1、隧道下穿既有线采用 D 型施工便梁进行线路加固施工技术摘要：本文介绍了下穿既有铁路的隧道由暗挖改明挖方案的选定，及采用 D 型施工便梁进行线路加固的施工方法，并对线路加固的承载关键结构进行了受力检算，确保了行车及施工的安全。为今后类似工程施工提供借鉴作用。 关键词：既有线线路加固 D 型施工便梁受力检算施工技术 中图分类号：TU74 文献标识码： A 文章编号： 1 工程概况 中缅石油 QAL072QAL073 管道穿越广大铁路隧道工程位于楚雄州南华县，与铁路相交里程为 K76+650，交角为 90。隧道穿越路基长度为40m，隧道孔径 5m。 广大铁路为单股道，砼枕，50kg/m 钢轨，有缝线
2、路。单线非电气化铁路，位于 R=400m 的圆曲线上。此段铁路为高路基段，路基高 4.5m。 场区内主要地层岩性从上至下为第四系粉质黏土、细砂、卵石及白垩系砂岩。 2 总体施工方案比选 原设计采取暗挖法施工隧道，施工前项目部对隧道暗挖方案进行了评估，认为暗挖法施工存在两大风险： 1）工期风险：暗挖法施工总工期需要 77 天，且施工期间正值春运，需停工 40 天，则相当于总工期为 117 天，大大超过业主 105 天的工期要求。 2）塌方风险：隧道开挖断面跨度为 5.8m，但埋深仅 6.36m，为浅埋隧道，上部土体不能形成自然平衡拱。且场区内主要地层岩性差，上部为松散土层，下部为节理发育，围岩破
3、碎强风化砂岩层，暗挖时支护困难，在施工的扰动下，极易出现塌方，危及铁路行车安全。 现对隧道暗挖和明挖的经济性及工期进行了比较，见表 1 和表 2： 表 1 两种方案费用比较表 表 2 两种方案工期比较表 由表 1 和表 2 可以看出明挖法的施工成本不仅比暗挖法施工成本低52.5 万元且工期节省 17 天，能够满足工期要求。经综合分析可见明挖法施工为最佳方案。 3 线路加固方案 采取明挖法施工时，基坑两侧坡面按 1：0.75 放坡，则需要架空的线路长度为 22m。如果按常规使用工字钢作纵梁的线路加固方法，难以承受如此大跨度的列车荷载。经过几次分析计算，最终线路加固主跨采用D 型施工便梁，副跨采用
4、工字钢作纵梁，具体设计参数如下： 根据跨度，选择 D24 型低高度施工便梁做主跨纵梁，因线路位于R=400m 的圆曲线上，进一步选择曲线、单线、丁式、最低位型号的施工便梁。副跨采用 I56a 工字钢作纵梁，三根一组，单层布设，每 1m 设一根 25mmU 形螺栓将纵梁拼装成束。 横抬梁为单根长 6m 的 I45a 工字钢，横抬梁间距为 1m。用 25mmU形螺栓将纵梁与横梁联接为整体，横梁与纵梁间隙以杂木板垫实。在与轨底接触的横抬梁面设置绝缘胶垫，使横抬梁与线路轨道保持绝缘，以防止出现“红光带” 。吊轨采用 P43 轨 3-3-3-3 组合，1-2 扣加固。吊轨梁与横抬梁、木枕采用 22mmU
5、 型螺栓连接成整体。线路每隔 1 根枕木安装一根绝缘轨距杆，以保持轨距。纵横梁联接完毕后对道床进行回填道碴至满槽。 主跨采用 1.5m 人工挖孔桩作支墩，孔桩桩长 12m，桩底嵌入岩石内。副跨外侧支墩采用 1m（高）1.5m（宽）1.5m（长）的 C25 砼方墩作为支点。 施工期间，列车按限速为 45km/h 行驶，慢行点内按规定设置各种作业牌。并派专人 24 小时进行防护，每经过一趟列车均要进行线路的方向及轨距、水平的检查。 线路加固结构见图 1、2 所示。 图 1 线路加固立面及平面布置示意图 图 2 线路加固横断面图 4 线路加固承载结构受力检算 4.1 检算荷载取值 列车竖向静活荷采用
6、铁路标准荷载，即“中-活载” 。标准活载的计算图式见图 1。荷载冲击系数取 1+。 图 3 中活载图 4.2 D24 型施工便梁强度检算 D 型施工便梁为铁道部认可的，长期使用的制式施工便梁，在规定的使用条件下，完全能够满足承载要求，故本文不再对其进行承载力的检算。 4.3 横抬梁 I45a 工字钢检算 I45a 工字钢力学参数：W=1430cm3，重量=80.42kg/m，E=210GPa，I=32240cm4，=170MPa，容许最大挠度fmaxL/400。横抬梁跨度为 4.46m。 当列车机车轮轴运行至副跨时，横抬梁承受最大荷载，为最不利情况，此时按列机车单个轴重 220KN 对由 2
7、根横抬梁来承载，考虑列车的冲击力(列车限速 45km/h)时，活载冲击系数：1+=1+28/(40+10)0.7545/60=1.32。 则单根横抬梁承受的荷载 P=2201.32/2=145.2KN。横抬梁检算图如图 4 所示。 图 4 横抬梁荷载图 1）强度验算 Mmax=72.61.5125m=1.1105 N?m max=Mmax/W=1.1105/(143010-6)=76.9MPa=170MPa 2）挠度验算 f=Pa/（6EIL）（3aL2-4a2L+a3-a2L） =6.3mmf=L/400=11.2mm 工字钢横抬梁强度、挠度检算通过，可安全使用。 4.4 工字钢 I56a
8、纵梁检算 I56a 工字钢力学参数：=170MPa，W=2340cm3，重量=106.316kg/m，E=210GPa，I=65600cm4。 因副跨纵梁两侧支墩尺寸较大，纵梁实际跨度不足 9m，检算按跨度为 9m 进行，此时中一活荷在跨中处的换算均布活载为 146.7kN/m。将纵梁所承受的其它荷载简化成均布线性荷载，经计算得 16.7KN/m。则单根工字钢纵梁承受的荷载 q=(146.7+16.7)1.32/6=36.0kN/m。受力如图 5所示。 图 5 纵抬梁荷载图 1）强度检算 Mmax=ql2/8=3692/8=364.5kN?m =Mmax/W=364.5103/（234010-
9、6）=155.8MPa=170MPa 2）挠度检算 f=5ql4/384EI=（53610394）/（3842101096560010-8） =22.3mmf=L/400=22.5mm 纵梁强度、挠度检算通过，可安全使用。 4.5 钻孔桩受力验算 当列车行驶至图 6 所示的位置时，2 号挖孔桩支墩承受最大荷载。 图 6 挖孔桩支墩受力图 经计算列车荷载（包括冲击荷载） 、主跨荷载、副跨荷载分别作用于2 号两个挖孔桩支墩的作用力为 2110.8kN、275.08kN、83.5kN。则单个挖孔桩承受的轴向荷载为： P=（2110.8+275.08+83.5）/2=1234.7kN 支墩挖孔桩嵌入岩
10、石层内，其容许承载力按下式进行计算： P=R（C1A+C2Uh） 式中P桩的容许承载力（kN） ；R岩石试块的单轴抗压极限强度，25300kPa；A桩底支撑面积，1.77m2；U嵌入岩石层内的桩周长，4.71m；h自新鲜岩石面算起的嵌入深度，1.54m；C1、C2 系数，根据岩石层破碎程度和清底情况取值，分别取值为 0.3、0.03。 则有： P=25300（0.31.77+0.034.711.54）=18939.6kNP=1234.7kN 计算结果表明挖孔桩容许承载力满足要求。 5 线路加固施工技术 5.1 挖孔桩支墩施工 开挖前将桩孔位置前后 5m 范围的砼枕抽换成木枕，采用 P43 轨进
11、行3-5-5-3 扣轨临时线路加固防护处理。并在孔位开挖范围外靠近线路侧及铁路行车限界外插打 50 钢管桩，间距 30cm，设置钢板围挡，防止开挖引起道砟的滑塌。 在桩顶预埋根 L1008 角钢作为主、副跨纵梁的限位器，埋深30cm，露出砼面 20cm,预埋角钢离开纵梁边缘 10cm，纵梁就位后用杂木板塞紧 5.2 施工便梁架设 便梁架设前申请线路封锁要点，对支点进行打磨平整、复核标高，特别需要注意复核外轨超高值，外轨超高采用调节支墩高度来设置。 1）横梁就位 横梁采用 16t 吊机配合从路基坡底吊送至路肩，人工穿入的方式进行。 事先将线路上轨枕位置用油漆打点标记，以便抽换后恢复。 先将枕木间
12、距进行适当调整。按“隔六抽一” 的要求进行抽除枕木，穿入横梁，?用定位角钢 S7 定位横梁，垫好橡胶垫，上好钢轨扣件，换入横梁后及时对道床进行捣固。 2）纵梁就位 将横梁两端头及以外的道碴清除，在道床边坡掏出纵梁槽，掏槽尺寸满足纵梁安放并留有一定余量，便于落位与调整，道床边坡用袋装道碴堆码牢固，保证轨枕头道碴饱满。把纵梁从南华车站运至桥位利用轨道吊吊装就位。并安装连接板及牛腿，此时钢轨扣件可以临时松开。待纵梁与横梁连接完毕后再固定钢轨扣件。 3）其他配件的安装 横梁全部与纵梁联接后，掏空横梁间及底部的道碴和土方，安装斜拉杆及其他配件。 5.3 副跨施工 便梁纵梁吊装完成后即进行副跨的施工。 1
13、）吊轨施工 股道采用 P43 轨 3-3-3-3 组合 1-2 扣扣轨。封锁要点利用汽吊将吊轨吊装至设计位置，并与枕木和钢横梁用 22mmU 形螺栓及扣板连在一起形成整体。吊轨梁顶面不得高出基本轨顶面。 2）架设工字钢纵梁 采用 I56a 工字钢作为纵梁，3 根一束。安装施工前以 25U 形螺栓将纵梁拼装成束，置于路基两侧。在道床边掏出纵梁槽，掏槽尺寸满足纵梁安放并留有一定余量，便于落位与调整，道床边坡用袋装道碴堆码牢固，保证轨枕头道碴饱满。沟槽开挖完成后，采用汽吊人工配合将纵梁安放到固定位置。 3）铺设横抬梁 采用 I45a 工字钢作横抬梁每 1m 设置一根。在轨枕间距内扒出部分道碴并穿入横
14、梁，每穿完一根横梁及时补碴捣固。并用 25mmU 形螺栓将纵梁与横梁联接为整体，横梁与纵梁间隙以杂木板垫实。纵横梁联接完毕后对道床进行回填道碴至满槽。 5.4 线路恢复 得到调度封锁命令后，防护员立即插移动停车信号牌，开始封锁作业。 人工拆除 D24 便梁联结件，采用轨道吊吊出两片纵梁。补道床两侧道碴，采用手持捣固机捣固线路。然后采用隔六抽一方法隔孔拆除横梁。在主跨便梁拆除后进行副跨的拆除。人工拆除工字钢纵横梁联结件，采用卷扬机人工配合抽出工字钢横梁。 进行主、跨横梁拆除时，同时方正轨枕捣固线路，拆一孔捣一孔。 线路加固拆除完毕并检查线路方向和水平均等符合规范后,方可撤销慢行点，恢复线路。 6 结束语 本项目中隧道暗挖改明挖并采用 D24 型施工便梁进行大跨度线路架空，不仅按期完成施工，确保了铁路运输安全，且经济技术指标比较突出,可以在以后相类似工程项目中推广使用 参 考 文 献 1 桂业琨、邱式中?桥梁施工专项技术手册M?北京：人民交通出版社，2005，01。 2周水兴?路桥施工计算手册M?北京：人民交通出版社，2001，05。
