乌苏市物流园道路下穿兰新铁路工程线路防护方案设计.pdf

2 0 1 5年第 1 1期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i ne e r i n g 1 3 9 文章编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 5 ) 1 1 0 1 3 9 0 3 乌苏市物流园道路下穿兰新铁路工程线路 防护方案设计 努 尔买 买提 吐 尔逊 ( 中铁一 院集 团 新疆 铁道勘察设计院有限公 司， 新疆 乌鲁 木齐8 3 0 0 1 1 ) 摘要 ： 既有铁路 线路 防护是新增立交桥工程设计、 施 工中的重要部分 ， 既有铁路线路防护方案的合理性、 实用性直接影响整个工程的施工进度 、 工程造价及既有铁路运营安全。本文以一工程 实例为依托介绍 了组 合 工便 梁 防护方 案 的设 计 思路 、 使 用条件 、 工作机 理和优 缺 点 ， 可供 类似 工程参 考 。 关 键 词 ： 既有铁 路组 合 工便 粱 防护 中图分 类 号 ： U 4 4 9 8 3 ； U 4 4 5 4 文献标 识码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 5 1 1 3 9 1 工 程概 况 乌苏市塔城路和友好路 向南延伸下穿兰新铁路 ， 与乌苏市物流园内道路衔接 ， 下穿 兰新铁路处新建立 交桥为乌苏市向南扩建提供重要通道 ， 被乌苏市交通 局和乌鲁木齐铁路 局项 目管理所 ( 代建方 ) 列为 2 0 1 2 年 至 2 0 1 3年重 点 控制工 程 。 公路穿越 铁 路段 位 于 兰新 铁路 乌 苏 ( K 2 1 3 9+ 3 9 3 2 0 ) 至 四棵树 ( K 2 1 7 2+ 4 5 4 6 0 ) 区段。铁路 等级 为国铁 I级 ， 设计速度 1 2 0 k m h ， 双线 ( 线间距 5 m) 无缝 线路 。采 用 电力 牵 引 、 重 型 轨 道 ( P 6 0钢 轨 、 型 枕 ) 。线 路坡 度 为 一6 o ， 路 基 高 度 约 2 I n 。公 路 通 行 净高 5 0 I n 。 该工程中采用 的立交桥为 21 6 i n箱形桥 ， 桥 内 净高 6 5 i n 、 净宽 1 6 m、 桥全长 3 7 9 m， 桥顶至轨底最 小填土高度为 9 0 c m， 下穿道路与既有 兰新线斜交角 度 3 0 。 。该 桥是 当 时兰新 线 新 疆 境 内首 例 在 双 线 电气 化 区段 新 增 的立 交桥 工程 。 桥 址 范 围 内地 层 主要 为细 圆砾 土 ， 厚 度 1 5 m， 基 本承载力 3 0 0 k P a ， 地下水位埋深 1 5 m， 最大季节冻 土深度 1 6 m。地震 基 本烈 度 8度 。 2 组合工便梁 防护方案 结合该工程实际情况 ， 合理确定既有铁路线加 固 方 案 ， 确保 铁路 运 营安全 、 有 效控 制 投资是 该 工程 的重 点 和难 点 。疆 内铁路 常用 的既有 线 防护方 案 施 工 收稿 日期 ： 2 0 1 5 - 0 7 - 1 3 ； 修回 日期 ： 2 0 1 5 - 0 9 - 0 5 作者简介 ： 努尔买买提 吐尔逊 ( 1 9 7 8 一) ， 男 ， 工程师 。 便梁、 纵横抬梁、 桥式盾构、 铁路便线等均不符合该工 程 实际情 况 。 经 研究 ， 该工 程 中既 有 铁 路 线路 采 用 组 合 工 便 梁 防护方案。该方案是以传统施工便梁和纵横抬梁结构 为基础 ， 通过优化受力结构及设备构件形成 的新 防护 方案， 在干线铁路新增大型立交工程中正在推广使用 。 其优点是 ： 受力明确 、 设备可重复使用； 施工简便 ， 适用 于单 线 、 多线及 道岔 区等各种 复杂 情况 ； 线 路 防 护跨 度不 受 限制 ， 经济性 较优 。其 缺点 是 ： 架设 纵 梁 期需要封闭线路并停电， 对电气化铁路运营造成影响 ； 地下水较浅时 ， 支撑桩施工难度大。 2 1 组 合工便 梁 的构造 与 受力分 析 组合工便梁构造如图 1 所示。 平面 图 1 组合工便梁构造 组合工便梁分布体系可分为线上线路防护体系和 线下支撑体系。线上线路防护体系由纵梁、 横梁 、 制式 钢枕梁 、 连接板及各种连接零件组成 ； 线下支撑体系由 纵梁下支撑桩 、 线路抗滑移桩及路基防护桩组成。传 力过程为 ： 组合工便梁在每个 既有混凝土枕之间穿一 1 4 0 铁道建筑 根制 式钢 枕梁 ， 枕 梁两 端 分 别 与 左 右两 片 纵 梁 下翼 板 用 8根 ( b 2 2高 强 度 螺 栓 连 接 ， 将 线 路 荷 载 传 递 到 纵 梁 ， 纵梁将 荷 载传递 到 支撑 桩 ( 或 桥 顶 ) 。轨 道 与 制式 钢 枕之 间采 用钢 轨扣 件 绝 缘 连接 ， 以控制 线 路 方 向和 轨 距 ， 防止 影 响轨道 电路 。 2 2组合 工便 梁的 适用范 围 1 ) 适用 于 内燃 机 车牵 引 的 普 通 铁 路 和 电 力 机 车 牵 引 的 电气 化铁 路 。 2 ) 适 用于 国铁 干线 铁路 和各类 铁路 专 用线 。 3 ) 适 用于 铁 路单 线 、 双 线 、 多 线 、 直 线 、 曲线 ( R 6 0 0 m) 。施 工期 间 限速 6 0 k m h及 以下 ， 铁 路 线 路基 本 钢轨 不轻 于 4 3 k g m。 4 ) 适用于客货共线铁路基本建筑限界。 5 ) 适用于铁路既有线或站场 的增减桥涵施工。 3组合工便梁设计 组 合 工 便 梁 的 纵 梁 采 用 6节 h 1 5 型 工 字 钢 便 梁 ( 单 节 长度 1 2 n 1 ) 拼接 成连 续梁 形式 用来 加 固线 路 ， 拼 接方 式采 用钢 夹板 和高 强螺栓 等强 联结 成 型 。横 梁采 用 H 7 o 型钢， 单节长度 1 2 m。使用高强度螺栓等强度 拼接 纵 梁 与横 梁 ( 两 根 H 7 o 型钢 横 梁 ) 。每 隔 1 2 m采 用 C 2 5钢 筋混 凝 土挖 孔 桩 ( 支 撑 桩 和 抗 移 桩 ) 对 组 合 _ 便梁进行竖向支撑加 固。挖孔桩施工时， 铁路采用 3 5 3扣 吊轨 梁 防护 。 顶进 时 随顶 进 逐 渐 清 除 桥 顶 以 上 全 部 填 土 及 道 砟 ， 使线路完全架空。顶进时按顶镐行程 ， 每次顶进不 大 于 1 iff l ， 在箱 身前 进后 顶镐 活 塞 回复原 位 ， 在 空挡 处 加入 顶铁 ， 以待下 次开 镐 。如此 循环往 复 ， 直 到箱身 就 位 。当箱形桥顶进到横抬梁下 1 0 n l 时 ， 停止顶进 ， 将 横抬梁伸出端支承于箱形桥顶板 ( 桥顶铺设枕木 ， 搭 设滑车) ， 使桥顶尽早支承横抬梁。 顶 至挖 孔桩 0 5 m 时 ， 箱 形 桥 上 面 的 支点 要 垫 好 垫牢， 确认线路完全稳定时方可拆 除挖孔桩。拆除前 将 纵横 梁支 起 ， 拆 掉桩 顶 木方 以卸 载 ， 避免 拆 除t 昆 凝 土 桩时 因撞 到梁 而危 及线 路 。 4变形控制 4 1变形 控制 标准 既有线防护设计 以安全 、 可靠 、 经济为 目标， 以符 合铁 路运 输安 全 、 适 应 现场施 工环 境 、 达到 各项 防护 指 标 、 与铁 路维修 需 求 相 匹 配 为原 则 。而 组 合 工 便 梁 防 护方 案 的各项 指标 完全 符合 该工 程 的既有 线 防护设 计 原则 。在 组合 工便 梁 防护设 计 中控制 轨道 变形 是设 计 的重点。经理论分析及工程实践验证 ， 顶进施工时引 起的轨道变形主要可分为竖向变形和横 向变形。 将 铁路线路修理规则 中“ 轨道动态质量容 许偏 差管理值” 中的 I 级标准 ( 保养标准) 作为组合 _ 厂 便粱 变形 控 制标准 ， 见 表 1 。 表 1 轨道动态质量容许偏差管理值 注 ： 1 2 0 1 6 0 k m h ； 止线 ； 1 级 。 组 合 工 便 梁 按 铁 路 桥 涵 设 计 基 本 规 范 ( T B l 0 0 0 2 1 2 0 0 5 ) 和 铁路桥梁钢结 构设计规 范( T B 1 0 0 0 2 2 9 9) 设 计 ， 按 铁 路 钢 桥 制 造 规 范 ( F B 1 0 0 2 1 2 -9 8 ) 制造 、 检 查 、 验 收 。组 合 工便 梁 材 质选 用 Q 3 4 5 B钢制作 ， 基本容许应力为 1 7 0 MP a ， 材料弹性模 量 约 为 2 0 6 G P a 。 4 2 组合 工便梁 竖 向变形 控制 组 合工 便梁 的竖 向变 形 主要 包 括 纵 梁 变 形 、 横 梁 变形 和支撑 桩下 沉变 形等 。 组合 工便 梁所 承受荷 载分 为 中一 活 载及恒 载 两 部 分。荷载传递过程为： 列车荷载一线路钢轨一 制式钢 枕梁 ( 横梁 ) 一 纵梁一 支撑 桩 ( 箱形 桥 ) 。 4 2 1 纵 梁 变 形 控 制 为简化计算 ， 纵梁跨度 ( 支 撑点 距 离 ) L 取 6 m， 每 单片纵梁 视为承 受活 载 ( 1 0 7 k N m)+恒 载 ( 2 0 k N m) 的 1 2的简支梁体系。活载 g = 5 3 5 k N m， 恒载 q ： 包 括结 构 自重 、 线 路 设 备 自重 ， q ：=1 0 k N m；纵 梁 惯 性矩 ， =1 0 5 7 91 0 “ m m ， 高度 h ： 1 1 5 0 I l l I I 1 。 纵 梁为 等截 面简 支 梁 ， 且 梁 的跨 度 远 大 于 横 梁 截 面 高度 ， 故 剪力对 梁位 移 的影 响很小 ， 可 忽略不 计 。在 线 路加 固范 围 内 ， H 2 o制式 钢 枕 梁 每 隔 约 0 6 m 与线 路两侧纵梁联结 ， 而荷载通过制式钢枕梁传递至纵梁。 据此假定纵梁主要受分布荷载作用产生弯曲变形 。 跨中最大弯矩M = g t , 8 = 2 4 1 k N m ； 冲击系数 1 + =1 1 7 9 ； 冲击荷 载 Ml =1 1 7 9 M =2 8 4 k N H l ； 自 重荷 载 M = q 2 8= 4 5 k N- I 13 。 应力 = ( MI + M2 ) h z ( 2 1 s ) = 1 7 9 MP a1 7 0 M P a ； 挠度 = 5 ( q l + g 2 ) ： ( 3 8 4 E I x ) = 0 5 5 Il l 111 。应力 与挠 度均 满足 规范要 求 。 另外 ， 对纵梁整体稳定性 、 局部稳定性 ( 加劲肋 的 设 置 ) 、 梁截 面积 ( 考虑梁 上 下 翼缘 因联 结 螺栓 截 面 削 弱 的影 响 ) 等 做 了检 算 。纵 梁 强 度 满 足 行 车 要 求 ， 轨 道 不会 出现 三角 坑 。 4 2 2 横 梁 变形控 制 在 箱形 桥顶进 过 程 中 ， 由于 依 次拆 除 A， B排 支 撑 桩 ， 横梁支点将从支撑桩顶部逐步 向箱形桥顶面过渡 ， 2 0 1 5年第 1 1 期 努 尔买买提 吐尔逊 ： 乌苏市物流 园道路 下穿 兰新 铁路 工程线路防护方案设计 1 4 1 所 以受力形式发生变化 。个别支点还存在支撑不到位 而失效的可能性 ， 因此对横梁 的要求非常高。横梁位 于纵梁底部与桥顶之间。若选用 的横梁尺寸大 ， 将会 降低箱形桥 的高度 ， 压缩公路通行高度。故为 了减少 横 梁尺 寸 、 提高 线路 稳定 性 ， 在 每个 纵梁 支 撑点 和纵 梁 跨 中设 置 2根 H T O 型钢横 梁 。在 箱 形 桥 顶进 过 程 中拆 除 A排支 撑桩 时 ， 横梁 悬 空跨 度 最 大 ， 对 横 梁 最 不利 。 若此时能控制横梁变形 ， 也能保证其它工况下的横梁 稳定 。计 算采 用 的线 路横 断面 如 图 2所 示 。 图 2 线路横断面 ( 单 位 ： e l n ) 一 处横梁 ( 2根 ) 所 承受 的纵 梁最大受力跨度 为 6 1 T I ， 活载 P 1 =1 0 76： 6 4 2 k N； 恒 载 P 2= 2 06= 1 2 0 kN。 2根 横梁 惯性 矩 1 5 , =0 4 7 4 21 0 mm ， 高度 h = 7 0 0 m m； 活载作用力 F =P 2=3 2 1 k N； 恒 载作 用 力 F ， = P 2 2= 6 0 k N。 弯矩 Mh =3 2 11 2 04 7 7 5 9 7=3 0 8 k N I n 。 冲击 系数 1+ =1 1 7 9 ； 冲击荷 载 M：=1 1 7 9 Mh= 3 6 4 k N 1 1 1 ； 自重荷 载 M =6 01 2=7 2 k N i n 。 应力 h =( ： + ) ( 2 I x )=3 2 21 7 0 MP a 。 挠度 厂 h =( F 1 +F 2 )X 1 2 X( 35 9 7 一41 2 ) ( 4 8 E I x )=1 05 mm。 另外 ， 对横梁刚度 、 稳定性等做了检算。横梁强度 满足行车要求 ， 轨道不会 出现三角坑 。实际工作 中横 梁两端 由高强螺栓固定在纵梁下， 按两端 固结计算 ， 则 其强度 、 刚度 、 稳定性更大 。 4 2 3 支撑桩 下 沉 变形控 制 该工 程 中支撑 桩 采用 圆形 挖 孔 桩 ， 其 内径 1 5 m， 采用 混凝 土 护壁支 护 ， 从上 至 下边 开挖 边分 节浇 筑 ， 桩 底部 用扩 底 钢护筒 成 孔 。每个 挖孔 桩基 础 内插入 4根 I 2 0 b 工字钢， 并用 C 1 5混凝土填 实。施工过程记 录数 据表 明， 支撑桩顶部最大下沉 一3 m m， 符合 铁路线路 修理规则 要求。 4 3横 向变形控 制 轨 道 横 向变 形 主要分 为轨 距变 形 和轨道 整体 横 向 变形 。为 了控制 轨距 变 形 ， 在 基 本 轨 和 制式 钢枕 之 间 采取了轨距限位扣件来实时调整轨距 。由于既有混凝 土枕不予拆除 ， 也保证 了轨距不变。 为控制轨道整体横向变形 ， 在箱形桥顶进时 ， 桥顶 与横梁之 间设置了减阻滑轮， 横梁末端设置 了抗滑移 桩 。 当施 工操 作不 当 ， 轨道 发生 横 向变形 时 ， 还 可通 过 箱形 桥上 设置 的反 拉 系统恢 复铁 路线 形 。 施工过程记录数据表明， 轨距最大偏差值 一 3 ， + 2 m m， 直线远视 直顺 ， 无甩 弯， 符 合 铁路 线路 修理 规 则 要求 。 5 结语 该工 程 中组合 工 便 梁 防护 设 计 的应 用 ， 解 决 了新 疆地区同类施工设计的难点 ， 为今后类似工程的设计 提供 了成 功经 验 。 目前 ， 大 型 立体 交 叉 工 程 项 目愈来 愈多 ， 既 有铁路 线 防护关 键技 术难 题有 待深 入研 究 ， 以 为大 型立 交工 程提 供技 术支 持 。 参 考 文 献 1 中华人 民共和 国铁道部 铁 运 2 0 0 6 1 4 6号 铁 路线 路修 理规则 S 北京 ： 中国铁道 出版社 ， 2 0 0 6 2 中华人 民共和 国铁道 部 T B 1 0 0 0 2 1 2 o 0 5 铁路 桥 涵设 计基本规范 S 北京 ： 中国铁道 出版社 ， 2 0 0 5 3 中华人 民共 和 国铁 道部 T B 1 0 0 0 2 2 9 9 铁路 桥梁 钢结 构设计规范 S 北 京 ： 中国铁道 出版社 ， 1 9 9 9 4 中华人 民共 和国铁 道部 T B 1 0 2 1 2 9 8 铁 路钢 桥制 造规 范 S 北 京 ： 中国铁道 出版社 ， 1 9 9 8 5 李廉锟 结构 力学 M 北京 ： 高等教 育出版社 ， 1 9 9 4 6 钢结构设计手册 编委会 钢结 构设计手 册 M 北 京 ： 中国 建筑工业 出版社 ， 1 9 8 9 7 乌鲁木齐铁路局 乌 铁总 函 2 0 0 8 1 6 4号 乌鲁 木齐 铁路 局铁路 营业 线使 用 D型施 工 便 梁 安 全管 理 办 法 ( 试行 ) S 乌鲁木齐 ： 乌鲁木 齐铁 路局 ， 2 0 0 8 8 乌鲁木齐铁路局 乌铁总 2 0 1 0 1 7 4号 乌鲁木 齐铁 路局 铁路营业线施工安全 管理 实施 细则 S 乌鲁木 齐 ： 乌鲁木 齐铁路局 ， 2 0 1 0 9 中华人 民共 和国铁道部 铁 运 2 0 0 6 1 7 7号 铁 路工 务安 全规则 S 北京 ： 中国铁道出版社 ， 2 0 0 6 ( 责任 审编李付军)