浅谈纵挑横抬梁+D型便梁组合加固体系技术研究

李扣宁

论文摘要

随着城市建设的发展，越来越多的大孔径框构涵、圆管涵需下穿既有铁路，顶进施工时需提前对营业线进行线路加固。常用的线路加固方法有纵横抬梁、D型便梁及扣轨等，受施工地点周边环境、既有线设备的影响，特殊困难地段无法采用单一的线路加固体系。本文结合京广线霞凝站南咽喉特殊困难地段的框构涵顶进施工，对营业线架空线路采用Ⅰ45纵挑横抬梁（幅跨）+D24m便梁（主跨）+Ⅰ45纵挑横抬梁（幅跨）的组合加固体系进行了研究，阐述了工程总体施工方案及施工工艺，特别对营业线加固体系的关键施工技术进行了重点论述，并对岔区特殊部位的加固进行了技术分析总结。对类似工况下顶涵、顶管施工有一定的指导意义。

关键词：既有设备；调查及防护；线路加固；特殊措施

目 录

一、工程概况 1

二、总体施工方案 2

三、纵挑横抬梁+D型便梁组合加固体系关键施工技术 3

（一）支撑体系 3

（二）线路架空及加固体系工艺 4

四、特殊部位加固体系施工技术 7

（一）岔区段特殊加固技术 7

（二）D24m便梁跨中加固技术 8

（三）幅跨外线路加固技术 8

一、工程概况

霞凝货场排洪渠工程位于京广线霞凝站南咽喉K1549+975.6处，孔径为3-4.0×3.0m+1-3.0×3.0m，涵长36m，交角90°，设计洪水频率1/100。下穿5股道全部为电气化铁路，由西向东依次为牵出线、捞霞联络线、京广上行线、京广下行线、石长联络线（未开通），其中京广上行线、京广下行线为国铁Ⅰ级正线，属于繁忙干线，每日开行列车145对，平均5分钟1趟。框构主体为C40钢筋砼结构，总宽17.2m，底板、顶板厚均为0.5m，边墙厚0.5m，中隔墙厚0.35m；框构底板底至轨面高度为6.15m，顶板顶至轨面高度2.15m，底板下设置0.5m厚砼垫层。（见图一）

图一 平面示意图

综合考虑各方因素，顶进框架涵在线路右侧预制，施工范围既有设备与框构边缘位置关系详见表一。

表一 施工范围内既有设备影响表

序号	影响物/障碍物	与框构边缘距离	备注
1	1组道岔进入加固区8m		大里程端（广州方向）捞霞联络线
2	岔区2组矮柱信号机	3.5m	大里程端（广州方向）
3	1组电气化软横跨钢立（N173、N174）及拉线杆	3.1m	小里程端（北京方向），钢立柱杆距支撑桩外侧0.5m
4	1柱高柱信号机	1.5m	框构右侧，牵出线外侧
5	1处电务箱盒	0m	框构位置，牵出线与捞霞联络线间
6	1趟污水管	9.0m	框构右侧
7	1趟天然气管道	15.0m	框构预制位置
8	1条贯通线	9.0m	框构右侧
9	路肩通信、信号电缆	3.5m	框构两侧各一趟

二、总体施工方案

顶进涵施工分四个阶段。第一阶段，预制框构，人工挖孔防护桩、支撑桩、支墩施工。施工时间30天；第二阶段，线路加固。封锁要点18次，施工时间45天；第三阶段，线路慢行，挖土顶进，施工时间8天；第四阶段，封锁要点18次，拆除加固设备、恢复线路，施工时间45天。

顶进框构涵线路加固施工总体采用Ⅰ45纵挑横抬梁（幅跨）+D24m型便梁（主跨）+Ⅰ45纵挑横抬梁（幅跨）组合加固体系。为尽量避免进出材料对线路的交叉干扰，减小跨线次数，充分利用广铁集团集中修计划，分阶段、划区域、按步骤组织施工。以京广上下行线间中心为界，京广上行线、捞霞联络及牵出线线路加固材料、设备，利用路基右侧修建的施工平台进出；京广下行线、石长联络线的加固材料、设备，利用未开通的石长联络线做为进出通道。框构顶进时需加固5股道，每股道加固长度35m。其中中跨采用D24m钢便梁架空线路，加固长度24.5m；小里程、大里程幅跨均采用Ⅰ45纵挑横抬梁架空线路，小里程（北京方向）幅跨加固长度为6m，大里程（广州方向）幅跨加固长度4.5m。所有D便梁和工字钢纵横梁全部采用人工横移、安装，加强对既有设备的防护、监测，保证在施工期间正常使用。

D便梁和工字钢纵横梁受力共同作用在支撑桩上，支撑桩均采用Φ1.8m人工挖孔桩，每股道4根，共计20根；路基防护桩采用Φ1.5m人工挖孔桩，路基两侧各4根，共计8根。利用正线两侧的牵出线和未开通的石长联络线做为移梁平台，由中间股道向两边依次加固，形成新的受力体系。顶进到位后及时回填过渡段，补充道碴。涵背两侧和顶板顶至道床底0.6m以下部分采用级配碎石回填，以上无法夯实区域采用C15素混凝土填充。加固体系拆除顺序与加固时作业顺序相反，由两边向中间进行，先进的后拆，后进的先拆。拆除完毕后阶梯提速恢复正常。

三、纵挑横抬梁+D型便梁组合加固体系关键施工技术

（一）支撑体系

支撑体系主要由支撑桩、混凝土支墩与桩帽组成。D24m便梁全部架立在支撑桩上，两端幅跨一端架在支撑桩上，一端架在混凝土支墩上。D24m便梁与横抬梁截面变化处，通过设置“L”型桩帽进行过渡，保证D型便梁和纵挑横抬梁的轨面高程一致。（见图二）

图二 顶进框构涵加固体系立面图

1、支撑桩与混凝土支墩的布置形式

支撑桩采用直径Φ1.8m人工挖孔桩，桩长14.5m。线间距小于5m时，D型便梁和工字钢纵横梁支撑点共用一根支撑桩；大于5m时，设置两根直径Φ1.5m桩分别支撑，共20根。混凝土支墩做为幅跨支撑点，为C40混凝土，截面尺寸2m×2m×2m，当其与既有设备冲突时可适当调整位置。

2、“L”型桩帽布置形式

主跨D24m便梁高130cm，Ⅰ45a纵挑横抬梁高90cm，高差40cm。为保证D24便梁和工字钢纵横梁轨面标高在同一平面，需在支撑桩顶设置桩帽，桩帽做成高低台，为2m×2m×1.5/1.1m。D型便梁放在低位，工字钢纵横梁放在高位。

3、支撑桩与电气化软横跨钢立柱冲突处置方式

电气化软横跨钢立柱杆距支撑桩外侧只有0.5m，极易引起钢立柱倾倒。经与设计沟通，此处支撑桩由Φ1.8m调整为Φ1.5m，同时桩位向线路中心平移0.5m，这样支撑桩距电气化软横跨钢立柱距离就由0.5m增加至1.3m，增加了安全性；另外对软横跨钢立柱基础周围土体进行了注浆固结，采用直径Φ38mm长6m间距25cm的钢花管进行注浆，同时在支撑桩的反方向设置拉线预防倾倒。顶进控制开挖进尺，分层、分段、分孔开挖，当开挖到电气化钢立柱时，在相邻两支撑桩间设置挡土板支挡侧壁土体，预防坍塌，挡土板厚度5cm，宽20cm的木板。

4、支撑桩（墩）施工

施工时，先挖路基防护桩再挖支撑桩，最后施工砼支墩，均采用人工跳槽开挖，每次开挖0.5m，C30混凝土护壁，钢筋笼在孔内绑扎。挖孔桩施工遇到既有电缆无法改移采用槽钢加固防护。混凝土浇筑采用地泵管从两根轨枕间穿过，在钢轨下方用道碴袋压实，并安装绝缘胶皮防止出现红光带。设置远方防护和现场防护，为了保证施工不间断，在两线间砌筑“U”型防护槽，提前通知作业人员来车避让，减少下道次数，保证作业时间。

（二）线路架空及加固体系工艺

1、施工便梁进出通道

因施工场地狭小，无法采用大型吊机进行D型便梁吊装，为减少行车干扰及封锁要点的次数，在路基两侧分别设置便梁拼装平台。右侧在路基边填筑6m宽，30m长的作业平台，放置6片便梁；左侧在未开通的石长联络线上设置平台，将D24m便梁分解成五个单元节，挖掘机吊装至此，拼装成4片。右侧便梁由里向外按照京广上行线、捞霞联络线、牵出线依次横移就位；左侧便梁按照京广下行线、石长联络线顺序横移就位。横移采用搭设横移滑道，大滑车在滑道上滑行。

2、人工横移便梁工艺流程

便梁支墩施工→抽换便梁钢枕→搭设便梁横移平台→滑轨分段安装→封锁点内连接滑轨/便梁横移→拆除滑轨/便梁落梁→便梁精确就位→便梁连接。

3、人工横移D型便梁施工工艺

（1）抽换D型便梁钢枕。根据支撑桩中心线确定D型便梁钢枕横向位置，标注在线路钢轨内侧，钢枕间距为0.66m。抽换钢枕按要求“隔六抽一”，由主梁两端向中心排列抽换，调整混凝土枕间距插入钢枕，用木板或者绝缘块垫在轨底，防止连电，并及时上好扣件。

（2）D型便梁横移时点前准备工作。一是备足起、落梁机具材料。备液压千斤顶（50t，行程70㎝），方木（长80/60×宽20×厚15㎝），硬杂木板（厚1㎝、2㎝、5㎝），支撑圆木、倒链、方木垛、木楔子；备足够的钢轨、鱼尾板、木枕等横移材料。二是找平支撑桩桩帽，安装橡胶支座板，用红油漆在钢轨外侧标出便梁位置，在D型便梁两端加工特制的倒直角顶铁，便于千斤顶起落顶升。三是整平夯实地基，用木枕按“井”字型搭设横移平台，高度与轨面标高基本一致。四是在平台上铺好滑轨，安放大滑车，并用木楔塞紧，防止滑车溜逸。五是将便梁安放到大滑车上，用牛腿、方木、木板、木楔子、倒链进行固牢，防止便梁倾倒。六是点前将线路两侧的滑轨全部铺设好，按横移距离计算好滑道长度。

（3）点内横移D型便梁。给点后，按照横移距离设置2条滑道，滑道距离D便梁梁端1/4位置。利用倒链把D便梁捆绑在大滑车上，临时焊接角钢做为牛腿固定在大滑车上。人工匀速缓慢推动大滑车，将便梁横移到指定位置，并在滑轨前方设置限位装置。横移到位后，在便梁两侧用圆木支顶，拆除滑轨，开始落梁。详见图三。

图三 便梁吊装至大滑车上后加固示意图

（4）D型便梁落梁就位。在D型便梁两端安装倒直角牛腿，离端头4-6m处设置保险枕木垛（见图四），便梁两侧用圆木支顶做为横向支撑保证其稳定。用千斤顶顶起落梁时随时更换不同长度的圆木，确保圆木始终处于有效支撑状态，D型便梁一端开始起落时，另一端始终稳定的落在保险垛上，两端高差不大于20㎝。当D型便梁腰部下落至钢枕面以下时，放慢行程，调整纵横向距离。先利用梁底铺设的短钢管滚动纵向对位，再利用千斤顶缓慢调整横向位置。（见图五）

图四 便梁横移到位加固示意图

图五 落梁支点位置图

4、纵挑横抬梁连接

受既有设备影响，根据顶进框构中心里程，按照1:1安全开挖放坡线确定工字钢纵挑横抬梁加固长度，小里程端（北京方向）加固长度为6m，大里程端（广州方向）加固长度为4.5m。双拼工字钢用高强度Φ24mm“U”吊杆连接成整体做为幅跨纵梁，在纵梁上采用Ⅰ45a工字钢横抬，每根横梁长2.6m，间距0.5m，共13根；工字钢横梁和双拼纵梁用高强度Φ32mm“U”双吊杆连接。3-5-3扣轨在轨枕上，Ⅰ45a纵挑横抬梁在钢轨底，工字钢横梁与扣轨采用Φ24mm“U”吊杆连接。工字钢横梁上垫橡胶绝缘垫片，防止连电发生红光带。详见图六。

图六 主跨与幅跨安装示意图 图七 道岔区尖轨部分示意图

四、特殊部位加固体系施工技术

（一）岔区段特殊加固技术

在框构大里程端捞霞联络线上有1组道岔进入加固范围8m，岔区线路加固无法抽换岔枕，且岔枕长度不等，根据现场实测岔枕间距，需要设计D便梁的钢横梁。整组D24m便梁钢枕每根需加长40cm，长度由3.96m增加至4.36m。道岔区线路加固无法抽换岔枕，需要厂家特制。

1. 尖轨部分

在尖轨范围内的便梁钢枕顶面加焊一块工厂定制滑床板，滑床板与尖轨底部间隙控制在2mm之内，既便于尖轨滑动又避免悬空损伤道岔尖轨。详见图七。

2. 道岔转辙机部分

道岔转辙机拉杆位置无法穿钢枕，为避免损伤尖轨和基本轨，需对转辙机前后2根便梁钢枕进行加强。在道岔便梁钢枕（长4.36m）基础上加宽100mm，加厚50mm，厂家定制，尺寸为4360×200×262mm；且在钢枕下方再设置2根3m长短纵梁，通过高强度Φ24mm“U”双吊杆传递到特制钢横梁上。

（二）D24m便梁跨中加固技术

为了减小D24m便梁在重车运输时产生挠度，减小线路变形，提高加固体系受力效果，在跨中位置增加一排支撑桩，支撑桩上设置5根Ⅰ63工字钢横梁在便梁下穿过，便梁两端做为支撑，中间做为横抬，既提高了线路加固的整体刚度，又增加了主跨的稳定性。顶进施工过程中，通过监控量测主跨D24m便梁横向最大位移5mm，纵向最大位移2mm，线路几何尺寸变化在2mm之内，满足规范要求。开挖顶进时，跨中位置的一排支撑桩从桩顶至底板下20cm部分凿除。

（三）幅跨外线路加固技术

为保证线路稳定，在框构涵开挖影响范围之外，两端各12.5m长的线路采用3-5-3扣轨加固，使路基由柔性过渡到刚性。顶进过程中，每趟列车通过前后都要对线路几何尺寸进行检查，轨距误差+5，-2mm；两股钢轨前后高低、水平误差均控制在2mm之内。在既有N173、N174接触网软横跨杆设置位移观测点，每次出土前后进行观测，及时掌握稳定情况，有变化及时预警。

结语

通过京广铁路霞凝站南咽喉顶进排洪渠施工，可以看出，对既有线的加固方案不能完全局限于采用单一的加固方式，可以多组合完成。因此在确定线路加固方式时，需要详细调查现场、摸清既有设备情况，结合现场条件因地制宜地确定加固方案。同时要加强与铁路设备单位的联系，本着尽量减少对铁路运输的干扰、确保运营安全为原则，进行多方案比选，最终确定安全、经济、可行的施工方案。

对于在无法连续使用D型便梁加固、无法采用大型设备吊装，无法长时间停电封锁要点施工的情况下，采用便于安装、孔跨可调、灵活多变的工字钢纵挑横抬梁+D型便梁组合加固体系，可满足特殊困难地段的顶涵、顶管施工。在营业线上进行物料的运输是确保加固方案实施的关键环节，施工时，应充分考虑现场条件，合理规划进出物料路径，尽量减少跨线倒运次数。顶进过程中要加强对既有设备的监测，对支撑桩、支墩各种受力体系进行检查监测。为提高组合加固体系的整体稳定性，在D24m便梁下增加一道横向抬梁，可有效减小列车通过时的线路变形；在岔区段通过对便梁钢枕的加强，可有效地保护道岔尖轨、转辙机，提高列车通过岔区的稳定性。

参考文献

[1] 铁路桥涵工程施工质量验收标准（TB10415-2003）

[2] 铁路路基工程施工质量验收标准（TB10414-2003）

[3] 铁路轨道工程施工质量验收标准（TB10413-2003）

[4] 铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范(TB10002.4-2005)

作者简介：

李扣宁 男 工程师 2010年毕业于山东交通学院土木工程专业

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