改造铁路营业线梁桥顶进双层框架设计
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摘要：道路、管道等与铁路营业线交叉多采用顶进框架桥涵的形式，本文介绍了结合南水北调供水配套输水管道穿越京广铁路工程对京广线既有老旧梁（板）桥进行改造的工程实例，既满足了穿越要求，又对铁路老旧设备进行了改造。
中图分类号： F530 文献标识码： A
1工程概况
河南省南水北调供水配套工程从南水北调中线总干渠分水口门向沿线地市水厂输水。根据管道设计单位选线设计，受输水管道走向及现场多种因素的制约，新乡市32号口门输水管道拟在晋新高速公路跨京广铁路特大桥附近与京广铁路交叉，具体交叉点位置可进行微调。交叉点附近京广线K590+295处有1-4.5m工字梁桥，K590+338处有1-4m矩形涵。其中京广线K590+295处既有工字梁桥，修建于1957年，因修建年代久远，部分混凝土剥落，挡碴槽缺失，工务维修困难，对行车也造成隐患。既有工字梁见图1。
图1 既有梁现场照片
2设计方案
考虑若新增护管涵，局部区域桥涵距离太近，不便于后期工务养护维修，且既有工字梁桥修建年代较久远，梁桥运营状况较差，设计选择在修建护管涵的同时对既有梁桥进行改造。
输水管道管顶埋深3.2m，既有梁桥通行净高3m，结合既有梁桥改造，并能满足对输水管道穿越铁路防护的要求，选用了双层框架箱涵结构，上层满足行人及农用机械的通行要求，下层对输水管道进行了防护。上层框架两端边墙做成适应路基边坡的楔形，以满足挡土要求。箱涵的纵向布置如图2所示。
图2 箱涵纵向布置
既有工字梁桥距离晋新高速特大桥桥墩较近，为减少对公路梁桥桥墩及基础的影响，护管涵不与既有工字梁桥对照设置，中线向大里程（南侧）偏移了8m。
4结构计算分析
4.1结构规模及尺寸拟定
护管涵的长度参考《铁路给水排水设计规范》TB 10010-2008的规定，下层框架净宽净高满足管道安装及维护的要求，上层框架净高不小于既有的3m净高。框架截面尺寸的选取满足强度、刚度、稳定性及施工的要求，经试算最终确定截面尺寸。
4.2有限元计算
4.2.1计算模型
采用midas civil对结构进行计算分析，纵向截取单位宽度（1m）建立有限元模型。结构的计算跨度及计算高度均取相应的边墙及顶、中、底板间的轴线距离。结构模型如图3。
图3 有限元模型
4.2.2边界条件
结构按弹性地基上的框架计算内力，在框架底部及左侧设置弹性地基（由于输水管荷载加在左侧，列车产生的水平荷载也向左作用，故右侧不会受压，也无需模拟弹性支撑）。根据框架所处各土层的弹性地基系数及各单元的作用面积计算土体纵向及横向刚度。
4.2.3荷载
作用在结构上的荷载包括：
（1）恒载（结构自重、管道及管座自重、线路设备重、土压力等）；
（2）铁路列车荷载（竖向静活载、列车活载所产生的土压力、冲击力及制动力）；
（3）汽车活载（按“公路-Ⅱ级”考虑，作用于中板上）。
4.2.4分析结果及配筋
经过对各种工况下内力结果的对比分析，控制弯矩及剪力计算结果如图。
图4 M图
图5 Q图
根据有限元计算结果，对截面进行承载力检算，截面尺寸满足要求。采用容许应力法进行主体结构的截面计算及配筋。
5施工方案
在铁路营业线下进行顶进施工，由于不能影响到铁路运输的安全，因此施工方案尤其重要。本工程需要拆除既有梁桥，对铁路的干扰更大，更加需要重视施工方案。
5.1线路架空
线路采用纵向架空，挖孔桩及混凝土支墩作为架空硬支点。每股道两侧各设置1片Ⅰ100工字钢作为架空纵梁，横抬梁采用Ⅰ100工字钢配套钢枕（间距50cm）。
5.2既有工字梁桥处理
为确保铁路运输安全，线路架空后将工字梁拆除，框架涵顶进时拆除受影响侧（大里程侧）的桥台，既有工字梁桥下空间用浆砌片石进行填筑（预留1.5m灌注混凝土后填筑道砟）。
6结语
本工程采用双层框构，既满足了管道穿越铁路防护的要求，对既有铁路设备进行了改造，同时还保持了既有梁桥的功能，取得了很好的效果。
参考文献：
[1] 中华人民共和国铁道部. TB 10002.1-2005《铁路桥涵设计基本规范》[S].北京：中国铁道出版社，2005.
[2] 中华人民共和国铁道部. TB 10002.3-2005《铁路钢筋混凝土和预应力混凝土设计规范》[S].北京：中国铁道出版社，2005.
[3] 铁道部专业设计院标准设计管理处.《框架式地道桥》[M].北京：人民铁道出版社，1979.
[4] 天津市市政工程局.《城市地道设计与施工》[M].北京：中国建筑工业出版社，1976.
作者简介：
史修朋（1980～ ），男，工程师，从事桥梁工程设计，2004年毕业于西南交通大学，工学学士。