浅析既有铁路线顶进桥涵的设计与施工

工业技术　Ｉ■　Ｃｈｉｎａ　ＳＣｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗ　浅析既有铁路线顶进桥涵的设计与施工　张永祥　（中铁（惠州）铁路有限公司广东惠州５１６０８６）　［摘　要］随着我国基础建设的飞速发展，铁路复线修建中要求扩大桥涵孔径和增建桥涵，以满足农田灌溉、排洪需要及交通要求：特别是现在铁路普遍采　用栏栅封闭后的行人及车辆交通，已成为普遍而迫切的问题。本文就在既有铁路上不中断行车的条件下进行桥涵增建或改建，参照许多路局基建单位和地方市　政建设部门普遍采用顶进法施工积累了不少好经验的基础上，给合目前施工现场的调查研究，对既有铁路线顶进桥涵的设计与施工过程中遇见的的问题及解决方　法作简要介绍，供广大同行共同研究。　［关键词］顶进桥涵设计施工　中图分类号：Ｕ４４２．５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９　９１３Ｘ（２０１０）２０　０００６—０２　１概述　顶进桥涵施工技术开始阶段主要应用于公路立交桥施工，２Ｏ世纪９Ｏ年代　后由于铁路运输要求越来越高，顶进工程开始在铁路工程中应用，并显示了它　的优越性，既有铁路线顶进桥涵工程主要有下列三方面的优点：　１、对行车干扰小，不需要中断行车和长期慢行：　２、对小桥梁和高路基中桥有明显的经济效益：　３、有利于桥梁养护。　２顶进设计　２．１顶力计算　依桥规第２－３８６条（２－１３２）式：　Ｐ＝Ｋ［Ｎｌｆｌ＋（ＮＩ＋Ｎ２）ｆ２＋２Ｅｆ３＋ＲＡ］　式中：Ｐ一最大顶力（吨）　Ｎ１一桥涵顶上荷重（包括线路加固材料重）（吨）　ｆ１一桥涵顶与顶上荷重的摩擦系数按涂石腊考虑ｆｌ－Ｏ．３　Ｎ２一桥涵自重（吨）　ｆ２～桥涵底板与基底土的摩擦系数取ｆ２－Ｏ．８　Ｅ一桥涵两侧土压（吨）　ｆ３—侧面摩擦系数取ｆ３＝Ｏ．８　Ｒ—钢刃角正面阻力按砂粘土考虑Ｒ＝５５吨／平方米　Ａ—钢刃角正面积（平方米）　Ｋ一系数Ｋ＝１．２　圆涵、箱涵可根据上式及顶进情况推导出各自的顶力计算公式。　２．２圬工后背设计　１、后背填土被动土压力计算　目前后背设计中一般采用朗金被动土压力公式即：　Ｐ＝ｒｈｔｇ。（４５。＋由／２）　上式是根据朗金假定的条件：墙是竖直的，墙背是光滑的（６：Ｏ）。　作为一般的后背抗力计算，我们采用下式计算：　Ｐ＝ｌ／２ｒ・Ｂ・Ｈ２・Ｋ　式中：ｒ一填土比重　Ｂ一后背宽　Ｈ一后背全部高度　Ｋ：ｔｇ　（４５。＋　／２）　２　３后背墙截面设计　浆砌片石后背墙其优点是具有普遍性和灵活性，不需要大型起吊设备、　打桩设备及运输工具等，用简便方法即能实现，适合于一般单孔小桥涵的项进，　用毕可将浆砌片石拆除倒用作河床铺砌，锥体等附属工程。　经计算比较，我们现采用的后背墙截面为正立的梯形体，当后背墙高ｈｌ≤　２ｍ，顶点截面以上悬臂长度为１．１ｂｌ时，墙底容许抗弯强度尚有较大潜力未能　充分发挥。而当２ｍ＜ｈ１＜５ｍ并配合墙顶不同填土高度，悬臂长度为１．１ｂ１　时，墙体容许抗弯强度基本上都能充分应用，故截面型式最为经济。考虑在实　际顶涵中，后背墙高ｈ１≤２ｍ者很少，而绝大部分墙高在２ｍ＜ｈ１＜５ｍ之间，当　顶进涵洞较长顶力过大，要求ｈ１超过５ｍ时则应另行设计。　圬工后背墙系施工临时设施，安全储备不必过高，只要能保证施工顶进过　程中不致发生损坏，允许砌体出现轻微裂纹，即可。　２．４钢轨桩后背　桥涵顶进中还可选用钢板桩后背，但采用钢板桩不是每个施工单位都能办　到的，而采用钢轨桩则比较容易办到。板桩形式后背一由板桩（钢板桩、槽　钢、工字钢或钢轨）、后背梁和后背填土（或片石）三部分组成，钢轨桩后背　的钢轨入土可采用打入法，也可采用挖槽埋设，但需用三合土回填夯实。　２．５滑板设计　滑板又称工作坑底板，分为混凝土和钢轨两种。混凝土滑板按通常采用　的厚度２Ｏ厘米考虑，板内不设钢筋。为增加板底底面的抗滑能力，加设了地　６　Ｉ科技博览　锚梁，两侧设置导向墩。当地质情况良好时，滑板厚度尚可适当减薄，如遇基　底松软应先进行处理或加固后再建滑板，滑板顺顶进方向应设置排水边沟及集　水井等。　钢轨滑板较圬工滑板节省水泥，但在铺设时耗费劳动力稍多，这种滑板在　使用时能减少起动阴力。若与后背墙连接时，还可分担后背３０％左右的顶力，　故在一般单孔小孔径箱涵顶进和有旧轨可用的施工单位比较乐于采用。　２．６钢刃角设计　项进桥涵端部宜设置刃角，刃角的主要作用，一是切土，使箱涵两侧沿着一　个规则整齐的平面前进，使边墙与开挖土体面紧贴，有利于路基的稳定。二是　对挖土操作人员起安全防护作用。以往箱涵的刃角多设计成钢筋混凝土悬臂　式，在端部安装钢刃尖，。钢刃角由顶刃角、侧刃角、底刃角三部分组成，　根据各工点不同情况可同时使用三部分，或使用其中一部分。侧刃角分为　甲、乙两块，甲块因孔径大小不同归类后构件尺寸分为两种，乙块各种孔径都　可通用。顶刃角的上盖板，采用分块组装办法，由少量种类的分块，即可组装　出多种孔径的上盖板。底刃角各种孔径都能通用，它可代替涵端船头坡，需要　时安装上，还可调整船头坡的大小，不要时可卸去，钢刃角还具有自重小，运输　使用方便，能多次倒用，使用比较灵活等优点。但其缺点是：一次用钢量大：预　埋螺栓数量多，要求预埋位置精度高：制造和安装都较为困难。在具体应用中　可根据实际情况选用钢刃角或钢筋混凝土刃角。　２　７线路加固设计　在运营繁忙的营业线上项进桥涵，关键在于线路加固，因此必须采取有效　措旌保证行车和施工安全。除对线路的临时架空结构进行检算外，对线路加　固的施工质量要严格要求，对列车规定按限速行车，不得擅自超限运行。　顶进时铁道线路是否加固及用什么方式加固，根据铁路运输、地质、箱　桥尺寸、覆土深度、地下水、施工季节和刃脚等情况综合考虑决定。有　下列情况：　轨束梁加固当箱桥外轮廓宽度较小，线路架空跨度小于４～５ｍ时，可用　一般轨束梁（吊轨、扣轨或纵横轨束梁）加固线路，常用于临时性工程的轨束　梁分单层、双层两种型式，在单层轨束梁中所需轨在４根以上时，为减小轨束　梁宽度，应将轨顶上下交错互扣，通称扣轨。吊轨（又称扣轨吊梁）是将扣轨组　铺设在行车轨两侧的枕木上，用ｕ型铁箍和角钢与枕木联结，以承受荷载。吊　轨虽设置方便，但受力状况不如扣轨，且配件多，费工费料。　纵横轨柬梁是将纵轨束铺设在行车轨两侧路肩上，其上横穿横轨束梁用以　承受荷载。　轨束梁下加横抬梁由于新扣轨法的纵向扣轨是设置在轨枕外，如有条件　增加纵向扣轨数或改成双层，则跨度可达６～７ｍ：若在跨中横穿一组工钢或槽　钢抬梁，抬住纵向扣轨，其前端穿越线路下部搭在远销路基上，后端搭在箱轿背　上，使纵向扣轨成为连续梁，其跨度可达ｌＯｍ左右。这样可解决外宽７～８ｍ的　箱桥顶进。箱桥顶进股道后，如发现纵向扣轨刚度不够，可在过车前，在其下　两侧对称地用垫木楔紧在箱桥项上，车过后松开楔木继续顶进。　工字钢架空如线路两侧各改用三片５５型工字钢（用垫木、上下联结　板、螺栓联成整体），将钢枕吊在工字钢底部，则架空跨度可达１０ｍ左右。　特制工型（或Ｄ型）钢架空设备，１９８０年由郑州铁路局研制，山海关桥梁工　厂制造，它是“工型架空架桥设备　由特制的大型工字钢（１Ｏ０型工字钢）和　钢机组成。ｌ００型工字钢作为架空主梁，钢枕作为线路的横抬梁。是桥梁进　行大修施，箱桥顶进施工的一种新设备，它特别适用于在运营线上施工。主要　用途是：立交桥及顶管法施工的线路架空工程：墩台大修及架梁、换梁工程、　便桥工程。　工型架空架桥设备与线路轨道联成整体（在自动闭塞线路地段进行架空，　为了防止连电需加设特制的钢轨绝缘扣瓦和垫板），它的优点是：强度大。刚性　好，稳固可靠，使用方便，用途广泛、干扰运输少，颇受现场欢迎。现又增设　了１６０型（高６０ａｍ，全长９ｍ）、Ｉ１２２型（高１２２ｃｍ，全长２２　ｍ）及配套用装卸此　设备的专用轨道吊机（吊机设有保险装置，在电气化铁路上作业以策安全）。　工业技术　－　重Ｉ　迁建西安东车辆段洗罐所工艺设计　陆刚　（铁道第一勘察设计院集团有限公司环境与设备处）　【摘　要］结合铁路罐车洗刷作业的特殊工艺，对迁建西安东车辆段洗罐所的主要工艺设计过程进行论述，从而达到设计合理、工艺先进和经济适用的设　计要求。　［关键词］洗罐所工艺设计中图分类号：ＴＨ１３７．３３２　车辆段　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—９１３Ｘ（２０１０）２０　０００７—０２　１项目背景及工程概况　迁建的西安东车辆段洗罐所新址设在新丰镇，是西安铁路枢纽新丰镇编组　站改扩建工程的重要组成内容之一。铁一院于２００６年完成施工图设计，２００７　年６月开工建设，２００９年２月正式投产。洗罐所规模为：近期６台位、远期　１　２台位。　３洗罐所工艺布置　３　１洗罐所车间组成　１、洗罐棚：洗罐台位上设洗罐棚。　（１）洗罐棚的长度，应按下列公式计算：　Ｌ＝ｌ２×Ｔｌ＋６　２洗蠢所作业的内窖及方法：　（１）迁建西安东车辆段洗罐所的性质为检修洗，设计规模二线６台位。　由于迁建车辆段承担罐车检修任务，为保证罐体焊修等作业的安全，需设　置洗罐所，承担罐车罐体内部的洗刷作业：本洗罐所还承担罐车阀类检修和罐　体焊修后的水压试验任务。　（２）按照罐车内残油的品种、罐车洗刷后的用途，来选择满足其要求的洗　刷方法和作业过程，罐车洗刷方法主要分为：　①清洗——消除残油的洗刷（轻油罐使用真空泵从罐体上部排出，粘油罐　由罐体底部下卸阀排出）：　②蒸洗——将蒸汽引入罐内，用蒸汽蒸热洗刷：　③冲洗——将自动洗罐器装入罐内，喷热水洗刷：　④风洗——用鼓风机吹扫洗刷和通风降温。　由于本次设计的洗罐所为检修洗，需综合运用上述所有洗刷方法。　式中：Ｌ一一洗罐棚（库）的长度，ｍ：　１２一一罐车计算长度，ｍ：　Ｔ１一一每条洗罐线上的洗罐台位数：　６一一两端梯子和通道占用的长度，ｍ：　经计算，本洗罐所洗罐棚长度为４２米。　（２）洗罐棚的跨度　洗罐棚的跨度应考虑洗罐台的宽度、车辆限界、材料和配件运输等因　素确定，设２条洗罐线时可采用１５ｉｌｌ的跨度。　（３）洗罐棚的高度　洗罐棚的高度应考虑悬吊洗罐器、台位接口管件和工作人员在车顶站立　高度等因素确定，其棚内屋架梁底至洗罐线线路轨顶面的高度可采用７．８米。　２、其他生产分间　（１）其他生产分间主要包括：泵房、风机房、洗涤间和阀类检修间和辅　助生产分间等。　表１洗罐线与建、构筑物的防火间距　建筑　碉火　物、　表２蒸洗罐车蒸汽消耗量　浆空电力线路　和不属于圆象　一　污　铁　道　水　洗　铁路　单箕他建筑物　耐火等级　作业名称　一及散　路　、　住　工　处　鼍　装印　乙粪　业　蒸汽消耗置（ｋｇ）　２矿Ｃ　＋ｌ６．Ｃ　汽蒸一辆罐车延续时闻　（分）　构筑　发火　线　理　所　设施　液体　宅　企　物名　花地　路　路　设　暖　或洗　泵房　区　业　——、　称　点　墙　罐线　二级　三圾　施　防火　二缀絮空通　信线路　决定于罐车脏污程度　汽蒸轻油英罐车　汽蒸中粘类罐车或准备检修的罐　５Ｏ　２０ｏ　４８Ｏ　２５　１４５　３１５　１Ｏ￣３０　２０　３０　５０￣９０　河距　（－）　１５　ｌ２　１９　ｌ２　１０　６　∞　２３　ｌ２　ｌ５　１．５债秆高　汽蒸高粘类罐车　装过化学制品罐车　３８０　２３０　５０＂７０　上海铁路局也研制出～套类似的设备，即“Ｄ型低高度施工便梁”（特点是大　梁截面为箱形）也已成系列产品，有Ｄ１２，Ｄ１６，Ｄ２４（如Ｄ１６型，高ｌＯＯｃｍ，长１６ｍ）。　大跨度架空当架空跨度为Ｉ５－－３２　ｍ时，可采用拆装式军便梁。因较笨　重、配件多、费工科等缺点，目前采用不多。对于１　６　Ｉｎ以上的大跨度架　空比较好的办法是在线路两侧路肩上，设置单片连续拼接的Ｉ　１００工字钢，它　和钢枕、钢枕与基本轨栓连成整体。其下用多组抬梁，一般每隔４ｍ左右为一　组，每组由多片工钢或槽钢组成，抬住架空结构，抬梁前端搭在远方路基上，后　端搭在箱桥背上。该法的优点是：轨道和架空结构栓联成整体，线路稳定，横向　刚度大，安全可靠，行车平稳：架设时除装卸工作外，可以不要点，对运输干扰较　小：架空跨度可按需要增大，适用于运输繁忙干线上的大型地道桥顶进工程。　对于大中跨度的架空，常用挖孔桩代替枕木梁作支点，防止支点处的路基　塌方，以策安全。是改善支承方式，提高顶进时限速的有力措旆。　３施工　１、圬工后背墙是项进的主要受力结构，虽系施工临时建筑物，但其作用　很重要，必须安全可靠，故施工质量一定要保证，如圬工采用浆砌片石时，应按　齿缝砌法，墙背的填土应夯填密实，以免项进时土体变形过大或将后背墙顶坏。　２、滑板是施工的临时设施，除要求具有一定的强度外，更需要有较高的平　整度，以便在润滑隔离层的作用下，使涵节能够起动，并脱离滑板而前进。在灌　注混凝土滑板时，地面应先夯实，铺ｌＯｏｍ的碎石垫层，将锚梁和滑板一起浇灌，　灌注涵身混凝土预制而成，用时再将刃角安装上。另一种方法是在立模时以　钢刃角作端模，将螺栓穿上，灌混凝土，拆模后再将螺栓拧紧。　４、涵顶以上无复土时，　一般都不设钢刃角，此时必须在侧刃角顶部安装　斜支撑以保证侧刃角的刚度。　５、箱涵底板前端，可不设固定的船头坡，当需要时可使用先设计好的钢　质活动底刃角代替船头坡，底刃己设有５％的仰坡，如需再增大坡度时，可在刃　角下缘螺栓上加垫板，当不需要时，可将底刃角随时卸去。　６、线路加固注意事项　（１）吊轨梁所用轨型与主轨相同时，往往高出主轨轨面的容许限界，故应先　在主轨下增设垫板后再吊轨。　（２）大型箱涵，宽度较大，设吊轨粱时为满足超出箱涵竖墙边缘每侧３～５　米的要求时，往往钢轨需要接长，此时所有钢轨接头位置必须错开。　（３）横抬梁的间距不应大于１．５米，其高度应与箱顶和枕木底间的距离配　合好，还应保留一定的调整量以便用１～５厘米的木板垫塞，以调整线路高程。　４结语　既有铁路线顶进桥涵工程是一项系统工程，其中线路加固的设计、施工　是整个工程中的重要环节之一，尤其是加固检算，关系到既有铁路线的行车安　全和人身安全。本文通过基础理论对设计及施工方法作了介绍，希望对相关工　程技术人员有一定的参考价值。　并保证所需要的坡度ｉ％ｏ。滑板的平整度可用方格网控制高程，润滑隔离层应　按规定分层做好，以保证预制箱涵不与滑板粘连，便于起动。如采用钢轨滑板，　应钉上足够的道钉与枕木边牢，基础填砂和枕木底的捣固都要严实，钢轨接头　要牢靠，为避免箱涵起动时带走钢轨，宜将钢轨与后背连接。　３、钢刃角预埋螺栓的位置必须准确，以免安装时发生困难。一种方法　是按照刃角要求的螺栓间距位置在箱涵端模板上钻孔，将螺栓插入孔内固定，　科技博览Ｉ　７