在对郑州市金水路西延道路西发线铁路4号、10号箱桥施工中，针对箱桥特点，分别采用纵、横梁模型Ⅰ，Ⅱ的方案，使现浇箱桥在铁路线路硬架空的状态下进行。依托该工程对既有单股道铁路硬架空方案的设计与施工进行了系统总结^[1]。

郑州市金水路西延道路工程，道路呈东西走向，工程西起西站北街。路线依次下穿嵩山北路、B5线2号、陇下、京上货联线铁路3号后分为北半幅和南半幅，其中9处为下穿铁路。工程平面如图1所示。因场地受限原因，4号、6号、7-2号、西发线铁路10号段设计为单股道铁路硬架空现浇箱桥。现以西发线铁路4, 10号箱桥为例进行硬架空方案设计和施工研究。

利用架空单股道铁路的纵、横梁或D型便梁和支点桩硬架空加固现浇模型^[2]承担线上设备静荷载及列车动荷载，在挖去路基土方的架空段线路下现浇箱桥。

1) 线路硬架空加固现浇模型设计分3种类型，即:纵、横梁模型Ⅰ，Ⅱ和D24便梁模型^[3,4] (见图2) 。纵、横梁模型Ⅰ是由内外侧4道I100纵梁工字钢、横抬梁[3703]、钢枕和支点桩组成;纵、横梁模型Ⅱ是由纵梁I100、横抬梁[3703]和支点桩组成;D24便梁模型是由纵梁、钢枕和支点桩组成。列车动荷载、线上设备静荷载全部传递到支点桩上，除支点桩外，主要承担荷载的架空设备是支点桩纵梁 (外侧) 。

2) 横抬梁是2片[3703]高度为440mm槽钢背靠背用高强度螺栓连接而成。[3703]是自行设计并加工成槽钢的铁路加固专用杆件，长度分别为2, 4, 6, 12m。[3703]杆件可以拼装任意长横抬梁，且抗弯和抗挠性能较高，满足线路加固要求。纵梁I100工字钢高度1m，长度分为8m和16m，可以用定型连接钢板和高强螺栓拼装任意长纵梁。纵、横梁现浇模型力学参数如表1所示。

3) 单股道硬架空加固现浇模型适用条件如表2所示。

4号2-8m, 10号2-10m连续箱桥位于下发场-郑州西区间的西发线铁路，该段铁路为曲线电气化有缝铁路，曲线长659.67m，圆曲线半径300m, 60轨，钢筋混凝土枕，纵坡3‰，道砟厚度约0.3～0.5m，每日行车20列。4号箱桥道路中心与西发线夹角29.2°，交点铁路里程为K0+756.900m，结构按斜交61.6°设计，顺铁路桥长60.313m，箱顶横铁路长度为14.4m，其中现浇箱桥宽9.7m，箱桥西侧设置2m悬臂板，东侧设置2.7m悬臂板;10号北侧节箱桥道路中心与西发线夹角47.72°，交点铁路里程为K0+856.05m，结合道路平面线形设计为异形结构，顺铁路桥长34.341～40.96m，箱顶横铁路长度为18.92～27.35m。10号北侧节箱桥因道路走向影响设计为异形长大结构且南侧紧邻陇海上行线，只能考虑支点桩设计在箱桥内的纵、横梁模型Ⅱ;4号选择纵、横梁模型Ⅰ。

线路硬架空加固纵、横梁模型是由n个沿纵梁I100方向支点桩间距每隔8m为单元组成。因模型Ⅰ比模型Ⅱ多内侧I100和钢枕，且横抬梁[3703]跨度较大，故模型Ⅰ受力为最不利。模型Ⅰ横抬梁[3703]长12m，从既有铁路轨枕间穿过，间距60cm布设，横抬梁[3703]两端在外侧 (支点桩) 纵梁I100下用U形螺栓连接;沿外侧纵梁I100长109.5m方向每8m (最大值) 布设1根挖孔桩，挖孔桩桩径1.5m、桩长25m;钢枕长3.96m或4.46m，沿横抬梁上穿过钢轨且用扣件与钢轨连接，钢枕两端在内侧纵梁I100下用22高强螺栓连接。要求列车限速45km/h通过该硬架空段。地质资料如表3所示。

1) 支点桩单桩允许承载力[P]

式中:U为桩身截面周长;∑h_i为各土层厚度;f_i为桩周各土层的极限摩阻力;m₀为挖孔灌注桩桩底承载力折减系数;A为桩底支承面积;σ₀为地基的基本承载力;K₂, K₂'为深度修正系数;γ₂为基底以上土天然容重的加权平均值;d为桩径。

2) 支点桩单桩要求承载力P

架空区段的股道下路基土被挖掉处于悬空状态，支点桩单桩受力分析如图3所示。

作用在外侧纵梁I100均布荷载为:

式中:q₁为列车均布荷载;q₂为钢轨重;q₃为混凝土轨枕重;q₄为横抬梁[3703]重;q₅为钢枕重;q₆为内侧纵梁I100重;q₇为外侧纵梁I100自重;q₈为施工荷载。

由力矩平衡原理，荷载作用力:

支点桩单桩要求承载力:

支点桩承载力满足要求。

线路下路基土方全挖空后达到可以预制箱桥的工作面时，线路设备静荷载和列车活荷载均由纵、横梁构成的硬架空体系承担，与横抬梁[3703]连接的外侧 (支点桩) 纵梁I100受力为主，如图4所示^[7]。

最大弯矩:

式中:n为安全系数，取n=2;W为纵梁I100截面模量。

外侧纵梁I100强度符合要求。

式中:E为钢的弹性模量;I为I100的截面惯性矩。

外侧纵梁I100挠度符合要求。

硬架空体系下，单根横抬梁[3703]两端用φ22U形螺栓分别连接外侧 (支点桩) 纵梁I100，其U形螺栓连接力为R₁, R₂，承担轨道设备静荷载和列车活荷载。

由静力平衡原理:

式中:F为列车作用在2根钢轨上的荷载;q₁为钢轨重;q₂为混凝土轨枕重;q₃为钢枕重;q₄为横抬梁[3703]自重;q₅为施工荷载;q₆为内侧纵梁工钢I100重。

由力矩平衡原理:横抬梁最大弯矩为:

式中:n为安全系数，取n=2;W为横抬梁[3703]截面模量。

横抬梁强度满足要求。

集中荷截作用下 (把活荷载F和静荷载的合力看成集中荷载) :

式中:E为钢的弹性模量;I为横抬梁[3703]的截面惯性矩。

横抬梁挠度符合要求。

横抬梁[3703]两端在外侧 (支点桩) 纵梁I100下分别用2根φ22U形螺栓连接，U形螺栓连接反力R₁=R₂=62.8kN。

U形螺栓安全系数取为n=2, U形螺栓强度:

式中:n为安全系数，取n=2;P为φ22U形螺栓单股连接力;S为φ22螺栓横截面。

φ22U形螺栓强度满足要求。

4, 10号箱桥西发线铁路硬架空施工工艺流程如图5所示。

1) 线路检查、整修时，要对硬架空段无缝线路进行应力放散，防止架空加固段的线路胀轨跑道。夏季施工要对架空段股道设置洒水降温措施;冬季施工要有钢轨防断应急措施。

2) 线路两侧支点桩承台间用混凝土系梁连接，确保硬架空体系整体稳定性，增强外侧纵梁I100刚度和φ22U形螺栓连接性。

3) 在轨道外侧与纵梁间顺线路方向每隔2m设硬杂木支撑1道，确保线路横向方向稳定。

4) 钢枕和轨道用专用扣件连接固定，使线路、钢枕和内侧纵梁I100成一体，确保线路轨距、水平不变形。

5) 间隔用φ22U形螺栓将内侧纵梁I100、横抬梁[3703]及其上的钢枕捆绑在一起，防止内侧纵梁I100和钢枕架空体系横向滑动。

6) 根据地质情况，增加副跨，确保塌方时行车安全。副跨支点桩长一般小于主跨支点桩长。

在我国城镇化进程中，道路和城市既有铁路的交叉设计越来越多，除了采用上跨方案、线路软架空下穿顶进方案外，线路硬架空现浇方案也将会越来越多地采用，因既有单股道铁路硬架空方案有其独特的施工优势和适用条件。笔者针对单股道硬架空加固现浇模型适用条件，结合郑州市金水路西延道路工程西发线铁路4, 10号箱型立交桥，研究了既有单股道铁路硬架空方案纵、横梁模型Ⅰ和模型Ⅱ的的设计及其施工关键技术，保证了铁路线路的安全运营，取得了较好的效果。