市政道路铁路框架桥线路加固、框架桥顶进施工技术

市政道路铁路框架桥线路加固、框架桥顶进施工技术

刘明友

比亚迪建设工程有限公司 广东深圳 518118

摘要：近年来，我国社会经济的发展对于公路的要求逐渐增高，相对应的，我国公路建设的规模在不断扩大，数量也在逐渐增加，为了能够更好的保障公路建设的实际质量，就需要加强对市政道路铁路框架桥加固以及框架桥顶进施工技术的研究力度。为此，本文在结合香兰中路东段下穿铁路市政道路工程实际施工案例的基础上，对市政道路铁路框架桥线路加固以及框架桥的顶进施工技术进行了相关探究，希望能够为后续相关工作的顺利开展提供可靠的参考和依据。

关键词：市政道路铁路框架桥；线路加固；框架桥顶进；施工技术

1.绪论

为了能够更好的满足当前我国社会经济发展对公路的实际需求，相关公路建设单位就需要进一步加强对市政道路铁路框架桥线路加固以及框架桥顶进施工技术的研究力度。为此，本文将香兰中路东段下穿铁路市政道路工程实际施工案例作为主要研究对象进行了相关研究，希望能够有效保障公路框架桥的建筑质量。

2.工程实际概况分析

2.1相关工程简述

对于香兰中路东段下穿铁路市政道路工程来说，该道路的下部位置穿鹧鸪江冷风库专用线立交桥，此外该道路中的桥框架所具有的整体长度可以达到97.15m，桥体的实际宽度为39.5m。桥体的下述位置厚度都是1.2m：其一是框架桥顶板；其二是框架桥底板；其三是框架桥的边墙，此外，框架桥的中墙厚度为1.1m，框架的整体高度为9.4m。该工程中的框架桥内部设有机动车道与非机动车道，其中，机动车道是双向的六车道。两侧位置的人行道宽度大小为4.5m。

该工程中的框架桥结构形式是2-18m范围的钢筋混凝土连续框架，与道路的中心线之间呈现50°斜交情况。对于中间的框架来说，其每节长度均为16.5m，施工的主要方式是顶进法。而对于位于两端位置的框架，其每节的长度均为16m，施工的主要方式是明挖现浇法。顶进铁路框架节为预制法施工，两条端为现浇法施工，如图1所示。

对于铁路线路的加固操作，本工程主要是通过横抬纵抬梁方式进行的，纵梁的位置在上部，使用的工字钢类型是Ⅰ55b，3根一束，跨度大小为6m，横梁的位置在下部，使用的工字钢类型是Ⅰ55b，长度以及间距大小分别为12m以及0.6m。在实际施工过程中，列车应该保证行驶速度在25Km/h以内。线路加固如图2所示。

2.2工程施工的实际特点以及难点分析

对于该市政道路铁路框架桥施工过程来说，其在整个施工过程中不能够对上方铁路的运营造成不良影响，此外，还具有工期比较紧以及安全方面压力比较大等特点，因此，对于本工程来说，其施工过程中的重点工作包括以下两方面：一方面是在桥体顶进的实际过程中，为避免路基出现塌方问题应该实时监控路基实际情况；另一方面则是在桥体顶进的时候，不好进行方向的纠偏以及高程的控制工作。框架顶进路基挖土方如图3所示。

图1 框架桥预制和现浇图

图2 线路加固图 图3 框架顶进路基土方开挖图

3.市政道路铁路框架桥线路加固以及框架桥顶进施工技术分析

3.1市政道路铁路框架桥的线路加固施工技术分析

首先，应该在实际施工之前做好下述相关准备工作：第一，在综合考虑施工相关技术资料以及设计规范和施工现场实际情况的基础上，制定相应的加固以及顶进施工实际方案，并上报给相关部门进行审批；第二，通过与相关单位签订安全配合相关协议，弄清楚电缆以及光缆的具体位置，并提前将其迁移到需要的位置；第三，做好对相关施工规划工作的报审，为后续铁路框架桥的加固以及顶进工作打下坚实的基础^[1]。

其次，铁路框架桥线路的加固工序所具有的主要工作流程如下：第一，进行施工前的准备工作；第二，进行砼轨枕更换木枕工作；第三，安装P50轨3-3-3-3吊轨梁；第四，孔桩施工完毕之后，进行应力的放散；第五，穿入横抬梁；第六，架设纵梁；第七，框架桥顶进以及相应的施工阶段，并进行铁路框架桥线路的加固范围以及对两端线路的整修；第八，顶进就位之后对线路补充道砟；第九，拆除纵梁；第十拆除横抬梁；十一，拆除吊轨梁；十二，恢复线路并进行相应的整修。

对于纵挑横挑梁工字钢所具有承载力的计算主要涉及以下几方面：第一，计算列车的荷载，对于列车而言，其竖向上所具有的活载大小就等于列车竖向静活载乘以（1+μ×α），经过计算，本工程中的列车竖向活载大小为1350KN；第二，计算制动力或牵引力，按照铁路相关标准要求可以知道，通常情况下，铁路桥的制动力或牵引力是列车竖向静活载大小的10%，不过在其和离心力或列车竖向动力作用进行同时计算的时候，制动力或牵引力则应该是列车竖向静活载大小的7%，经过计算，本工程中的制动力大小为78.75 KN。

对于横挑纵抬梁线路的加固计算主要包括以下几方面：第一，计算纵梁的强度，经过计算可以知道本工程中P恒大小为127.73 KN，P活大小为1428.75 KN，与相关标准对比可知，强度验算结果符合相关设计要求；第二，对于纵梁挠度的计算主要包括以下两部分，一部分是恒载挠度的计算，另一部分则是活载挠度的计算，结果显示满足施工所需的挠度条件；第三，对于纵梁剪力的验算工作，包括下述两部分，一部分是恒载剪力的计算，另一部分则是对活载剪力的计算，结果显示满足相应的需求；第四对于横梁强度的计算，结果显示P恒为54.01 KN，P活为1428.75 KN，满足相应的施工需要。此外，恒载跨中弯矩、活载跨中弯矩、恒载、活载挠度以及恒载、活载剪力等参数经过详细计算也满足相应的工程施工需要。

纵挑横挑梁工字钢承载力计算

(1)荷载计算

列车竖向活载

纵挑横抬梁的跨度为6m。列车竖向静活载按中—活载计算，并换算成均布荷载,按《铁路桥涵设计规范》查表L=6m时，q活=187.5N/m。由于顶进过程中火车慢行25Km/h，所以α=0.75×25/60=0.3125

列车竖向活载=列车竖向静活载*（1+μ×α）

=187.5×6×[1+28/(40+6) ×0.3125]

=1350KN

制动力或牵引力

《铁路桥涵设计规范》中规定：制动力或牵引力按列车竖向静活载的10%计算。但当与离心力或列车竖向动力作用同时计算时，制动力或牵引力应按列车竖向静活载的7%计算，即：

制动力（或牵引力）=187.5×6×7%=78.75 KN

恒载（按跨度6m为一单元）

纵挑梁（Ⅰ55b工字钢）自重：P=113.97×6×9.8=6701.44N

由于是按每3根一束布置，共计2束,故P×3×2=6701.44×3×2/1000=40.2 KN

横抬梁（Ⅰ55b工字钢）自重：P=113.97×6×9.8=6701.44N

按间距0.6m计算，故P×（6/0.6+1）=73.72 KN

P43吊轨梁自重：P=43×3×4×6×9.8=30.34 KN

既有线钢轨自重：P=60×6×9.8×2=7.06 KN

木枕自重：P= 45×11×9.8=4.85KN

其余配件自重：200×6×9.8=11.76KN

（2）横挑纵抬梁线路加固进行简算

①纵梁强度简算：

P恒( )=73.72+30.34+7.06+4.85+11.76=127.73 KN

P活( )=1350+78.75=1428.75 KN

恒载跨中弯矩：

活载跨中弯矩：

强度验算满足条件。

②纵梁挠度简算：

恒 载挠度:

活载挠度:

满足挠度条件。

③ 纵梁剪力验算

恒 载剪力：

活载剪力：

满足需求。

3.2市政道路铁路框架桥的顶进施工技术分析

首先，对于铁路框架桥来说，其顶进施工的主要流程如图4所示。

其次，在实际进行铁路框架桥顶进施工的过程中，应该保证满足下述相关条件：其一是桥体强度达到设计强度的100%；其二是线路加固作业已经完成；其三是获得南宁铁路局的批准。在实际进行铁路框架桥顶进工作的过程中，应该以下述相关条件作为主要依据选用合适的顶力：一方面是桥体中心线与线路之间的夹角；另一方面则是最大顶力合理配置的顶稿数量。为此，本工程中所使用的最大顶力为6201T，并准备36台300T的千斤顶，其中有6台作为备用设备。为保证桥体顶进工作的准确度，应该将桩板式后背桩作为后备，并在实际工作的坑区域设有两侧具有P50轨导向墩的滑板。在实际顶进桥体的过程中，应该通过人工的方式实现对挖掘机以及装载机机械出土的有效配合。并以实际土质的情况实现对每次顶进时千斤顶活塞有效顶程的合理控制。在实际顶进工作过程中应该加强对下述工作的重视程度^[2]：

相关工作人员应该严格按照审批通过之后的施工方案进行施工，从而有效保证施工的整体质量；第二，在顶进工作开始之前应该保证框架桥的主体砼强度达到100%；第三，提前做好顶进之前的准备工作；第四，试顶进工作之前应该修筑好相应的土便道，在试顶的时候，应该保证顶力是工程中所涉及桥体自重的0.8～1.2倍，并且还应该保证千斤顶是逐渐加压方式进行压力的增加，通常情况下，每升压一次就需要进行几分钟的稳定，并安排专门的工作人员对下述设备进行严格的质量检验，一是滑板、二是后背、三是框架桥、四是顶进设备等，在所有设备功能正常的情况下，才能够进行正常的顶进操作，如果是进行空顶操作，则必须对桥体的方向进行严格的控制，保证其与中心线一致^[3]。第五，在进行顶进以及挖土作业的过程中，首先应该保证一切加固情况正常才能够进行此工序，并严格禁止在有列车通过的情况下进行此操作，以施工现场土质的实际情况作为主要依据，确定底板是否吃土，并以框架桥偏差情况为主要依据及时改变挖土所使用的方法；第六，对于顶铁的更换，应该注意要有专门的具有相应合格证书的工作人员进行顶铁吊装工作的指挥，严令禁止工作人员喝酒；第七，对于顶进过程中的测量监控工作来说，应该安排具有比较高专业技能的技术人才对桥体的实际状况进行详细的记录以及分析，一旦发现存在问题，就要及时分析并采取合理措施加以解决，确保整个施工过程的安全顺利进行^[4]。

图4铁路框架桥的顶进施工工作流程图

对于铁路框架桥梁顶进后背桩的检算主要涉及下述几方面：第一，对于最大顶力的计算，本工程中主要有两节预制框架桥，C50混凝土的密度大小取值为2500kg/m³，长度为17.5m的单节自重大小为5307T，取最大的静摩擦系数数值为1.2，根据计算可以得到最大的顶力大小为单节自重乘以最大的静摩擦系数，可以得到其数值大小为6368.4T；第二，对于后背的设计，对于后背来说，其受力的主要模型是，千斤顶将顶力传递到钢横梁位置处，接下来继续将顶力均匀传递到钢筋混凝土的冠梁位置，最终由混凝土的冠梁将顶力传送到土体当中，本工程中所涉及最大顶力分配到每米土体上的力大小为1544.8kN/m，以库仑理论作为主要依据，每米宽度的后背所能产生的被动土压力大小为1/2×rH2λ’，该数值的大小远大于1544.8kN/m，其中r指代的是土的容重，通常情况下其大小取值为1.7t/m

³，λ’指代的是被动土的压力系数，其数值为λ’=tg2（450+φ/2）=tg2（450+300/2）=3，其中φ指的是土体内的摩擦角，无粘性土通常情况下会取值取φ=300，带入相应数据可以得到H=7.78m.设计H=9.5m，也就是说，该工程中的后背土体受力高度应该达到的高度为9.5m，也就是说，本工程中的后背土体受力高度为10m，比1.2E要大，满足相应的施工实际要求。第三，对于工程中后背墙抗压受力的计算，根据相关公式，可以获得混凝土后背梁局部压碎强度检算在后背梁上所产生的作用荷载大小为0.77MPa，远远小于要求的35MPa，也就是说，本工程中采用C35混凝土进行施工是符合实际施工需要的；第四，对于后背梁抗弯受力的计算，主要包括以下两部分，一部分是对于混凝土后背梁最大弯矩的计算，另一部分则是对于混凝土后背梁配筋的计算，相关计算结果显示满足工程施工所需的钢筋配筋实际要求^[5]。

3.2.1顶进后背桩检算

3.2.1.1最大顶力计算

预制框架桥为2节，C50混凝土密度取2500kg/m³，

单节自重（取长度17.5m）为2122.75×2500=5307T

最大静摩擦系数取1.2，所以最大顶力为：5307×1.2=6368.4T。

3.2.1.2后背设计 

后背受力模型如下:首先千斤顶将顶力传递到钢横梁上,由钢横梁将力均匀传递到钢筋混凝土冠梁,混凝土冠梁将力传递于土体中。

3.2.1.3后背土压力计算 

最大顶力分配到每米土体上的力 

E=Pmaxg/L=6368.4×9.8/40.4(后背宽度) =1544.8kN/m, 

按库仑理论，每米宽度的后背能产生被动土压力

E’=1/2×rH2λ’ 

=1/2×1.7×10×H2×3>1544.8kN/m 

r---土的容重，一般取1.7t/m3 

λ’---被动土压力系数，λ’=tg2（450+φ/2）=tg2（450+300/2）=3 

φ-土体内摩擦角，无粘性土一般取φ=300 解得H=7.78m.设计H=9.5m. 

即后背土体受力高度应达到9.5m。 

当H=10m时，E’>1.2E，故后背被动土压力满足要求。

3.2.1.4后背墙抗压受力计算 

混凝土后背梁局部压碎强度检算作用于后背梁上的荷载为 

Q=Pmaxg/S=6368.4×9.8/（2×40.4）=1544.8kN/m2=0.77MPa 

Q=0.77MPa<35MPa，采用C35混凝土满足要求。

3.2.1.5后背梁抗弯受力计算 

a.混凝土后背梁最大弯矩计算 

取1m宽度进行计算，其最大弯矩为 

M=Pmax/n×B/n=6368.4×9.8/30×40.4/30=2801.53kN·m 

b混凝土后背梁配筋计算 

单筋矩形截面的受弯承载力

M≤fcbx（h0-0.5x）

Fcbx=fyAs

M为弯矩设计值；fc为混凝土抗压强度设计值，fc为钢筋抗拉强度设计值，h为构件截面高度；b为构件截面宽度；h0为构件截面有效高度，h0=h-a。

该后背单块梁受力的矩形截面b×h=2000mm×2000mm，受拉钢筋按一层II级Ф16钢筋布置，并且钢筋骨架采用绑扎形式联结，其中混凝土强度等级为C35（fc=16700KN/m²），钢筋级别（fy=360000KN/ m²），混凝土保护层厚度C=6.6mm，Ф25钢筋外径为16mm，故a=6.6+25/2=14.6mm，有效高度h0=1980mm，则 

2801.53=16700×1m×x ×(1.98-x/2) 

解得 x=190mm<ξjg 

h0=0.55×1.98=1.09mm 

所需钢筋截为 Ag=Rabx/Rb=16.7×2000×190/360=17628mm² 

采用Ф25钢筋49根作为抗拉钢筋，Ф25钢筋截面积为490.9mm²，其钢筋面积为 Ag’=490.9×49=24054mm² 

Ag’>1.2Ag，u=Ag’/S=24054/(2000×2000)=0.6%> umin=0.1% 

所以，钢筋配筋满足要求。

3.2.2顶进施工注意事项

在实际进行铁路框架桥顶进施工的过程中，需要注意的事项主要包括以下几方面：

（1）对顶进设备认真检查，经试压无问题后才可组装。顶进过程中发生故障应停镐回油后再维修调整，经过试顶后方可重新开顶。现场设值班电话或对讲机以方便与驻地、驻站员联系。

（2）所有接头和接缝用铁板备严备紧，顶铁柱要顺直平整。

（3）顶进设备安装完毕经专业技术人员检查以后才可试顶，试顶时施工人员不许站在设备附近。

（4）试顶时密切监视油表压力，后背后移变形，顶铁柱变形等情况，有异常时停止试顶。

（5）试顶启动以后再正式顶进。

（6）进入线路挖土时机械挖土人工刷坡，挖土宽度符合规范及工务部门要求。土方运离工作坑坡面，以免压塌工作坑边坡，各种机械在工作坑沿时，均在安全距离以外。

（7）每次开挖进尺根据实际情况控制在0.5米，随挖随顶，已挖好后不得长期暴露，严禁超前挖土。为保证中线方向和顶板高，边角和桥底土方由人工清挖。

（8）土方挖好以后经施工负责人检查以后再通知顶进。

（9）派专人指挥挖土和看护路基，防止路基塌方砸伤人员，影响行车安全。顶进现场备有适当数量道碴、枕木、编织袋、木材、钢轨等料具，一旦线路有问题立即组织抢修，确保既有线的安全，有效保障相关施工人员的生命安全[6]。

（10）技术人员做好顶进的水平、中线、顶程和顶力的记录，及时分析顶进情况，对中线偏差和标高偏差书面交底，施工负责人按书面交底对中线和标高进行调整。

（11）坚持有行车时不顶、线路和加固状态不好时不顶。

（12）顶进设备附近不许有人，防止顶力较大时顶铁跳起或高压管路伤人。

（13）坚持“一一检查”制度，每次开顶之前，施工负责人都将认真检查顶进设备和线路状态，没有问题再发布顶进命令。

（14）施工现场坚持“分工负责制”，各负其责，有问题时统一认识，不瞎指挥、违章作业。

（15）坚持“施工进度服从安全和质量”的原则，不因抢进度而影响施工质量和行车安全。框架桥顶进进入线路范围时，应安排线路检测组专门对铁路线路方向、水平和前后高低进行观测，根据检查结果进行分析，制定针对性的线路整治方案和措施，确保顶进作业和铁路线路正常运行。

3.2.3 顶进过程支承桩的拆除

①准备工作：

a.框架预制完成后，沿着框架顶进方向布置槽钢作为横梁转移支点的导向，并固定槽钢，使其不能发生偏移。当框构顶进至进入横抬梁1.0m时，发出停止顶进命令。在顶板上用液压起道机抬起横抬梁，并在每片横抬梁下铺设一组滑道。滑道由2根短枕与一块钢轨夹板组成。

b. 在横抬梁两侧顺顶进方向各安置短枕一根，间距与钢轨夹板长度相同，钢轨夹板垂直顶进方向搁置在短枕上。并用木版在钢轨夹板与短枕间垫实，使钢轨夹板密贴于横抬梁下的槽钢上。

c.当横梁支点转移至框架顶部时，在槽钢与框架顶部间设置滑车，减少顶进过程中发生的摩擦力。

d.设置地锚吊环与纵横梁相接，防止顶进过程中，线路发生横向位移。

②施工步骤：

a.顶进施工中当框架前端距A排挖孔桩0.5米时，此时横抬梁伸入框架顶部的长度应足够规定，满足设置滑车。在列车行车间隔时间将横抬梁在框架上面的支点和B排挖孔桩上的支点用短枕木头或木板垫牢，拆除A排挖孔桩。这时横梁一侧搭在框架上,另一侧在B排桩上,待A桩破除完毕后，设置滑车继续顶进作业。如图5所示：

图5

b.顶进施工过程中,列车经过时停止顶进作业，用枕木头或木板将横抬梁支点垫牢。当框架前端距B排挖孔桩0.5米时，此时框架桥顶进端已超过轨道外侧满足要求,在列车行车间隔时间将横抬梁的支点再次转移至在框架上面上的支点用短枕木头或木板垫牢，拆除B排挖孔桩。当B排桩被破坏时，这时横梁均搭在框架上，待B桩破除完毕后，设置滑车继续顶进作业。如图6所示：

图6

c.顶进过程中主横抬梁一端搭在框构桥顶板上，另一端搭在挖孔桩基础上。辅助横抬梁一端搭在框构桥顶板上，另一端搭在路肩枕木垛上。当框构前端顶至挖孔桩时，将横抬梁在挖孔桩和枕木垛上的一端支撑牢固，横抬梁在框架上面的一端支点用短枕木头垫好垫牢，确认线路完全处于稳定可靠时方可拆除挖孔桩。挖孔桩的拆除采用带炮头勾机和人工风镐配合拆除，挖孔桩的下部要拆到框架底以下10cm。

4.结束语

综上可知，在进行市政道路下穿铁路建设的过程中，只有在综合考虑铁路框架桥实际施工现场情况以及相关铁路建设标准要求的基础上，选择符合实际情况的合理铁路框架桥加固以及框架桥顶进施工技术，才能够在最大限度上保证铁路框架桥的实际施工质量，从而更好的保障市政工程项目的整体建设质量，更好的满足当前我国社会发展以及人们日常生产生活对于市政道路的实际需要，进一步推动我国公路建设工作的健康可持续发展。本文通过将香兰中路东段下穿铁路工程线路的加固以及框架桥的顶进实际施工作为主要研究对象，实践结果显示，通过科学且合理的施工方案以及相应的技术保障措施，能够有效保证工程的顺利开展和进行，从而在保证市政道路建设能够按照预订期限完工，有效保障了相关建设单位的施工经济收益，推动市政工程建设相关企业的长远发展。

参考文献

[1] 兰帆. 不等高铁路框架桥整体顶进施工技术[J]. 科技创新与生产力, 2017(1):101-103.

[2] 陈志涛;. 铁路道口“平改立”大跨度框架桥施工技术[C]// 第十八届站场与枢纽年会. 2017

[3] 张荣飞, 张胜锋. 顶进框架桥下穿铁路加固防护工程造价分析[J]. 高速铁路技术, 2018(3):56-57

[4] 陈亮. 复杂条件下框架桥下穿多股营业线快速顶进施工技术[J]. 工程技术研究, 2017(11):23-24

[5] 莫德均. 探讨D便梁加固线路在铁路框架桥施工中的应用[J]. 建材与装饰, 2018(11):89-90

[6] 王建省, 王宗泽, 张亮, 等. 北京市丰台区新发地1-16m铁路框架桥设计与施工方案的确定[J]. 中国科技信息, 2017(1):48-49

作者简介：刘明友，男，1964年9月出生，大学专科，工程师职称，主要从事市政轨道交通及轨道工程线路桥梁结构分析、加固、检测等方面研究。

12 / 12