摘要：D型便梁加固既有线顶进桥涵施工技术已得到了广泛应用。本文结合总长73m的兰渝铁路合川车站进站地道顶进施工实践，对D型便梁加固线路的顶进施工工艺和技术特点进行了研究，实践表明采用D型便桥可以确保施工过程中列车和人的安全。
关键词：D型便桥；地道；顶进；加固线路
中图分类号：U448.17
1 工程概况
新建兰渝铁路合川车站进站地道设计为单孔结构，线下洞身结构高3.8m、宽8.5m，全长71.3m。地道截面如图1所示。该进站地道需穿越4条既有铁路线、4条新建铁路线及初期两个站台、远期一个预留站台。遂渝线合川站内既有股道线间距5、VII股道为5.32m，VII、IX股道为5.01m，IX、11股道为5.02m，5~11股道均处在直线段上。进站地道顶板距离既有线路基高度不足1m，顶进时轨道必然脱空，而合川站日发旅客列车多，因此在地道顶进过程中必须采取有效措施保证线路正常运营、确保既有线行车绝对安全以及人员安全。
图1 进站口地道横断面布置图（cm）
2 顶进加固方案比选
为确保既有线行车及施工安全，在顶进施工前必须先对既有线铁路进行架空加固处理。线路加固的措施一般有以下几种。
2.1 单一扣轨纵向加固法
顶进桥（涵）外部尺寸小3m，线路位于直线上，可以采取线上吊轨或线下扣轨的方式 进行加固。扣轨采用43kg/m或50kg/m旧钢轨，组合方式为3-3-3-3（既每组3根4组）、3-5-3或3-7-3。扣轨分开铺设在既有线钢轨内外侧，钢束长度必须伸出顶进涵两侧不少于5m，轨束与枕木交叉点全部用U型螺栓连接。
2.2 型钢纵横梁加固方法
当顶进涵孔径较大，箱顶无覆盖土时，可用扣轨横梁或扣轨纵横梁加固。采用I45工字钢作为纵横梁，形成格子梁体系，将既有线轨道与加固的横梁连接以增强其稳定性。顺桥向铺设4组工字钢纵梁，每组均为双工字钢；在其下横桥向设置工字钢，间距0.50m；纵横梁之间采用U型连接器联接。本方案以架空横梁受力为主，纵向工字钢梁为辅，如果孔径更大可以增设纵向扣轨，如图2所示。
图2 型钢纵梁加固示意图
2.3 D型便梁加固
较大孔径的顶进涵可采用低高D型便梁进行线路加固。D型施工便梁适用于既有线路或站场的桥涵施工时，加固线路，使线路轨道结构保持正常几何形位，确保铁路正常运营而架设的临时桥梁结构。D型便梁运输和拆装方便，因此在既有线施工中被广泛采用。D型便梁可用于单线、双线，也可用于直线、曲线，行车限速60km/h。D型跨度有12m、16m、20m、24m四咱，用户可根据实际情况直接采用。
图3 D型便梁
2.4 D型便梁设置方案
合川车站进站地道外部宽度达到9.9m，且穿越的既有线股道多，因此选择D24型便梁对线路进行加固。D24型便梁两端设置在人工挖孔桩之上，共计14根，采用圆形截面。承受单线荷载的桩桩长7.0m，承受双线荷载的桩桩长13.0m。其中7、9股道两线间挖孔桩采用共用支墩，挖孔桩顶部设计2×2×1.5m承台，其余5、11、13股道挖孔桩不设承台，D24便梁直接安放在挖孔桩上。详见图4、5所示。
图4 D型钢便梁布置示意图
图5 D24便梁挖孔桩立面布置示意图（单位：cm）
3 总体施工方案
总体施工方案：在成都铁路局审批完成的封锁点内进行人工挖孔桩的施工（同时在线路安全距离以外进行工作坑开挖，旋喷桩地基处理，后背墙及滑板预制，箱体预制（20.5米））；在挖孔桩施工完成后进行线路便梁架设（便梁提前用火车运送至渭坨铺架基地存放），在成都铁路局批准的封锁点内，采用轨道吊将D24便梁运送至合川站内进行5、VII、IX、11、13股道的便梁架设；在线路加固完成后进行箱体顶进施工，顶进就位后进行箱体回填线路恢复，继续利用5、11、13股道的便梁加固开挖1、2站台（同时做好旅客临时通道的施工）现浇1、2站台旅客通道（同步施工线路以外的旅客通道），在主体通道施工完成后进行两侧人行道踏步施工，最后进行便梁拆除，线路恢复。
本工程主要施工为三电迁改、人工挖孔桩施工、便梁线路加固、既有线下箱体预制及顶进、现浇段通道施工等工程。其中既有站台的拆除需提前做好旅客临时通道施工，在保证合川站正常接送旅客条件下，进行既有站台的拆除。
具体施工程序：
5~13道便梁支墩挖孔桩施工→5~13道便梁架设（应力放散）→旅客临时通道施工（既有站台拆除）→工作坑开挖及后背墙施工→旋喷桩地基处理→第一节箱体预制（20米）→第一节箱体顶进（20米）→基坑回填→2#站台旅客临时通道施工→既有站台拆除→第二阶段基坑开挖，边挖边施作防护→旋喷桩地基处理→现浇箱体施工（17米）→剩余阶段箱体施工（34米）→基坑回填→道床恢复→应力回收→线路恢复→附属施工。
4 便梁基础安全性分析
4.1 计算荷载
根据《D型施工便梁使用说明书》D24型施工便梁一孔重量表可知，D24便梁自重 g1＝48903.5kg，钢轨采用的是60钢轨g2＝60kg/m，轨枕采用预应力混凝土轨枕，其自重g3＝263kg，重型钢轨每公里布置1667根。既有线采用中—活载如图6所示。
图6中—活载图式
4.2 便梁反力计算
根据4.1节计算可知道，D型便梁上共有n＝24×1667/1000≈40根混凝土轨枕，G轨枕＝40×263×10-2＝105.2kN，D型便梁重量G便梁＝g1×10-2＝48903.5×10-2＝489.035 kN，由于两根钢轨加载在便梁上的重量G钢轨＝2×g2×L×10-2＝2×60×24×10-2≈28.8kN。以上三项荷载直接作用在D24便梁支座上，为平均分配，每个支座处支反力为
F1=（G轨枕+G便梁+G钢轨）/4=（105.2+489.035+28.8）/4=155.8 kN
简支梁支反力影响线如图7所示，因此中—活载按单孔重载布置时其支反力最大，因此由中—活载产生的最大支反力为
F2=（92×（16.5/24×16.5/2）+5×220×21/24）/2=1484.3/2=742.2 kN
按《工务技术手册.桥涵》计算列车冲击系数（按限速45km/h计算）
1+vμ=1+0.75（V限/v）×28/（40+L纵）
=1+0.75×（45/60）×28/（40+24）
=1.25
因此每个支座处最大支反力为
F=F1+F2=155.8+1.25×742.2=1083.6 kN
此即为每条线路作用于每根桩顶的轴向力，而对于中间的挖孔桩有两条线路，则桩顶最大轴向力为
F=F1+F2=155.8×2+1.25×0.9×742.2×2=1981.6 kN（注：双线考虑0.9的折减系数）。
图7 加载图式
4.3 便梁基础的计算
根据桥梁设计图地质钻孔显示，线路以下20m范围内均为人工填土，其容许承载力为150kPa，人工填土桩周极限摩擦力取为45kPa（按《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002.5-2005）中密砂土取值）。根据《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002.5-2005）6.2.2-2计算桩基承载力。
（1）单线7.0m桩长，桩径1.5m
桩尖处地基土的容许承载力按下式计算
则其单桩容许承载力为
式中，挖孔桩m0取为1.0。按《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002.5-2005）6.2.6条规定：摩擦桩桩顶承受的轴向压力加上桩身自重与桩身入土部分所占同积土重之差，不得大于6.2.2条按土阻力计算的单桩受压容许承载力。因此有
故满足规范要求
（2）双线12.0m桩长，桩径1.5m
桩尖处地基土的容许承载力按下式计算
则其单桩容许承载力为
按《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002.5-2005）6.2.6条规定：摩擦桩桩顶承受的轴向压力加上桩身自重与桩身入土部分所占同积土重之差，不得大于6.2.2条按土阻力计算的单桩受压容许承载力。因此有
故满足规范要求
5 顶进施工
5.1 顶力计算
按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》第8.2.2条计算最大顶力：
式中：K=1.2
N1 —桥涵顶上荷重，由于桥顶至轨底高度，忽略不计
—桥涵顶面与顶上荷载的摩擦系数
N2—桥涵自重，为10816kN
—桥涵底板与基底土的摩阻系数，取
E—桥涵两侧土压力（直接开挖，不计）
—侧面摩阻系数 取0.8
R—钢刃角正面阻力（直接开挖，不计）
A—钢刃角正面积
由于两侧开挖，所以仅考虑箱涵底部的摩阻力
将以上各值代入桥规，整理后得：
1-8.5m框架：P=KN2F2=1.2*10816*0.8=10383KN
5.2 顶进作业
顶进挖土采用人工配合机械开挖的方式。对开挖后的路基边坡采用挂网喷射混凝土进行防护。
顶进挖土采用长臂挖掘机并带有炮头破除较硬的泥岩，汽车运输，严格限制每作业循环进尺，每次以1.0m左右为宜，挖一个顶程的土方，立即顶进箱身，使箱身紧靠开挖面，开挖面坡度不陡于1：0.75，不得超挖。
箱体顶进过程中千斤顶加压应均匀，出现偏差及时调整。顶进中施工人员每顶一个顶程测量一次高程及方向，发现问题及时研究，制定措施加以纠正，如遇到“昂头”“扎头”现象，应及时处理，确保顶进质量。顶进过程中，要随时观察后背受力情况，发现问题，及时向工地负责人汇报。
为确保顶进顺利进行，并保证行车安全，施工期间两端派防护人员，防护人员若在线路上发现危及行车安全的故障时，立即果断处理。指派有经验的线路检查人员随时认真检查路基和线路变化，如轨距、水平、方向、高低等，一旦发现问题，立即调整处理。
当列车通过时，必须停止顶进，施工人员撤离工作面。顶进现场要备有一定量的道碴、枕木、草袋、木材、钢轨等以应急抢修时用。
6 结语
通过对既有线顶进施工过程中线路加固方法的探讨，结合合川车站进站地道顶进的特点，确定采用D24型便梁对既有线路进行加固。合川进站地道总长71.3m，分三段预制、顶进，在顶进过程中，每条线路均正常运行（限速45km/h），未发生阻碍行车的事故，成功地解决了顶进施工的难题。
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论文作者:苏科
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/3
标签：线路论文; 桥涵论文; 合川论文; 股道论文; 钢轨论文; 箱体论文; 地道论文; 《基层建设》2019年第10期论文;