浅析框架桥顶进线路加固设计方法
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摘要：框架桥有着诸多优点，并广泛应用于铁路和公路桥梁建设中。山西中南部铁路既有汤台线于K61+183.00位置跨新建规划路框架桥采用了顶进施工方式，需要穿越既有汤台线，在该框架桥顶进施工过程中，为了保障既有线路列车的安全运营，需要对既有汤台线做加固处理。在线路加固设计上，通过工便梁和型钢构成纵横梁体系，并与线路设备构成一个整体，从而确保既有线路的稳定，保障框架桥施工的顺利开展。文章在介绍工程概况的基础上，阐述了既有线路加固设计方法，以及所采取的措施，为大跨度框架桥穿越既有线路加固问题提供了可借鉴经验。
关键词：框架桥；顶进；线路加固
中图分类号： TU323 文献标识码： A
引言
大量工程实践表明，框架结构具有诸多优点，主要表现为如下几个方面：一是结构完整，刚度很大，可以实施顶进施工；二是顶板薄，建筑高度偏小，对控制线路标高有利；三是框架桥基底应力小，较为适用于地基差的场合；四是有良好的抗震性能。因此，框架桥被广泛应用于铁路和公路桥梁建设中。汤台线跨新建规划路框架桥为顶进施工方式，对大跨度铁路框架桥穿越既有线路加固设计领域具有借鉴意义，文章对其进行阐述。
1.简述工程总体情况
新建规划路和既有汤台线的交叉处，需要建设公铁立交桥，为了保障安全，需在框架桥顶进前对既有路基进行加固。此处框架桥为两孔单箱断面形式，两孔结构均为7.5m的净高度，为了方便通行，箱内保障有4.5m的净高度和16m的净宽度。框架桥长53.5m，为此，将两孔箱体从垂直线路角度分为两节，分成4个独立箱体。框架桥穿越处的路基高低不平，在进行框架桥线路加固设计时，出于整体美观需求，将框架桥设计为相同净高，导致两节框架桥顶板顶端填土不同，其中，下穿道岔区的框架顶板顶端填土3m，而下穿汤台铁路线的框架顶板顶端填土1.5m，两者差距较大。以下两图为汤台线跨新建规划路框架桥立面示意图和箱身正截面示意图。
图1.框架桥立面示意图
图2.框架桥箱身正截面示意图
2.地质构造分析
地质构造是框架桥顶进线路加固设计需要关注的因素之一。在设计前，相关人员对桥址处地层做了钻孔分析，研究结果表明，该处地层属于第四系全新系统人工填土，下伏基岩属于第三系中统砂岩。具体论述如下：
（1）人工填土方面
该框架桥桥址处地层有厚约3m的人工填土，以中砂为主，土质潮湿而绵密。
（2）砂岩方面
从颜色上看，为黄色和棕红色；从结构上讲，为中粒结构；从构造上讲，为层状构造；从层理上看，为近水平层理；从成岩作用上讲，为泥质胶结，因而成岩作用较差，岩性偏软，局部地段属于夹砾岩，风化较强，承载力为350kPa；从地下水来看，以基岩裂隙水为主，水位埋深近6m，水质优良，对钢筋和混凝土不构成腐蚀性，利于框架桥建设。
二、工程技术总体标准
总的来讲，该项工程技术要求主要为3个层面：一是荷载设计层面，从铁路角度看，需满足中一活载（2005）ZH标准（Z=1.2）要求，从公路角度看，需达到城-A级别，人群荷载不能低于4KN/㎡；二是桥下净空层面，该框架桥建设需要桥下净空不能低于4.5m；三是地震设防强度层面，需最低达到7度设防等级。
三、汤台线跨新建规划路框架桥顶进线路加固设计
1.既有铁路框架桥顶进线路加固要求
一般而言，既有铁路实施框架桥顶进施工对线路加固的要求较高，既要保证既有铁路的安全不间断运营，又要采取严密的线路加固设计方案，能够承载框架桥顶进路基开挖过程中的列车荷载及线路设施重量，从而保障下穿线路的框架桥施工得以安全顺利进行。
2.采用纵横抬梁线路加固方案的原因
新建规划路位置框架桥为两孔16m箱形桥，假设采用跨度要求低于24m的低高度便梁，无形中受便梁跨度制约，无法一次实现线路加固，需要加设辅纵梁，很大程度上加大工程施工的难度，降低加固体系的稳定性，存在巨大的安全隐患。除此之外，低高度便梁法也无法满足道岔区加固的要求。综合上述两个元素，该框架桥顶进线路加固必须采用纵横抬梁法。具体线路加固方案为：通过高强螺栓等强连接设施，将H型钢作为横梁，将1.2m高的工便梁作为纵梁，纵梁支点为直径为1.2m的挖孔桩，从而共同构成一个稳固的纵横梁体系。线路被加固以后，列车荷载形成特有传递路径，即列车荷载-钢轨-横梁-纵梁-挖孔桩。从项目设计、施工、使用成效来看，该框架桥采用纵横抬梁线路加固方案是极为明智的。
四、汤台线跨新建规划路框架桥道岔区线路加固措施
确定线路加固设计方案后，还需要深入思索切实可行的道岔区线路加固措施，从而保障整个工程项目的安全施工。该框架桥道岔区线路主要采取了如下加固措施：
1.纵横梁设置措施
在道路两侧，运用高强螺栓将工便梁等物进行强连接，从而构成纵梁，在框架桥顶进范围内设置挖孔桩，桩顶设置两根型钢，根据要求，两根型钢的强连接为H700×300，被用为横抬梁。最开始，会将横抬梁穿到E排桩，伴随着框架桥顶进线路加固施工的推进，再次穿到D排桩。依据具体受力情况，在岔枕下加型钢作为横梁，所用型钢型号为H400×400，采用φ22U型的螺栓将横梁两端与纵梁连接起来。除此外，也应注意到，道岔区横梁的跨度偏大，为了增加线路加固体系的稳定性，需要在线路适当位置进行扣轨。
2.避免道岔移动
道岔区横梁和纵梁容易出现位移现象，为此，需要采取相应的措施。为了避免道岔出现横向位移，可以在道岔外侧的钢轨与便梁间加置木质横撑子，有效固定道岔位置。为了避免纵梁出现位移现象，可以在挖孔桩顶部、纵梁的两侧加设横向限位钢管，除此外，也需在纵梁的端部增加端部限位措施。
3.改善横梁受力
此框架桥顶板与横抬梁底部的距离超过2m，如果采用枕木垛进行支撑，存在操作难度，难以保障顶进加固施工进程中横抬梁组的有效支撑，为此，需要实施其他支撑措施。可行的措施是，在框架顶板上浇筑混凝土井字梁，这样就改善了横抬梁组和横梁支点的受力状况，确保工程顺利施工的同时，也能保障桥址的行车安全。但也应注意到，采用在框架顶板上浇筑混凝土井字梁的方法，一定程度上改变了横梁的计算结果，挠度不超过9mm，比规定中的L/400要小。位于顶进框架两侧的坍空区内的横梁根本无法增设横梁支点，为此，可以适当地增大横梁的规格，从而使横梁挠度得以减小。在道岔被加固之后，就可以依次进行顶进框架施工了。
五、结语
施工结果表明，汤台线跨新建规划路框架桥顶进线路加固设计是极为合理的。设计中，采用高强螺栓等强连接加固手段，使工便梁成为纵梁，H型钢作为横梁，构成了较为可靠的纵横梁体系，克服了低高度施工的制约，避免了二次加固问题，有效降低了工程建设成本，缩短了工期，为工程项目的保质、保量、如期完成提供了良好条件。由此可知，纵横抬梁法是解决既有线路大跨度、多孔、道岔区框架桥顶进线路加固问题的良好方法，对今后同类框架桥顶进加固设计具有借鉴意义。
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作者简介：
第一作者：杜合军（1984-），男，2007年毕业于鲁东大学，工学学士。
第二作者：魏磊（1984-），男，2008年毕业于石家庄经济学院，土木工程专业，工学学士