. 002254=4. 85mm <f(f=L 400=6900400=17. 25m

12、m 可见挠度满足要求。2. 4. 3 H20钢枕检算现行机车最大轴重P =220kN , 列车限速45km /h,机车轮轴间距1. 5m, 钢枕间距568mm, 每根钢枕折算受力2201. 50. 568=83kN , 钢枕自重0. 68kN /m。钢枕按简支梁计算, 钢枕采用H 20, I m =6016c m 4。其受力分析见图4 。图4 钢枕受力分析M =F a =41. 51. 43=59. 35(kN /m冲击系数:1+V L =1+40+360. 7560=1. 207冲击荷载:M max =1. 20759. 53=71. 64(kN /m 自重荷载:M 1=ql 28=0. 6

13、84. 3628=1. 62(kN /m应力:R =M +M 11h 2=71. 64+1. 620. 000060160. 22=121775kPa=121. 8MPa<170MPa , 满足要求。挠度:f =24E I(3l 2-4a 2=41. 51. 43242. 1100. 00006016(34. 362-41. 432=9. 56(mm <l 400l400=10. 9mm满足要求。实际工作中钢枕两端由高强螺栓将其固定在纵梁上, 按固定梁工作, 则强度、刚度、稳定性等更大。2. 5 施工要点2. 5. 1 便梁支墩加固线路前, 申请要点:(1 慢行申请行车速度按45k

14、m /h; (2 跨线移梁申请天窗封闭施工。挖孔采用圆形砼预制管护壁, 开挖一节护一节, 挖至距桩底0. 5m 处, 挖放大脚0. 3m 。支墩采用C20砼灌筑, 要求震捣密实, 不允许出现断桩现象, 标高准确, 上表面平整。支墩深度至少低于顶进箱体底2. 5m 以上。2. 5. 2 便梁安装纵梁采用I 100型工便梁, 每组为16+16+16=48(m, 用纵向联接板联接起来组成48m 长便梁, 接头联接板采用等强度联结, 由上下夹板两组和一组腹板组成; 便梁架设用50t 吊车吊装, 利用行车间隙(通过驻站联络员确定 架设便梁, 每吊装一片, 必须使其与2片钢枕连接, 保证其稳定性, 确保行

15、车安全。2. 5. 3 横抬梁安装横抬梁采用长15m Ñ70工便梁, 横梁与便梁之间采用U 型扣件联接, 所有横梁一端架设在挖孔桩上, 一端搁置于框构顶端, 当框架每顶进1m 时, 利用列车运行间隙, 将横梁向前移动, 移动一根加固好再移动下一根, 同时将线路加固好, 如此反复抽移, 直到箱身就位。顶进施工时, 考虑横抬梁与箱顶摩擦力的作用, 为避免纵梁横向变形, 在箱顶接触面放置钢板, 横梁与钢板间放置小滑车, 钢板与小滑车上涂黄油, 顶进时小滑车随箱涵移动滚动, 以减少摩擦力, 保证纵梁及线路方向, 确保行车安全。2. 5. 4 钢枕安装在横梁之间, 采用H 20钢枕, L =4

16、. 4m, 按砼枕间距, 每空穿一根钢枕, 穿钢枕时要按工务规则隔六穿一的原则, 开挖一空穿一根, 穿一根加固一根, 与钢轨接触面垫好绝缘板, 如此反复逐次施工, 严格控制水平和方向, 确保行车安全, 其两端与纵梁(下转第154页87铁道建筑技术 RA I L W AY C ONS TR UCT I ON TEC HNO L OGY 2010(增长施工的工艺特点:(1 工程施工涉及铁路、道路行车行人安全, 市政管线设备安全, 施工前要做好各种安全防护工程, 具体就是桥面道碴防护、路基挖孔桩防护、开挖探坑。(2 围绕不中断行车的要求, 施工中采取了分幅开挖路面、搭设通行便桥、搭设门式脚手架、大量

17、组织夜间施工等手段, 达到了保证道路畅通的目标。(3 本工程的每一步作业计划性都很强, 工期环环相扣, 施工组织特别是夜间施工受时间限制, 更要在施工之前作好人员、机械、材料充分的准备。(4 在施工过程中进行大量的交通疏导工作。通过本工程的实践, 达到了各相关单位对施工的各项要求, 并圆满完成了框构桥接长。该工艺在西黄增建第二线的其他框构桥接长施工中得到了很好的应用, 如南四环框构桥接长、丰台南路框构桥接长等工程, 各项施工技术和施工组织日趋成熟, 为具有类似施工条件的工程提供了一种较为成熟可靠的施工经验。参考文献1 TB 10203-2002 铁路桥涵施工规范S2 TB 10401. 1-2

18、003(TB 10401. 2-2003 铁路工程施工安全技术规程S3 DB J 01-84-2004 北京市道路工程施工安全技术规范S4 DB J 01-85-2004 北京市桥涵工程施工安全技术规范S5 周水兴, 何兆益, 邹益松. 路桥施工计算手册M.北京:人民交通出版社, 2001(上接第87页联结, 联结方法采用U 型抱箍与高强螺栓拧紧。2. 5. 5 线路控制轨距控制:因砼枕按原位不动, 不抽换, 其轨距靠砼枕来控制, 确保轨距符合要求。线路的横向控制:利用钢支撑一端顶紧纵梁上, 一端顶住轨枕。平均每4m 一组, 左右对称布置, 共12组。纵梁横向控制:在纵梁中部按8m 间距设置4个10t 导链, 一端固定在纵梁, 另一端固定在箱顶上(浇筑箱顶时预埋地锚, 箱身顶进时, 导链同时拉紧, 以观察纵梁线路不变形为宜。通过上述措施, 纵梁、横梁、线路形成一个整体结构, 能确保线路不变形。2. 6 线路加固安全保证措施搞好安全教育, 强化全员安全意识, 牢固树立安全第一的思想。加强施工过程安全管理, 教育作业人员注意本岗位技术要求和操作规