简论加固既有线顶进涵施工线路加固技术

【摘要】结合中铁十五局石长铁路增建第二线站前2标顶进涵施工的实例，简述了既有线顶进涵施工线路加固技术，对扣轨采用的工字钢梁进行了检算，以及施工中的注意事项，对今后工程施工有一定的参考作用。
【关键词】既有线；顶进涵施工；线路加固技术
[ Abstract ] with China Railway fifteen Bureau Shichang Railway second line station 2 jacking culvert construction as an example, describes the existing culvert construction line reinforcement technology, fastening rail using beam were seized, and matters needing attention in construction, to the project construction has certain referenced effect.
[ Key words ] existing; culvert construction; line reinforcement technology
2095-2104（2012）
1工程概况
该涵位于石长复线K124+940处，在汉寿站及崔家桥站区间。涵洞设计为5.0m宽、5.3m高钢筋混凝土框架箱涵，与既有线正交，为交通涵。涵身全长18.6横延米，采用顶入法施工，一次从线路左侧顶进就位。
2线路加固
框架涵顶进施工的关键是既有线线路加固，线路加固的主要目的是防止坍方而引起的路基破坏以及防止在顶进时线路产生横移。为确保顶进施工时既有铁路的绝对安全，顶进前根据现有材料及现场条件，研究制定实用的线路加固技术。

2.1挖孔桩检算

挖孔桩开挖位置为人工填土路堤，硬塑黏土，内摩擦角φ=20°，土的粘性系数c=10KN/m2土地容重γ=18KN/m3，极限摩阻力τp=60KPa，桩尖土极限承载力[σ]=250KPa，安全系数取k=1.5。
检算时，取最不利挖孔桩进行计算，挖孔桩单根长8.41m，基础埋深2m；桩径为1.25m，四周各扩孔0.5m；护壁采用C30钢筋混凝土，护壁厚10～20cm，，桩身采用C20钢筋混凝土。

2.1．1地基承载力检算

取1根桩进行计算
（1）列车荷载计算
按中-活载，机车车头中部行驶到桩顶时为最不利情况，
根据铁路桥涵设计规范，降低的动力系数1+μ=1+28/（40+L）
L为跨度=8.00m，由计算得动力系数1+μ=1.58
列车荷载P=（

1.58×1100/2）/2=43

4.5KN

（2）桩体自重计算 G=25×π×R×R×H=25×3.14×

1.25×25×8.41/4=25

7.9KN

（3）土体摩阻力计算 f=S×τp/2 =3.14×

1.25×2×60/2=23

5.5KN

（4）地基承载力计算 σ=（P+G-f）/A
=（434.5+257.9-235.5）/

3. 14×

1.125×125

=115KPa

1.5σ=5×115=172.5KPa＜[σ]=250KPa，地基承载力满足要求。

2.2工字钢梁加固线路
K124+940顶进涵既有线采用工字钢梁上抬梁加固，工字钢由安徽马鞍山钢铁股份有限公司制造，钢材材质为A3钢。每束纵梁采用单层4根I56b工字钢梁，单根长12m，净跨为8.0m，角钢抱箍固定；横梁采用每组1根I32c工字钢梁扣轨梁，单根长5m，角钢抱箍固定。横梁逐空穿插15根，置于纵梁之上，纵梁置于挖孔桩之上，见下图：

工字钢上抬梁加固示意图
采用工字钢上抬梁加固线路时，先将纵梁就位，然后抽换枕木，穿入横梁，最后用U型螺栓将纵梁、横梁及木枕连成整体。

2. 3工字钢梁检算

2.3.1检算依据

本涵采用的工字钢梁以TB10002. 1-99铁路桥梁设计基本规范、《铁路桥梁检定规范》、《钢结构设计规范》为主要依据。

2.3.2计算活载

56b工字钢主梁按中—活载加载，32c工字钢横梁按特种荷载轴重加载。

2.3.3容许应力

由于56b和32c工字梁为临时承重结构，钢的容许应力提高10%，参阅我国的钢结构规范。工字钢的检定容许应力可以这样确定：
抗屈服强度的70%设定，[σw] =210MPa。
主要技术参数：56b型工字钢组合梁每片梁毛截面惯性矩Ix=68500cm4；净截面抵抗矩Wx=2450cm3，32c型工字钢横梁每片毛截面惯性矩Ix=12200cm4；净截面抵抗矩Wx=760cm3。
工字钢厂家提供的产品质量保证书上的参数有：
σs：300～320MPa，σb：430～445 MPa，στ：26～30 MPa

2.3.4容许挠度

根据规范及《铁路工务安全规则》的规定，对架空工字梁的容许挠度，由静活载所产生的最大挠度不超过计算跨度的1/400，横梁的静活载产生的最大挠度不超过计算跨度的1/250。为了结构的整体刚度以利行车安全，二者均按不超过1/400计算。

2.3.5检算

1.纵梁验算

1 ) 荷载计算。

a.列车荷载：查《线路桥涵设计规范》，换算均布荷载：K′=130.27k N/ m。
b.静荷载：纵梁：8×8×115.108 = 7367kg，横梁：15×5×6

2.765=4707kg ,

线上荷载：P60轨及轨枕 60×8×2+251×14=4474 kg，其它连接构件重估算为300 kg，
合计：16848 kg，Q静= 16848/8= 2

1.06kN/m。

c.总荷载K=K′+ Q静= 130.27+21.06=151.33k N/m。

2 ) 列车冲击系数。

列车限速为 45k m/h，则冲击系数：1+0.75uV=1+0.75×0.75×28/(40+8)= 1.3。其u=45/60=0.75。

3 ) 应力验算。

a.抗弯应力：最大弯矩 M=1/8qL2 =1/8(1.3×130.27+21.06)×82=1523kN/m，
则σ

源于：查抄袭率本科毕业论文www.udooo.com

max=M/W=1523×103/(8×2450×10-6 )=7

7.7MPa<[σ W]=210MPa。

b.抗剪应力 :
最大剪力v=1/2×19

3.63×8=775k N，

则最大剪应力：τmax=VS/(Ib) =775× 1464.4×10-3/8×68500×10-8×14.5×10-3=14.28MPa< [στ] =26Mpa。

4 ) 挠度计算。

f=5QL4/(384EI)=5×21.06×84/(384×210×106× 8×68500×1 0-8 )=0.1cm ,
而[ f ]=L/4 00=800/4 00=

2.0cm，即f<[f] 。

2.横梁验算

此涵位于直线，限速45k m/h时，冲击系数为 1.3，横梁不均匀工作系数为 1.3，则综合系数为 ρ=1.3×1.3=1.69，β p=1.69p 。
现行机车最大轴重P =230kN，轴距1.5m，而1.5m内有3根横梁，因此单根横梁的弯矩，M=1/2×230×1.69×1/3×1.4= 90.69k N·m。
其应力σ max=M/W =90.69×103/760×1 0-6=119.33MPa < [σ W ]。
挠度f =0.8827PCL2(3-4a2)/24EI =0.8827×230×103×1.4×5.22×(3-4×1.42/4.32)/(24×230×109×3×12200×1 0-8) =0.98cm<[ f ] = 520/400 =1.3cm。
综上计算可知线路架空纵、横梁强度、挠度均能满足要求。
3工字钢梁施工注意事项：
1.为保持纵、横梁整体受力，纵梁与横梁及枕木联接必须牢固，施工期间要经常检查连接螺栓是否松动，防止横梁失效。
2.线路加固地段每5m增设规矩拉杆一组，以保持线路规矩准确，加固地段的两端增设足够的防爬措施，以防止轨道爬行。

3.线路加固后列车要限速慢行通过，顶进施工期间，列车限速为45km/h。

4结束语
在既有铁路线上增设框架涵洞，采用工字梁进行线路加固最大优点在于不中断既有线行车，保持铁路畅通，对运营干扰较小；对小跨径（6米以下）涵洞施工采用工字梁与采用D型便梁对线路进行加固比较具有以下优点：1、单位重量较轻，便于起吊安装，不需大型吊机，25T即可。2、对施工场地要求相对较小。3、工字梁可裁剪，便于运输和安装。可以大大缩短施工工期，提高功效，提高工程质量，降低物耗，节省劳力，减轻劳动强度，改善劳动条件。
王向阳，男(1975—)汉，籍贯：湖南衡南，学历：本科，职称：工程师，研究方向：铁路、公路施工， 单位：中铁十五局中南公司