鲁凤明
中铁上海设计院集团有限公司徐州设计院，江苏省徐州 221000
摘 要 文章通过S103济枣线泰安段改建工程下穿瓦日铁路立交桥工程实例，对重载铁路线路加固铁路进行分析及计算，为重载线路框架桥顶进施工提供必要参考。实践证明，线路加固体系在重载条件下顶进安全可行。
关键词：重载铁路；路框架桥；线路加固；验算
1 工程概况
本项目在山东省泰安市良庄镇南与瓦日铁路交叉，交叉处公路里程为K25+908.7，对应铁路里程为瓦日铁路K982+008，位于既有（4+14+4）m框架桥东侧，线路中心线与铁路中心线右夹角为80°，拟建下穿瓦日铁路立交新增（18+8）m连体式钢筋混凝土框架结构，箱身长度为16.50m（正交尺寸），为提高顶进施工的安全，箱身顶进端设置4.5m悬臂挑檐，后端设置3.0m悬臂挑檐。箱身采用C40钢筋混凝土，箱身结构净高6.9m，顶板厚1.3m，底板厚1.55m，边墙厚1.3m。新建箱身与既有箱身之间的缝隙为30cm,用M10水泥砂浆灌缝，上部5cm沥青砂胶填塞。工作坑设在瓦日铁路南侧，采用顶进法施工。
2 加固体系
由于瓦日铁路为世界上第一条按30吨重载铁路标准建设的铁路，线路加固一直是下穿铁路的难题。本框架桥采用3-5-3扣吊轨梁和横抬纵挑法布置的工字钢、路基防护桩、支撑桩、抗横移桩及顶梁组成线路加固系统（满足列车慢行45km/h的要求）。线路加固示意图见图一。
.png)
图一 线路加固示意图
2.1扣轨加固
组装形式按3-5-3扣设吊轨,钢轨用50kg/m。钢轨接头需错开1m以上，伸出框构边墙以外不小于10m，且伸出路基稳定边坡以外不小于5m。吊轨与其下枕木用22-U型螺栓联结在一起，钢轨用50kg/m。吊轨与下面的枕木用U型螺栓和扣板连在一起增强整体性。扣轨加固所有部件均低于既有线路轨顶。
2.2铺设纵、横梁
横梁采用Ⅰ50c工字钢，垂直线路布置，在木枕之间穿过，横梁间距为0.6m-0.6m-1.2m循环布置，每根木枕与扣轨均采用U型螺栓及扣板连接。为了减少箱涵顶进时桥后土体承受的铁路活载，并使横梁牢固联结在一起，沿线路方向在两线路中间采用Ⅰ45c工字钢纵梁，2根一组，线路两侧采用Ⅰ50c工字钢纵梁，3根一组。纵梁接头错开1.5m。纵梁工字钢与横梁工字钢用?22螺栓联结在一起，纵梁两端支撑于混凝土支墩基础上。
采用将卷扬机固定在铲车上形成固定平台，利用钢丝绳拖拽工钢来提高效率。注意钢丝绳角度，避免造成轨道联电。横梁与吊轨梁连接牢固紧密，横梁穿完后回填石砟并捣鼓密实。在钢轨外端和线间以枕木头和木板作为支撑点支撑横梁。
3 纵横抬梁加固体系验算
3.1横向工字钢强度检算
本方案加固体系中横向工字钢为主要受力构件，受力形式为简支梁受力。施工过程中严格控制挖土一次不超过1.10m，按最不利荷载情况验算。
横向工字钢采用I50a，间距采用0.6m-1.2m-0.6m，按照最大间距1.2m检算横梁。活载采用瓦日铁路活载轴重作为计算荷载，轴距为1.6m，限速不超过45km/h时，计算冲击系数1+μ=1.15。同时考虑横向工字钢的不均匀工作系数1.2，综合附加系数β=1.15×1.2=1.38。横梁受力最不利情况为，钢轨居于横梁中间，其上受两个集中荷载作用，跨中弯矩最大时受力情况如下。
.png)
图二 弯矩计算简图 图三 前端开挖跨空计算简图
（1）横梁间距1.2m时单根横梁受到的最大弯矩，详见图二
.png)
（2）弯曲应力按照Q345钢材弯曲容许应力
.png)
可得
在满足应力限制的条件下横向工字钢最大计算跨度可达到L=251+150+251=652cm。
（3）剪应力
.png)
，剪应力满足要求。
3.2前端开挖跨空检算
（1）按照横梁在框架桥上支撑长度0.3m，路基上支撑长度1.75m计算详见图三，开挖跨空为
由于框架顶进前对铁路路基土体进行注浆加固处理，顶进施工前段开挖边坡坡度按照1:0.7考虑，框架桥前段设置4.5m长挑檐，其最大开挖顶进净空为。施工时严格按照每次进尺1m，前段路基边坡是安全稳定的。
3.3横向工字钢挠度检算
.png)
略大于限值
在满足最大计算长度6.52m时横向工字钢挠度为17.0mm，仅超出限制0.7mm。但在施工时控制每次顶进开挖长度控制在1.0m，实际受力长度达不到6.52m，实际挠度将在限制规定范围内。
纵横抬梁中横向工字钢最大挠度远远小于D型便梁横梁挠度（横梁缩短至3.46m）。
横向工字钢通过U型螺栓与纵梁和扣轨连接，达到稳定横向工字刚的目的。
纵向工字钢采用三根一束布置，可有效减轻单根工字钢的受力，均匀分配横向工字钢传递下来的铁路荷载，较小路基集中受力，减轻铁路路基坍塌性破坏。
.png)
图四 纵横抬梁加固体系
纵向工字钢采用三根一束布置，可有效减轻单根工字钢的受力，均匀分配横向工字钢传递下来的铁路荷载，减小路基集中受力，避免铁路路基坍塌性破坏。根据上述计算可知纵横抬梁加固体系的强度、刚度及稳定性均能满足规定要求。
4 结论
S103济枣线泰安段改建工程下穿瓦日铁路立交桥工程采用上述万吨列车线路加固体系。工程于2020年8月10日开始至2021年3月23日结束，顶进施工慢行45k m/h。重载列车列车通过时，铁路路基未产生坍塌，满足路基沉降要求。通过施工证明，此种加固方法能够保证线路平顺及列车正常运行。本工程的顺利完成为同类工程的施工提供了参考资料。
参考文献：
[1]钢结构设计标准 ：GB 50017-2017[S].北京：中国建筑工业出版社，2017.
[2]铁路桥涵设计规范：TB10002－2017[S]..北京：中国铁道出版社，2017.
[4] 崔建力.万吨重载列车铁路线路加固方案[J].内蒙古科技与经济，2010（14）：118-120.
作者简介：鲁凤明（1985-），男，山东曹县人，硕士研究生，工程师，从事桥梁工程设计与研究。
通讯地址：江苏省徐州市云龙区镜泊西路吉田商务广场C栋4楼