组合工便梁施工技术
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【摘要】：结合工程实例，对工程特点和施工难点进行了分析和研究，经过受力分析和理论计算，制定和运用了框架桥顶进施工工便纵梁、横抬梁与钢枕组合线路加固技术，解决了对于长大跨度框架桥顶进施工时，D便梁不能满足使用和吊轨加纵、横抬梁线路加固方式的刚度、强度较薄弱的问题，同时该工法加固线路线路几何尺寸能够保证在常速标准，线路稳定，纵横梁刚度大，安全可靠，行车平稳。
【关键词】：铁路；框架桥 ； 线路加固 ； 工便梁 ； 顶进
[Abstract]: combining with the engineering example, analysis and Study on the engineering characteristics and construction difficulties, through the force analysis and theoretical calculation, the formulation and use of the frame bridge jacking construction is longitudinal, transverse to lift beams and steel pillow combined line reinforcement technology, solves for the long span frame bridge jacking construction, D beam can not meet the use and hanging rail longitudinal, transverse and lifting beam line reinforcement stiffness, strength is weak, at the same time, the method of reinforcing line geometry can guarantee the stability of lines in the normal speed, standard, and beam stiffness, safe and reliable, stable running.
[keyword]: railway frame bridge; reinforcement; line; beam jacking engineering;
中图分类号： TU74 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
目前，下穿铁路框架桥顶进施工，对于跨度大于24m且线路复杂条件下，D便梁加固方法不能满足架空线路跨度的要求，而吊轨加纵、横抬梁加固技术存在强度、刚度和整体性较薄弱的问题。故有必要研究一种线路加固方法，满足大跨度架空线路施工要求，确保铁路运输畅通和行车安全。下面结合工程实例，介绍长大跨度铁路框架桥顶进施工线路加固技术。
工程概况
新建南环线NHDK1333+848.00，孔跨样式为2-16m合体钢筋砼箱形桥，正桥宽10.5m，桥长35.6m，桥高8.55m,与铁路正交设置。
工程特点和施工难点
框架桥正交宽度35.6m，纵向架空线路跨度较大。
线路加固难度大，架空线路跨度较大，目前国内采用的D便梁最大架空线路为24m，不能满足该桥使用要求。
线路加固方案
线路加固以挖孔桩支点的形式承载线路和传递荷载，设置横向11排纵向4排共计36根挖孔桩，其中在框架范围内的20根挖孔桩，在顶进期间分三次拆除，每次拆除5根，剩余的5根在框架就位后拆除。在框架范围内和临近框架的挖孔桩长度为12m，比框架底深3.45m。在D排桩顶设置了冠状挡块，以抵消顶进框架的推力。
线路架空为72m连续梁，在线路外侧采用I115型工便梁纵梁，在两线间安放H500特制钢梁，每节12m，每组6节等强联结。制式枕梁每砼枕空穿一根，将线路荷载传递到纵梁，枕梁两端分别与左右两片纵梁下翼板用高强度螺栓联结，轨道与枕梁用钢轨扣件绝缘连接，以控制线路方向、轨距和防止影响轨道电路。由于既有砼枕不拆除，也保证轨距符合要求。
横抬梁组在框架范围内的5排挖孔桩支点上设置，每组2根H70型钢梁，其中一根长12m，另一根是2根12m等强接长为24m。24m的横抬梁一端搭在有冠状顶的挖孔桩上，另一端延伸至框架方向，等框架向前推进时，首先搭在框架顶上；12m的横抬梁一端先搭在C排桩顶上，在拆除B排桩前，再穿抽至有冠状顶的挖孔桩上，另一端延伸至框架方向，等框架临近A排桩时，在梁下设置滑车支点。每2组横抬梁组之间增设一根H70型钢横抬梁，H70横抬梁的两端分别固定在I115纵梁下，以减小线间纵梁的挠度。
控制线路方向的辅助设施：在框架后端对应横抬梁组的方向预埋Φ20的锚环，然后用5t导链分别拉住锚环和横抬梁，随顶框架，导链跟着拉紧，框架停止导链停拉，保持控制状态。
加固线路施工步骤：支点桩放线挖孔桩施工搭设连续梁枕木支点穿设枕梁架设纵梁及连接板安装纵梁与枕梁联结安装钢轨扣件穿入横抬梁组线路加固完毕。
本工法的工作程序：线路架空后，在工便梁和挖孔桩支点的控制下，线路已经脱离道床和路基，这时进行路基边坡修整，将框架向前推进至横抬梁组的端部，在框架上横抬梁下搭设支点；然后继续挖土顶进。当框架前端抵达第一排支点桩边时，所有横抬梁都搭在框架上，在横抬梁下设置滑车或滚杆和支点，然后将支点桩卸载，拆除挖孔桩，接着继续挖土顶进，以后重复前面的过程，直至框架就位。
1）支承桩
为保证线路加固体系安全可靠，确保线路、路基及行车安全，在框架桥顶入、出端和线路间设置混凝土支承桩，采用人工挖孔施工，桩径为1.2m。
支承桩：桩长12m的26根，桩长6.5m的4根，桩长2m的6根。框架桥范围内的5、6、7、8、9排桩内的20根支承桩在顶进过程中分次逐根拆除。
2）、工便纵梁安装
线路外侧纵梁采用I115型架空梁，梁高1150mm，梁宽280mm，用纵向联接板将6孔12m的工便梁联接起来组成72m长便梁。接头联接板采用等强度联结，由上下夹板两组和一组腹板组成。
线间采用H50特制钢梁，梁宽300mm，梁高500mm，用纵向联接板将6片12米钢梁联接起来组成72m长纵梁。接头联接板采用等强度联结，由上下夹板两组和一组腹板组成。
3）横抬梁安装
在箱形桥范围内、加固系统和支撑桩间的横抬梁采用每组两根H70型钢，共5组15根按图示布置。其中一根为2×12m＝24m长、另一根为1×12m长，梁高700mm，梁宽300mm，横抬梁与柱顶间垫硬木方，以便在拆除挖孔桩时方便卸载线路。横梁及吊梁与便梁之间采用U型扣件联接，所有横抬梁一端架设在挖孔桩上，一端搁置于框架顶端。顶进施工时，考虑横抬梁与桥顶摩擦力的作用，为避开纵梁横向变形，防止线路横移，在桥顶接触面放置2cm厚钢板和小滑车，以减少磨擦力，保证纵梁及线路方向，确保行车安全。在非挖孔桩处的横梁采用H40型钢横梁，梁长12m。共27根，横抬梁与纵梁采用Φ22U型螺栓联结。
4）枕梁安装
在纵梁之间，采用H20钢枕连接，L=4.94m，按砼枕间距，每空砼枕穿一根钢枕，穿钢枕时要按工务“隔六穿一”的原则，开挖一空穿一根，穿一根加固一根，与钢轨接触面垫好绝缘板，如此反复逐次施工，严格控制水平和方向，确保行车安全，其两端与纵梁联结，联结方法采用高强螺栓与纵梁联结拧紧。两股道的枕梁要错开设置。
5)吊轨梁安装
由轨束、木岔枕、连接件等组成，轨束采用P43轨3－5－3组合；木岔枕采用普通岔枕160×240×3500mm，每孔穿入既有混凝土枕间，木岔枕与基本轨间设绝缘胶垫（10mm厚）和垫板（10mm厚）；轨束与其下的木岔枕采用φ22mm－U形螺栓等连接件联结在一起。
3、顶进施工
1）顶进步骤
检查箱形桥强度、外观安装泵站、千斤顶及顶铁试顶顶进恢复线路。
2）施工准备
顶进前应根据具体情况制定详细的施工方案，以保证顶进期间的铁路运营安全、施工安全、人身安全、顶进进度和质量控制。
施工现场成立顶进领导小组，下设：顶进作业组、出土破桩组、防护与联络组、技术组。
①顶进作业组：在现场领导小组的指挥下进行开镐顶进与中间停镐和继续顶进的工作，顶进作业组与挖出土组配合负责桥体的顶进方向和高程控制与顶梁顶柱的更换，负责千斤顶油泵的使用与维护。
②出土破桩组：在技术部门的具体指导下进行出土掌子面刷坡，支撑桩的破除，负责出土机械的使用，针对纵梁施工与技术组密切配合。
③防护与联络组：顶进期间，施工现场设一部与车站运转值班室联系的直通电话，车站设驻站员掌握列车的运行情况，并及时通知施工现场。防护与联络组负责整个现场的线路防护和车站之间的联系，负责测速工作并保持所有防护设施处于完好状态，所有防护人员必须持证上岗。
④技术组：对顶进中的各项工作负技术责任，派专人负责掌子面及底板刃角的清土，随时掌握顶进中的高程及中线偏差，并根据偏差情况制定相应的出土及顶进措施。线路加固设专人检查，从技术角度提出维护意见。
⑤ 施工人员配备：出土破桩每班 30人，顶进20人，测量4人。
3）安装泵站、千斤顶及顶铁
①检查泵站、千斤顶，连接泵站与千斤顶；
②调试泵站、千斤顶，检查千斤顶的同步性；
③千斤顶及施顶方向必须与桥轴线一致，在后背和千斤顶、箱形桥与顶铁之间设分配梁，顶铁沿顶进方向每4到8m设一道横梁。
④本箱形桥重2639吨，顶进方向与线路走向垂直，配备16台320吨千斤顶顶进，顶力计算320×14×70%＝3136吨，满足施工需要，2台千斤顶备用。
4）试顶
试顶以顶动箱形桥为目标，同时检查顶进设备顶力及同步性能。
①试顶时测量监控箱形桥位移量，箱形桥顶动后及时停泵；
②泵站启动，后油压每升高5-10MPa时须停泵观察，发现泵站及千斤顶异常，及时处理；
③检查滑板、后背梁及滑动层变形，同时观察顶进挡墙等位置的变形；
④根据千斤顶行和观测千斤顶同步性能；
⑤试顶完后还要进行一次全面的检查，各部位情况均属良好便可进行正式的顶进作业。
5）顶进施工
①箱形桥混凝土强度达到100%后方可以进行顶进,并一经顶进必须连续进行直至完成。顶进时中线随时测量，高程一镐一测，将测量结果及时通知顶进负责人。及时调整，从而控制桥体顶进的方向、高程。
②核算最大顶力，通过试顶，分析吃土顶进时的顶力，千斤顶顶力按额定顶力的70%计算；
③根据现场情况确定千斤顶顶程，顶进作业时按额定值的70%～80%计算,根据我单位以往工作经验,一次顶程0.5～0.6m为宜；
千斤顶按顶进阻力合力中心线对称布置，安放顶铁必须与顶桥轴线顺直一致，与横梁垂直，每行顶铁要与千斤顶成一直线，各行长度要力求一致。按顶进长度随时更换或填补不同规格的顶铁，每隔4.0-8.0m顶铁设置一道横梁，使传力均匀及横向稳定，并在其上填土1.0-1.5m，防止崩出伤人。顶铁缝隙采用不同厚度的薄钢板填充。
④顶进作业影响的线路应在列车通行间隙进行，列车通过时严禁进行顶时作业，顶进作业时用杂木板、杂木楔、钢板、油顶等将横抬梁与钢轨间的缝隙塞紧，顶进作业时脱空。每次顶程不可过大，应在计算跨度的基础上留足1.2～1.5倍的安全系数，做到快挖快顶，使箱形桥紧切开挖面，实行连续作业，保持箱体不断顶进。顶进挖土严禁超挖，前方开挖面坡度按1：1.5控制，同时必须确保挖空距离小于横抬梁的计算跨度。
⑤顶进挖土采用人工削坡、清底，防止超挖,以免造成“扎头”现象，土方开挖坚持四不挖制度，即列车通过时不开挖，桥体顶进时不开挖，发生塌方现象时不开挖，机械发生故障时不开挖。当箱形桥顶进至桩时，先将纵横梁支起，折掉桩顶木方以卸载线路，再进行桩体破除，破除时采用机械与人工配合破除混凝土，氧气乙炔切割钢筋，切割时需遵守相关安全规定。
⑥顶进作业时防护好箱形桥顶部的防水层混凝土，具体措施为横抬梁工字钢与防水混凝土之间设滚杠，滚杠下设钢板，防护箱形桥顶部防水层混凝土。
⑦吃土顶进需防止因顶进作业产生的横向力，使横梁沿线路垂直方向移动，需将横抬梁沿顶进前端固结于抗移桩顶部的冠梁上。
⑧顶进作业在营业线下时，需避开雨季。
⑨框构顶进容许误差，应符合规范要求。
6）纠偏与防“抬、扎头”措施
⑴横向偏移
①调整顶镐顶力
用增减一侧顶镐的顶力；即开或关一侧顶镐阀门，增加或减少顶镐顶力数。如向左偏，即关闭减少右侧顶镐，如向右偏 则反之。
②调整顶铁
用后背顶铁（柱）调整：在加换顶铁时，可根据偏差的大小，将一侧顶铁楔紧，另一侧顶铁楔松或留1～3cm的间隙。如框构桥前端向右偏，则将右侧顶铁楔紧，左侧顶铁预留间隙，开泵后，则右侧先受力顶进，左侧不动。调整时应摸索掌握规律性，并注意框构桥受力不均时产生的变化状况。
③调整取土量
前端左右两侧刃脚前，可在一侧超挖，另一侧少挖土或不挖来调整方向。如框构桥前端向右偏，即在右侧刃脚前超挖20～50cm，左侧保持刃脚吃土20cm，由于顶进中的两侧刃脚阻力增减差别而达到纠偏的目的。
④框构桥加支挡
在框构桥前端加横向支撑来调整：支撑一端支在框构桥边墙上，另一端支在开挖面上，顶进时迫使其向被顶一侧调整。
⑤设导向墩
导向墩与框体间隙填充杂木板调整厚度，控制横向偏移量。
⑵扎头
①设船头坡
吃土顶进，挖土时，开挖面基底保持在框构桥底面以上8～10cm，利用船头坡将高出部分土壤压入框构底，预防、纠正“扎头”；
②滑板沿顶进方向设上坡，坡度控制在2‰左右；
③用增加框构桥后端平衡重的办法，改变框构桥前端土壤受力状态，达到纠正“扎头”的目的。
⑶抬头
两侧挖土不够宽，易造成框构桥“抬头”，故可在两侧适当多挖。框构桥“抬头”量不大，可把开挖面挖到与框构底面平。如“抬头”量较大，则在底刃脚前超挖20～30cm，宽度与框构桥相同，同时使上刃脚不吃土。
⑷结构裂纹
框构桥顶进过程中，由于滑板是刚性基础，滑板前端的地基承载力远比滑板弱，箱涵顶出滑板后，部分结构会处于悬空状态，引起箱涵涵身裂纹。因此，提高滑板前端的地基承载力，使箱涵顶进过程中基底承载力由刚性到柔性有个过渡，减少箱涵开裂。
4、总结体会
1、由于是装配式结构，可根据不同的工程特点合理设置，使用于各种线路、不同大小的框架及各种地质情况。
2、纵梁吊枕梁的间距以10cm为模数，枕梁间距可调，不需要方枕，架空线路时对道床的挠动小，不破坏既有线路几何尺寸，安全性能好。
3、每步架设、拼组、拆除都能可靠的控制，消除每个过程的安全隐患。
4、设备进出场方便，汽车、拖车均可运输，吊装运输成本低。
5、不仅适用于铁路正线、站线的铁路架空，同时也适用于咽喉区岔线的铁路架空。
6、组合工便梁架空防护线路加固技术在既有线顶进桥涵施工采用具有适用范围广、施工桥梁跨度大、电气化铁路停电时间短、安全可靠性高、节省工程投资、有利节约用地等优点，能有效解决项目建设与运输干扰的矛盾，可在既有线类似工程中推广应用。
【参考文献】
［1］沈祖炎.钢结构制作安装手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.
［2］陈绍蕃.钢结构设计原理[M].北京:科学出版社,2004.
［3］张树仁, 王宗林. 桥梁病害诊断与改造加固设计[ M] . 北京:人民交通出版社, 2006: 116.
作者简介：艾庆云助理工程师现担任哈密顶进涵项目部总工中铁一局第五工程有限公司职工 （出生于1983年11月02日）