随着我国交通建设与施工技术的发展、既有铁路线行车速度的提升和大批既有铁路线改造以及城市市政排水系统与既有铁路的相互交叉影响, 必须采用立交桥涵的形式解决城市市政设施与铁路的交叉问题。为了不中断既有铁路的运营, 尽量减少对铁路的干扰和影响, 尤其是国内较为重要的铁路大动脉, 通常的办法是采用顶进桥涵下穿既有铁路的立体交叉方式。在下穿铁路顶进框架涵施工中, 对既有铁路线路进行加固防护处理是最为重要的内容之一, 直接涉及铁路运营安全, 施工中主要采用架设D型施工便梁、扣轨梁、纵横梁等方法对既有铁路轨道进行加固。本文结合具体的工程实例, 介绍了下穿铁路顶进框架桥涵的道岔区线路加固技术。

某城市市政排水框架涵下穿既有京广铁路, 该框架涵与京广铁路的交叉角度为90°, 交叉位置处的铁路线路具体为京广双线电气化铁路及其牵出线、危库专用线, 总计四股道。京广铁路在与框架涵的交叉区域处于直线段, 该段结构为路基形式, 铁路路基填土高度为3m。铁路的上行与下行线间距5.11m, 并且下行线在该区段内有1组单开道岔, 下行线牵出线的间距为5.23m, 南北走向。上行线下行线采用的钢轨型号为60kg/m轨, 线路为无缝结构, 轨枕采用钢筋混凝土枕。牵出线采用50kg/m型号钢轨, 线路为有缝结构, 采用木枕。线路纵坡为0.4‰的下坡。

排水涵穿越京广铁路处采用2孔3.0m跨的连体框架结构。框架结构内净高为6.1m, 结构外总高度为7.0m (包含顶板、底板) , 结构总宽 (包含侧墙) 7.4m, 总长为27.05m。框架涵结构如图1所示。

根据该项目的地质钻孔揭示, 地质状况自上而下分别为: (1) 杂填土厚约10.0m, 地基承载力为60k Pa; (2) 粉质黏土厚约0.9m, 地基承载力为100k Pa; (3) 淤泥质砂土厚约2.2m, 地基承载力为50k Pa; (4) 淤泥质粉质黏土地基承载力为55k Pa; (5) 中粗砂地基承载力为230k Pa; (6) 卵石地基承载力为350k Pa。底板下卧层为杂填土层。

施工位置在河流岸边, 存在地下水为人工填土的上层滞水和砂砾孔隙水, 滞水不连续, 受季节影响大气降水补给, 孔隙水的补给来源为地下径流。

为了不中断既有铁路运营并保证铁路运营安全, 按照国内目前通常使用的施工方法, 下穿既有铁路的框架涵普遍采用顶进法。该方法施工特点鲜明, 在保证铁路运营安全的前提下, 在铁路路基一侧预制框架涵或混凝土圆管涵, 然后采用油压千斤顶加压, 将框架桥顶到线路下方的路基内, 该施工方法具有不中断铁路运行、对运行线干扰小、施工方便快速、养护工作量小、投资少等优点。

该项目框架涵下穿京广铁路, 要切实保证铁路的运输运营安全, 施工必须精心组织、采用稳定可靠的技术作为支撑, 尤其是对于存在道岔区的线路加固方案, 其科学与否将直接影响京广铁路大动脉的安全稳定。

顶进涵的施工位置位于线路可动心轨道岔区, 必须确保线路加固措施稳定可靠。处于道岔区的钢轨受力状况比较特殊, 主要归纳为以下几点。

1) 铁路道岔的结构较为复杂, 其几何尺寸是不对称的, 列车通过道岔区的线路加固区段时, 将产生偏心力矩。

2) 铁路道岔平面和立面有不平顺构造, 列车在道岔的侧股通过时, 会产生横向摆力。

由此可见, 铁路线路的加固系统设施必须与铁路线路的设备结合为一个整体, 并且该整体必须做到稳固和可靠, 方可确保顶进框架涵施工时铁路线路及道岔设备的正常运行, 从而保证列车的平顺运行。目前下穿铁路框架涵施工时经常采用的加固线路方法有D型施工便梁、扣轨梁、纵横梁等。由于铁路道岔区的特殊性, 在道岔区实施顶进框架涵时的加固线路办法较少, 在选择加固方案时需要做到科学合理。

对于铁路道岔区进行加固的特殊性在于其加固设施受横向宽度的限制, 采用D型施工便梁加固铁路线路是比较成熟、稳定的方案, 但是D型施工便梁的两侧存在纵梁从而限制了横向宽度, 该方法无法满足道岔区的加固要求。综合考虑该下穿铁路框架涵特点、较差的地质状况、铁路线路情况, 并考虑到施工的安全与便捷, 尽量减少对既有铁路行车的干扰, 采用多种措施组合的方案。

1) 采用I63b作为纵梁, I45b作为横梁, 并采用高强螺栓及U型抱箍将横梁与纵梁连接牢固。

2) 设置“3-5-3扣轨梁”防护线路, 进一步保证线路稳定。

3) 采用直径150cm挖孔桩作为纵梁支点。

采用以上措施共同形成纵横梁的线路加固体系, 一次整体加固既有铁路线路 (包含道岔区) 。采用该方案对铁路线路加固后, 将列车荷载层次明了地向下传递, 经由钢轨传递至横纵梁最终传递给挖孔桩。

1) 该铁路线路加固体系的主跨长度为10.4m, 两侧副跨长度均为5.5m。线路加固横梁为I45b, 相对轨枕布置为隔一穿一, 平均间距为0.9m, 加固范围为全部铁路线路的横向宽度;采用扣板将横梁与钢轨扣接牢固, 严防线路出现侧向横移, 并设置橡胶块和木板进行绝缘隔离, 防止轨道电路短路而出现“红光带”, 影响铁路运营安全。线路加固如图2所示, 横梁与钢轨连接如图3所示。

2) 线路加固纵梁采用I63b, 采用4根结合为1束布置, 设置于横梁下;采用U型抱箍将横梁与纵梁连接牢固, 该措施的牢靠与否将直接影响到线路加固系统的受力稳定, 因此在顶进框架涵施工期间需要不断检查每根U型抱箍的使用状态, 若出现连接松动或者损坏, 必须尽快修理或替换, 以免影响整个线路加固系统设备的稳定;纵梁设置于每股线路的两侧, 纵梁的受力支点采用直径150cm人工挖孔桩, 在每股道的两侧、线路加固的主跨与副跨支点均须设置;为避免纵梁产生横向移动, 在挖孔桩顶的纵梁两侧均设置横向限位钢筒。线路加固横断面如图4所示。

3) 由于道岔区线路加固系统的横梁跨度较大, 因此在每股道均设置了扣轨措施, 以加强线路加固系统的整体稳定性。扣轨梁采用43kg/m钢轨, 其组装的方式为“3-5-3扣”。钢轨接头须错开1m以上, 扣轨梁与其下面的横梁用U型抱箍及角钢连接在一起, 用以增强其整体性。扣轨梁如图5所示。

该下穿铁路顶进框架涵根据铁路线路的特点、道岔区的实际状况, 创新性地采用了纵横梁、3-5-3扣轨梁、支撑桩等组成的线路加固系统。该项目的顺利实施, 用实际经验证明了该组合型线路加固体系是安全可靠的, 克服了道岔区无法使用D型施工便梁的局限性, 既有效地保证了铁路线路的刚度, 同时保持了道岔位置的牢靠, 防止出现几何尺寸变形和结构失稳等不利情况, 很好地解决了下穿既有铁路岔区顶进框架涵的线路加固难题, 有效保证了铁路运输运营安全, 极大减少了铁路的慢行时间, 取得了较好的经济效益。