浅谈既有铁路底部箱涵顶进技术的应用

浅谈既有铁路底部箱涵顶进技术的应用

邢毅

玉门油田分公司规划设计院 甘肃酒泉 735019

摘要：论文首先概述了既有铁路底部箱涵顶进技术的形成和定义，最后重点探讨了既有铁路底部箱涵顶进技术实际应用中箱涵的设计、施工工艺及注意事项。

关键词：铁路；箱涵；顶进；地下工程     

近些年，工业与民用的各种地下车间、电站、矿井、储藏库、人防与市政（城市下水道、电缆隧道）等地下工程发展迅速。部分工程选址不可避免的与既有铁路重合。怎样在尽可能保障既有铁路正常运行及轨底土层不被破坏的同时，又能顺利完成地下工程的项目建设，越来越引起业内工程设计及施工人员的关注。既有铁路底部箱涵顶进技术无疑针对以上难点提供了一个新的思路。论文重点探讨了与既有铁路底部箱涵顶进技术相关的设计和施工工艺特点。

1、既有铁路底部箱涵顶进技术简介：

既有铁路底部箱涵顶进技术（jacked in bridge or culvert for existing railway）是指钢筋混凝土箱涵穿越既有铁路底部基础的一种先进施工工艺。也叫箱涵顶进法。

2、穿越既有铁路箱涵设计思路：

穿越既有铁路箱涵一般为单孔或多孔箱形钢筋混凝土框架结构（有时也叫框架桥）。当跨度较小时（一般小于6m）可采用单孔箱形钢筋混凝土框架结构，当结构跨度较大或由于使用和工艺要求是可采用多孔箱形钢筋混凝土框架结构。为改善通风条件和节约材料，中间隔墙还可开设孔洞或用梁、柱代替。

2.1荷载计算：

2.1.1顶板压力：

覆土压力：

q_土= （kN/m²）
水压力：

q_水=（kN/m²）

顶板自重：q= （kN/m²）      荷载计算简图

顶板所受的特载为  （kN/m²） 地面超载q_超（kN/m²）

顶板上所受荷载为：

q_顶= q_土+ q_水+ q++q_超

q_顶=++++q_超

2.1.2地板上的荷载：

q_底= q_顶+        

式中为结构顶板以下，底板以上的两边墙及中间柱等重量

2.1.3侧墙上的荷载：

土的侧向压力：e=（）tan²（45^。-）

侧向水压力：e_w=

作用于侧墙上的荷载为：q_侧=e+ e_w+

式中作用于侧墙上的特载

2.2内力计算：

2.2.1计算简图：

穿越既有铁路箱涵一般纵向很长，横向较短，结构所受的荷载沿纵向的大小近于不变，因此，当不考虑结构纵向不均匀变形时，结构可看作平面变形问题。计算时可沿纵向截取单位长度（例如1m长）的截条当作闭合箱形框架计算。为简便起见，杆件认为等截面（不考虑支托的影响）。

2.2.2截面选择：                  

由结构力学可知，计算超静定结构的内力，必须事先知道各杆件截面的尺寸，至少也要知道各杆件截面惯性矩的比值，否则无法进行内力计算。但是确定截面尺寸，只有知道内力之后才能进行，这一矛盾的产生，是由杆件系统结构力学理论本身带来的。克服这一矛盾的方法是：在进行内力计算之前，通常先根据以往的经验或近似计算方法设定各个杆件的截面尺寸，经内力计算后，再来验算所设界面是否合适。否则，重复上述过程，直至所设截面合适为止。

2.2.3计算方法：

    当不考虑线位移影响时，可按简化计算模型以力矩分配法进行手算。而静荷载作用下地层中的闭合箱形框架一般按弹性地基上的框架进行计算，弹性地基可按温克尔地基考虑，也可将地基视作弹性半无限平面。

框架的内力分析与一般平面框架的区别即在于底板承受未知的地基弹性反力而使内力分析变为复杂。

弹性地基 上平面框架的内力计算仍可采用结构力学中    

的力法,只是需要将地板按弹性地基梁来考虑。图1所示为一平面闭合框架，承受均布荷载q，用力法计算内力时，可将横梁在中央切开，如图2所示，并得出典型方程为：



系数是指在多余力作用下，沿方向的位移，是指在外荷载作用下沿方向的位移，按下式计算：

　 　

　 　

　 　

　 将所求到的系数及自由项代入典型方程，解出未知力，并进而绘出内力图。

3、箱涵顶进法的施工工艺及技术特点：

箱涵顶进法由于箱涵穿越铁路的具体情况（如断面与长度、最大顶力、地质情况、施工技术与地形条件等）不同，采取的施工方法也不一样，具体分为一般顶入法、中继间法、顶拉法、对顶法、对拉法、斜交箱桥顶进、顶进框架和换梁结合法、开槽顶入法、气垫法、液垫法、厚覆土下顶进法等施工方法，下面对常用的一般顶入法及中继间法予以重点说明。

3.1一般顶入法：

箱涵顶进法最常用的方法。可分为一次顶入法和分次顶入法两种。凡在铁路一侧的工作坑内，将在滑板上预制的单孔或多孔整体钢筋混凝土箱涵借助事先修筑的后背，利用千斤顶一次顶入，随顶随挖土直至就位称为一次顶入法。   

此法优点是对铁路运输干扰较小，顶进时间集中，要求列车慢行的时间短。对多孔单独分别灌筑的钢筋混凝土箱涵则应分别逐孔顶入，一般避免同时顶进（因对线路加固不利），各孔间应相错一定距离，这种方法称分次顶入法。

3.2中继间法：

 穿越股道多，箱桥长，纵向配筋要求过多，顶力较大，后背设备增多，此时宜将箱桥分成数段，在节间设置中继间，将箱桥接力顶进。中继间法是我国大型箱桥顶进施工中最常用的一种方法。预制箱桥可布置成并列式或串联式，并列式是将箱桥第一节顶入路基后，再将第二节横移过来，安装第一个中继间，当第二节顶入后，再横移第三节。横移可采用滑道滚移、卷扬机牵引或千斤顶顶移。串联式将数个中继间一次安装完成，连续顶进，但后背距铁路较远，需要顶柱多。并列式需中途停止顶进，横移工作费事。

中继间法的特点是前节利用后节作后背，后背设备较少。为了避免节间产生“错牙”现象，接口处需作特殊处理，如设置剪刀楔、钢搭桦、传力钢筋等。                            

4、箱涵顶进法的施工注意事项：

4.1顶涵施工用的千斤顶、油泵等设备进工地前，应进行压力试验，确认合格方可使用。

4.2工地应设专人对线路进行防护及维修，还应设置值班电话。

4.3在顶进过程中，每顶进一次或每次列车通过后，应对线路进行检修。如发现线路异常，整修后方可放行列车。

4.4采用扣轨梁加固线路时，轨束两端应加轨卡，道心内的轨束两端应加木梭头。横梁的规格必须满足土方开挖坡度的需要。

结语：

既有铁路底部箱涵顶进技术为地下工程项目建设提出了一种新的设计思路。它的优势在于施工期间对铁路运输干扰较小，顶进时间集中，要求列车慢行的时间短，较好的解决了地下工程选址与既有铁路线路重合的矛盾，避免了因线路重合而重新选址或绕行所带来的经济损失。

参考文献：

[1]铁路桥涵设计基本规范--TB-10002.1-2005.

[2]铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范--TB 10002.3-2005.

[3]铁路桥涵地基和基础设计规范--TB 10002.5-2005.