下穿既有铁路大跨度架空顶进箱涵的设计与施工关键技术.pdf

下穿既有铁路大跨度架空顶进箱涵的设计与施工关键技术  金继伟

( 河南省交通规划勘察设计院有限责任公司，河南 郑州 450052)

摘 要: 高速公路穿越既有铁路时，对于上覆填土较低大跨度斜交顶推箱涵的设计和施工始终是一个难点． 结合洛三高速公路改扩建工程渑陈立交桥的工程，根据其上覆填土较低的特点，采用了架空顶进的方案． 该方案针对铁道线路架空安全可靠性要求高、施工过程中不间断铁路行车等特点进行了设计，系统地对线路加固方案中的便梁支墩挖孔桩的验算、顶进设计中的顶力计算、顶进设备、钢轨桩后背设计、施工时的施工条件、顶进作业工作顺序、施工注意事项等进行了详细阐述，解决了下穿既有铁路大跨度架空顶进箱涵的设计及施工关键技术，为同类工程提供了理论基础和工程实例，为解决上覆填土低的大跨度顶推箱涵提供了重要的技术支撑．
关键词: 下穿既有铁路; 架空顶进 ; 设计; 施工技术
中图分类号: U448． 27 文献标志码: A doi: 10． 3969 /j． issn． 1671 － 6833． 2012． 03． 007
0 引言
高速公路穿越既有铁路时，在保证铁路安全运行的前提下，将在铁路路基一侧预制好钢筋混凝土箱型框架，采用高压油泵带动油压千斤顶，并
借助于预先修好的后背支承，顶入铁路路基内，成为一座铁路立交桥涵，这种方法称之为顶进法． 近年来，随着高速公路建设里程的不断增长，采用顶进法穿越既有铁路越来越多． 当上覆填土较低时，对于大跨度斜交顶推箱涵，由于无法形成卸载拱效应，同时由于顶推箱涵与覆土间的摩擦，容易产生路基沉陷，难以保证铁路的正常运行，因此需要针对这种情况进行专门地分析研究． 目前国内学者对此进行了一些研究，其中杨燕、洪达飞等［1 － 2］对既有顶进箱涵的设计、计算进行研究，对铁路的路基、箱涵顶进及就位情况的检测方法进行了研究，提出了合理的方法和建议，保证了铁路行车畅通和安全，为今后下穿铁路顶进箱涵的设计、施工、监控等提供了借鉴． 但对线路架空安全可靠性
以及顶进钢轨后背桩的设计研究较少，缺乏更深入地系统研究． 笔者在对洛三高速公路改扩建工程渑陈立交桥的设计中，针对上述箱涵特点，采用了架空顶进的方案，使箱涵顶进在铁路线路架空的状态下进行． 笔者依托该工程对下穿既有铁路大跨度架空顶进箱涵的设计及施工关键技术进行了系统地总结，为今后同类工程的设计和施工提供参考．
1 工程概况
渑陈立交桥桥址位于连霍高速公路洛阳至三门峡段改扩建工程( RK66 + 000 ～ RK76 + 000) ，全长 10 km，属山区重丘区路段． 按单向四车道高速公路标准修建，计算行车速度 100 km /h，路基宽 19． 5 m，沥青混凝土路面，桥梁设计荷载为公路Ⅰ级，主线路基横断面为右侧整体式加宽．渑陈立交桥为钢筋混凝土箱涵，与既有义煤运输铁路成斜交 60°，采用顶进施工，顶进长度为11． 8 m，设计涵体净高为9． 7 m，净宽为 23． 25 m，涵底标高 532． 474 m，板顶标高 532． 174 m，涵上既有线轨顶标高为 533． 78 m，其箱涵立面图如图1 所示．
2 设计与施工关键技术
2． 1 线路加固方案
在顶进施工中，为确保被顶进铁路的行车安全和施工安全，必须在顶进作业前对既有铁路线路进行加固，本项目线路架空采用便梁法，即沿铁路纵向设置便梁架空线路，便梁接头处采用高强度螺栓连接． 便梁两端采用 1． 5 m 钢筋混凝土挖孔桩作支点，在纵梁与支撑桩间主架空采用横抬梁连接，横抬梁两端置于 1． 5 m 混凝土挖孔桩上，箱桥顶到相应位置时将混凝土桩拆掉，此时横抬梁已经置于结构顶板上，为减小该处结构顶板上的摩擦力，在顶进过程中横梁下对应位置放置钢滑车减小摩擦力，并在箱桥顶板预埋拉环，用导链锚固铁路轨道，以保证线路的几何形状． 在保证行车安全的条件下，施工单位可根据机具设备施工条件自行拟订线路架空方案． 其架空正立面图如图 2 所示，平面图如图 3 所示．

2． 1． 1 便梁支墩挖孔桩检算
作用在支墩上的荷载主要有: 列车活载，便梁自重，桩身自重等．
查《铁路桥涵设计基本规范》［3］得 L = 10． 0 m时，K0． 5 = 141． 3 kN/m．
考虑列车荷载动力系数，可求得单个桩顶列车活载为: P活 = 875． 35 kN．
综合便梁自重、钢轨自重和桩身自重，单根挖孔桩顶收到的最大竖向外力: P = 1 413． 95 kN．
2． 1． 2 挖孔桩单桩承载力计算按桥涵基础设计规范［4］，磨擦桩轴向受压的容许承载力:

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