目前, 随着我国运输业的高速发展, 铁路运输速度不断提高, 铁路建设不断加快, 在铁路营业线增建二线过程中, 需要增加顶进涵施工。本文以石长铁路复线K117+130, 1-4.5m×4.5m顶进涵为例, 介绍了顶进涵施工时线路加固技术及其相关验算。
1 工程概况
该涵中心里程为K117+130, 1-4.5m, 全长18m。设立该顶进涵后, 方便两边的村民穿越铁路, 涵洞宽4.5m, 全涵纵向坡度为平坡。轨底至涵顶高差为1.094m, 顶进施工时须将涵顶填土及道砟全部开挖, 轨道悬空, 框架顶面无覆土。
2 施工方案
根据建设单位的要求, 线路加固后列车行驶限速为45km/h, 采用厂制标准钢梁架空线路方案对线路施工范围内进行加固, (Ⅰ) 道左侧、 (Ⅱ) 道右侧、 (Ⅳ) 道左右侧纵梁均采用2片56a工字钢束, Ⅱ、Ⅳ道线间采用4片56a工字钢束, 共用56a工字钢束10片。横抬梁采用P50轨3~4扣横抬梁, 横抬梁承抬两钢轨后, 与纵梁用螺栓连接。
(1) 安装纵梁:为确保列车行使安全, 据现场土质及经验, 涵身两侧土体不稳定边坡坡度按1∶0.7考虑, 纵梁采用汽车吊安装, 纵梁的两端通过与墩顶上的预埋螺栓与墩相连接。
(2) 穿横抬梁。横抬梁采用P50轨3~4扣横抬梁, 横梁长为5.0m, 间距0.7m。穿入方法根据现场情况从南北两侧穿入。第一, 用8t汽车吊把横抬梁按已排顺序吊放于预定位置;第二, 扒开道砟并挖槽, 沟槽高宽略大于横抬梁尺寸;第三, 人工或绞磨串入横抬梁, 绞磨地锚设在对面线路稳定地段;第四, 横梁与轨道间加设绝缘垫片, 防止连电;第五, 每组横梁穿入后, 用千斤顶顶平;第六, 纵梁与横梁用螺栓连接, 利用横梁上夹板锁定钢轨间隙。
3 顶进涵线路加固验算
横、纵梁的力学检算主要包括弯矩、强度、挠度检算。弯矩:梁的横截面在外力所在平面内的内力偶矩, 常用M表示。强度:在荷载作用下构件截面上分布内力集度, 是抵抗破坏的力, 常用σ表示。挠度:梁横截面形心 (即轴线上的点) 在垂直于轴方向的线位移, 常用f表示。
3.1 轨底至涵顶高程验算
轨底至涵顶高度计算:牛路滩站 (Ⅰ) 、 (Ⅱ) 、 (Ⅳ) 在石长线K117+130处三股道轨顶标高等高, 轨型为P60轨, 轨顶标高为126.46m, 涵顶标高为125.19m, 得轨底至涵顶高差为126.46-125.19-0.176=1.094 m。
工字钢束加横抬梁高度计算: (1) 56a工字钢高度0.56m; (2) P50轨3扣4单层轨束高度为0.152+0.027=0.179m; (3) “U”型箍为Q235Φ25钢筋制作, 高度0.025m; (4) 考虑木契、橡胶垫片等综合因素影响高度为0.1m。由此, 得工字钢束加横抬梁高度计算=0.56+0.179+0.025+0.1=0.864 m。0.864 m<1.0 94m, 轨底距涵顶高度满足顶进要求。
3.2 便梁支墩设计验算
纵梁支墩采用挖孔桩, 股道两侧每侧设2个, 共8个, 桩孔中心距离既有线中心为2.5m, 两桩孔中心横向距离为5m;两桩孔中心纵向距离为5.45m;桩身采用C20钢筋混凝土, 桩身孔径为1.25m护壁采用C20钢筋混凝土, 厚度为0.2m, 护壁顶部3m范围内每隔0.3m设一圈Φ12圆钢, 以下每隔0.5m设一圈Φ12圆钢, 护壁高出地面0.3m;每根挖孔桩长7.0m, 其中基坑以上部分长4.66m, 基坑以下部分锚固段长2.34m。
3.3 纵梁验算
查《桥涵施工手册》得, P56惯性矩Ix=6 5 5 8 5 c m4;截面模量W=2 3 4 2×1 0-6m 3;容许应力[σ]=170MPa;容许挠度[f]=L/400;弹性模量E=210×109Pa。
列车荷载按中活载计算, 并换算成均布荷载, 按《铁路桥涵设计规范》查表得L=6 m, q=1 6 6.7 k N/m, L=5 m, q=1 8 0 k N/m, 累差法计算得, L=5.4 5 m, q=1 7 4 k N/m。考虑站场两线间纵梁同时承受两股道来车时的荷载, 其受力按2倍计算:
Mma x=Mp+Mk×2=1188.4k N·m
σ=Mm a x/n·W= (1188.4×1 0 3) / (4×2342×10-6) =127Mpa<[σ]=170MPa因此满足强度要求。
纵梁挠度为:
[f]=L/400=13mm
fmax=7mm<[f]=13mm, 因此挠度满足要求。
3.4 横抬梁验算
查《桥涵施工手册》得, P50轨惯性矩Ix=2037cm4;截面模量W=269.25cm3;旧轨折减系数取0.9, 弹性模量E=210×109Pa。容许应力[σ]=170MPa;容许挠度[f]=L/250;荷载取值:活载按单个机车轴重220k N, 分布于P50单束轨3~4扣横抬梁承受。
Mmax= (p/2) a=220/2×103×1.75=1.925×105N
σ=Mmax/n·W=114MPa<[σ]=170MPa因此满足强度要求。
横台梁挠度为:
fmax=P·a (3l2-4a2) / (48EI) =220×103×1.7 5× (3×5×5-4×1.7 5×1.7 5) / (4 8×210×109×7×2037×10-8) =17mm
[f]=L/250=20mm
fmax=1 7m m<[f]=20 mm, 因此挠度满足要求。
4 结语
在石长铁路增建第二线施工过程中多处顶进涵采用工字钢束和轨束梁相结合加固线路均获得成功, 方便了施工, 确保了运输安全, 因此受到相关部门好评, 赢得了良好的社会效益。此种线路加固技术也可广泛用于既有通车公路或车站地道、桥梁的施工中。
摘要：石长铁路增建第二线站前2标起讫里程为K104+400-K156+028, 全长51.628km, 其中包括顶进涵38座。石长线属于货运主要通道, 车流量大, 本文着重总结了顶进涵施工时对既有线路加固技术, 制定了切实可行的安全保证措施。
关键词：顶进涵,线路加固,方法
参考文献
[1] 同济大学航空航天与力学学院基础力学教学研究部.材料力学[M].上海:同济大学出版社, 2008.
[2] TB10203-2002, 铁路桥涵施工规范[S].