原有铁路框构桥拆除及新建工程设计与施工

摘要：既有铁路框构桥宽度无法满足日益增长的车辆通行需求，框构桥拆旧建新改造质量和效率亟待提升。以大石桥市铁西地道桥改造工程为例，设计了拆除既有框构桥的同时新建框构桥的方案。面对工程难点，从道岔平移、地质条件改善、线路加固设计和轨道沉降控制等方面提出解决方案：一是对道岔进行平移，避免道岔对框构桥施工的影响;二是利用管幕增加地基承载力，实现框构桥顶进方向的精确控制;三是在既有铁路线路上架设对轨底至梁底距离要求较小的D20甲型施工便梁，规避了常规纵横抬梁加固方式的弊端;四是确定了静态几何尺寸容许偏差管理值，校正了轨道沉降因素。在不中断铁路行车的前提下，设计方案实施了对既有框构桥的拆除改造，保障了工程质量与工期，为类似工程提供了技术指南。

关键词：框构桥;线路加固;拆旧建新工程;顶进;纵横抬梁加固

引言

随着城市基础设施建设的不断加快，既有铁路两侧道路的联通和畅通成为迫切需求。在既有铁路周围修筑框构桥，具有拆迁少、占地少、适宜周边城市景观风格等优点，受到了广泛应用。但受到交通流量增大等因素的影响，一些城市的既有道路宽度不再能够满足车辆通行要求，尤其是市政道路下穿铁路的框构桥，成为道路瓶颈，堵车时常发生，给民众出行带来了极大困扰。

在这一背景下，对既有框构桥进行改造成为必要选择。余康林[1]以天津北站25号桥改造工程为例，介绍了在既有车站周围拆除旧桥、顶进新桥的设计与施工方案。卢岛[2]以山东省德州市三八路下穿京沪、石德铁路为例，介绍了在车站咽喉区顶进框构桥的设计特点，并对铁路设备迁改、既有桥拆除等方面作了详细介绍。赵永刚[3]结合灵石县迎宾路下穿南同铁路改造工程中拆除既有3孔框构桥的工程实例，详细介绍了凿除既有框构桥、加固既有铁路线路的施工工艺。

然而，在不间断铁路行车前提下完成既有框构桥的改造，存在诸多难点。本文以上述工作要求为参考，根据大石桥市铁西地道桥改造工程概况和技术难点，详细介绍道岔平移、地质条件改善、线路加固设计和轨道沉降控制等实施思路，实现了拆旧建新，在不间断铁路行车的前提下完成了既有框构桥的拆除改造，尤其是规避了常规纵横抬梁加固线路的弊端，管控了建设风险。

工程概况与技术难点分析

工程概况

新建大石桥市铁西地道桥位于大石桥火车站南侧，桥长41.5m，轴线与铁路交叉里程为沈大下行线K237+270.95，交叉角度为90°，结构形式为2~12m框构桥，采用顶进施工的方式下穿铁路线。

在新建框构桥原位处有一座既有框构桥，桥轴线长47m，净宽5m，高4.4m。既有框构桥上有5条铁路线，自东向西分别为沈大上行线、走行线、沈大下行线、营口线、牵出线，线间距分别为5m、5m、5m、6.34m，如图1所示。其中，沈大上行线、下行线、营口线采用60kg/m钢轨，其余采用50kg/m钢轨;沈大下行线、营口线为无缝线路，其余为标准轨线路。既有框构桥上方有9号、11号、13号、15号道岔。

新建框构桥净宽为2~12m，全宽26.7m，桥高7.57m。顶板及中墙厚0.8m，侧墙厚0.9m，底板厚0.9m。顶板梗肋长1.2m，高0.4m，底板梗肋长高均为0.6m。轨底至顶板顶距离不小于0.9m。

桥址处地质情况较差，框构桥基底处于基本承载力为115kPa的粉质黏土层。地下水位为1.9~2.15m。地层最大冻结深度1.3m，地震基本烈度7度。

1.2技术难点分析

(1)在框构桥施工范围内，沈大上行线有道岔。线路加固前，需将施工范围内的道岔临时移出施工范围。

(2)框构桥周围地质条件不好，地下水位较高，降水井布置困难。加之框构桥结构轴长较长，顶进时极易造成扎头较大和天窗过大现象。因桥址处有5条线路，对线路采用旋喷加固处理存在技术上的难题。

在新建框构桥顶进前，需将既有框构桥拆除。受到多年的铁路线路养护、维修及落道的影响，既有框构桥顶板顶至轨底的距离只有35cm，不能直接采用常规的纵横抬梁加固方式。

加固体系转换时，既有轨道的沉降如何控制，也是不得不考虑的。

方案设计

道岔平移

为使道岔在线路加固期间不进⼊框构桥施工影响范围，本次设计将既有13号、15号道岔向大里程方向均平移25m，将既有9号、11号道岔向小里程方向分别平移8m、11.2m，同时进行四电迁改。施工结束后，道岔恢复既有状态。

地质条件改善

为解决地质条件差的问题，在实施框构桥顶进作业前，需对滑板至框构桥就位范围的路基及地基进行加固处理。本工程采用Φ45cm管幕作为工作坑端部至框构桥就位范围内的基底滑床板。管幕顶进就位后，管内灌注C30微膨胀砼，并在框构桥边墙两侧设置钢管幕，以控制框构桥顶进时的侧天窗，同时可以控制框构桥顶进的方向。

管幕工作坑分别设在线路两侧。在施工框构桥工作坑时，先施工管幕工作坑，框构桥边墙两侧管幕设置在距轨底4.5m以下部位，侧向管幕与框构侧墙预留5cm缝隙。在钢管顶进过程中，采用测量仪器对钢管进行高低左右偏差监测，误差不超过30mm。将管幕从两侧路基顶进就位后，夯填管幕工作坑，施工框构桥工作坑滑板，预制、顶进框构桥。

线路加固设计

由于无法采用纵横抬梁加固方式进行线路加固，考虑了一些常规方案。例如，在既有框构桥范围内，用于线路加固的横梁由Ⅰ56c工字钢调整为轨束梁，从而减低加固结构的建筑高度;或者，在新建框构桥顶板顶部预设Ⅰ56c工字钢横梁，边顶进边凿除既有框构桥顶板。但这些措施工期长、成本高，对既有线运营影响也非常大。

通过对工期、成本及对既有线运营的影响，综合考虑，在既有铁路线路上架设D20甲型施工便梁。该梁轨底至梁底要求距离较小，距离最小可为275mm，满足现场距离不超过350mm的条件。然后，利用施工天窗凿除既有框构桥的顶板及部分侧墙，以满足穿⼊工字钢横梁高度要求，从而形成了一个常规的纵横抬梁体系，满足新建框构桥的顶进施工要求。拆除既有框构桥立面图如图2所示。

轨道沉降控制设计

根据《铁路轨道工程施工质量验收标准(TB10413-2018)》[4]以及《普速铁路线路修理规则(铁总工电〔2019〕34号，TG/GW102-2019)》[5]的相关规定，确定时速≤120km/h的普速铁路轨道的静态几何尺寸容许偏差管理值，如表1所示。

方案实施

方案实施共有八个工作过程：

)框构桥主体施工基坑开挖前1个月，在基坑开挖面的四周布设大口井降水，井间距为12m，水位降至工作坑底面以下0.5~1m。降水井抽水期间，应注意观察基坑边坡稳定状况，避免发生坍塌。

对既有无缝线路进行长轨放散，在铁路线两侧开挖工作坑，安设管幕设备。管幕施工完毕后，施工框构桥滑板、后背梁、后顶背等，然后预制新建框构桥。在框构主体顶部防水层进行施工，框构桥边墙外侧涂两层再生橡胶沥青涂料。

框构桥预制和养生期间，根据施工安排进行线路临时过渡施工、四电迁改。

采用D20甲型施工便梁对既有线进行加固，选用轨底至梁底距离为275mm的形式，加固期间列车限速45km/h。

采用浆砌片石填充既有框构桥，利用既有线路的施工天窗，从线路上部向下凿除既有框构桥的顶板及部分侧墙，以满足穿⼊工字钢横梁高度要求。铁路线开通前用道碴回填捣实。

)对既有线路进行纵横抬梁加固。如图3所示，采用3-5-3吊轨梁加Ⅰ56c工字钢纵横抬梁加固形式，横抬梁间距80cm，并将加固范围内线路全部更换为250cm×16cm×20cm新Ⅰ类木枕。工字钢横梁整体横向贯通，各线路高差采用在枕木下垫木板调整。横抬梁支点一端放在框构桥顶板上，一端放在路基顶面，顶进前端用钢轨锚梁顶住，防止横梁窜动引起线路变形。纵梁根据线间距采用Ⅰ56c工字钢，3片/组，枕木垛支点。工字钢纵、横梁拼接采用栓接。横梁与框构桥接触面设28c槽钢滑道，列车通过时，用楔形垫木将加固设备与框构桥接触面的空隙塞紧[6-10]。

待新建框构桥混凝土达到设计强度后，进行顶进作业，边顶进边拆除剩余的既有框构桥部分及填充的浆砌片石。顶进时严格控制主体方向及高程，产生偏差应及时纠正。

拆除线路加固设施，铺设线下道碴，恢复线路，施工两侧引道。

结束语

本文设计并实施的方案主要应用特点包括：

(1)利用管幕增加地基承载力，控制侧天窗，并且控制框构桥顶进方向。

(2)采用D20甲型施工便梁加固既有铁路线，在既有铁路线上利用列车间隔人工凿除既有框构桥的顶板及部分侧墙，以满足穿⼊工字钢横梁高度要求。

(3)采用浆砌片石填充既有框构桥，在拆除D梁加固后，用道碴回填捣实。这样既可缩短影响既有线运营的时间，还可以避免既有线沉降太大。大石桥市地道桥改造工程地点位于大石桥市内，临近大石桥火车站，无法采用铁路便线方案，只能采用原位拆除既有框构桥新建框构桥的方案。沈大上行线、沈大下行线是干线铁路，每天经过的列车有138对，每小时运能损失补偿费约为4万元。该设计方案的实现，既可以减少对铁路行车的影响，又减少了工程造价，更重要的是保障了工程质量与工期。大石桥市铁西地道桥改造工程主要有处于铁路“咽喉区”、地质条件差、既有框构桥顶板顶至轨底间距小等技术难点。本文对上述难点逐一击破，进行了拆旧建新设计，主要包括线路迁改、地基处理以及线路加固等，解决了现有技术中因框构桥顶部至轨底距离较低而导致的常规纵横抬梁加固方法不再适用的问题，从而保证了既有线路的运营安全，也为类似框构桥施工改造提供了参考。

参考文献

余康林.既有车站拆旧桥顶进框架桥设计[J].高速铁路技术,2015(2):72-76.

卢岛.车站咽喉区顶进框架桥设计[J].工程建设与设计,2019(4):161-162.

赵永刚.既有铁路框架桥拆除施工技术[J].建筑工程技术与设计,2018(7):582-583.

铁路轨道工程施工质量验收标准:TB10413-2018[S].