道路下穿既有铁路工程设计中的关键技术研究
2017-7-17 16:20:04 点击：
尽管现阶段我国道路穿既有铁路工程设计方法相对成熟，然而受城乡经济发展影响，道路规划难度也在增加，便于下穿施工的位置也逐渐减少，再加上现有技术已经无法满足城市发展需要。针对这种情况，有必要对道路下穿既有铁路工程设计关键技术进行研究，以便做好道路设计工作。
1·线路加固技术
若在既有铁路下完成框架桥顶进施工，就不能将现有铁路切断，应实现安全运行，所以，这就需要对线路进行加固设计，为满足现代铁路需求，主要采用D 型施工便梁技术与纵横抬梁技术［1］。
1． 1 D型施工便梁
对于D 型施工便梁来说，按照跨度的不同基本可以分为四种，分别为1206cm、1608cm、2010cm 以及2412cm，能够被应用到各种桥涵施工建设中，但行驶车速要低于60km/h，线路钢轨至少要达到42kg /m［2］。不同型号的D 型施工便梁在实际利用中无论是线间距还是纵梁位置或是其他部分，都不能采用相同设计，如在D12 施工便梁设计中，双直线的纵梁位置应处于低位，单直线的纵梁位置则应为高位，而D16 施工便梁设计中的双直线纵梁位置则应为高位，单直线纵梁位置则为低位，其他型号或其他部分的设计也是如此，都需要联系实际情况确定。在D 型施工便梁中，单孔结构宽度应控制在24m 以下，多孔框架结构宽度也要控制在24m 以下才能做好线路加固，对于便梁支撑结构则要使用桩基，也便于运输与拆装，但这样的设计方式却对线路线间距、曲线半径等有着较高要求，同时施工应用范围也会受到很大限制［3］。
1． 2 纵横抬梁
利用纵横抬梁完成加固，实际上就是将H 型钢或工字钢应用其中，这种加固方法多用于跨度较大的框架顶进铁路中，之所以选用这种加固方式主要是由于其加固范围相对较大，便于拼装，并可以通过纵横梁来分担重量。
首先，在H 型钢组合纵横抬梁加固设计中，就是将影响铁路的部分完全架空，通过顶进的方式将桩基拆除。其次，在工字钢加固中就是利用框架完成加固，但在这一过程中需要重视路基所承受的荷载，在顶进中一定要设计好前端与侧端天窗尺寸［4］。如果在利用框架顶进的过程中发现会影响铁路路基就需要利用旋喷桩完成加固处理。
2· 框架桥顶进与地基处理技术
2． 1 顶进技术
在道路下穿既有铁路工程设计中经常需要应用顶进方法，其分类有很多，但现阶段使用最多的则是一次性顶入法与中继间分段顶入法［5］。其中顶入法的应用最多，主要是在路基一端应用混凝土箱体，并在线路加固以后用千斤顶等将准备好的框架运用进来，以便将框架桥顶送进到路基中，这样也能够为框架桥施工提供方便。如果要在铁路一端应用顶进，就需要较大顶推力，同时要求有足够大尺寸的结构，并需要一定数量的传力设备。如果框架下穿股道偏多，再加上箱体过长且重量过大进而诱发箱体不均匀下降，针对这种情况，应采用中继间法完成顶入，进而顺利完成框架桥施工。在利用中继间法的过程中，前半部分的中继间会在箱体的推进作用下不断后缩，而箱体末端则会利用反力向前顶进。在利用箱体的过程中应结合现场实际情况设计好布置方式，可以为并列式，也就可以为串联式，虽然前者能够缩短滑板长度，降低传力顶柱，但却要增设横移作业，而串联式方式的应用也要看施工现场是否存在布置困难，只有在无难度的情况下才能使用。
2． 2 工作坑
对于工作坑来说，它是框架桥预制场地，多与铁路呈垂直关系，在设置工作坑位置的过程中应加强与施工场地地形地貌的联系，同时结合既有线路股道等真实情况，并选择好合适的顶进线段，以便减少正线运输影响。在尺寸拟定中，要按照框架桥大小与施工空间确定，在工作坑前端也要设计好铁路距离，进而完成设计。在软土路基设计中，还需要分析软土路基稳定性，保证足够安全，并在坑底周边留下排水沟或集水井，以便做好排水设计。
2． 3 基坑防护
如果在施工中发现工作坑附近存在建筑物，就要做好工作坑防护，一般可以采用钢板桩支护、连续钢板桩支护等完成基坑防护［6］。在钢板桩支护中，多以垂直支护为主，利用工字钢等作为支护设备，在坑壁受到压力以后就可以将压力分散到工字钢中，并在腰梁的作用下送到顶撑等部位。按照相关规定，工字钢应为30 或40 型号，如果是钢轨桩则要将P43 号钢轨应用其中。同时，将连续钢板桩支护结构作为基坑防护，主要是由于其强度较大，具有很好的挡水性能，在实际使用中应先设置好打下板，然后再挖土，这样不仅可以将桩和图紧密贴合在一起，还能减少坑壁土体移动情况，减少沉陷的出现。
2． 4 地基处理
在设计框架桥的过程中，很容易出现地基承载力不足或大幅度沉降的情况，这就需要做好地基加固，一般可以通过换填、水泥搅拌桩等完成设计。如在换填法中，主要是在基础下面铺设适当厚度的土层，并利用高强度材料完成填充工作，如碎石或水泥土等，通过这样的设计就可以强化设计强度。利用这种地基处理方法不仅不会影响铁路正常运行，还可以增强路基强度。选择水泥土作为强化地基的方法，实际上就是用水泥材料当做固化剂，具体来讲就是将地基土与固化剂融合在一起完成加固，在强化了地基承载力的同时，也能强化模量。这种加固方法的应用范围较广，主要是由于其对地质土层要求较少，其应用效果也很好。
3•常见病害处理关键技术
在对道路下穿既有铁路工程设计中，经常会遇到一些病害，不利于设计顺利开展，针对这种情况就需要做好处理工作。首先，箱身裂纹，诱发裂纹产生的原因与混凝土材料配置缺乏合理性与环境温度变化等有很大关系，可以通过优化配料，控制温度的方式来弥补，如果发现存在裂纹就要及时修补，防止病害扩大化。其次，箱身、滑板粘连，这与地下水位偏高、滑板底部土质过软且缺乏平整性有很大关系。应通过降低地下水位，控制滑板平整度的方式增强箱体与滑板之间润滑度，也可以将简易气垫应用进来，这样也可以起到一定的防护作用。再者，防止线路横移，这种情况的产生与框架桥顶与轨道结构中存在摩擦力有一定关系，一旦出现线路横移，铁路安全运行将受到威胁，还会诱发列车脱轨事件，所以，如果出现这种情况就需要及时将线路复位，防止意外事件发生。最后，控制顶进偏差。在框架顶进施工中还会出现顶进偏差，因此，在施工中就要做到边顶进便测量，如果发生移位就要立即纠正，保证其能够符合既定要求，可以通过控制好顶进方向的方式完成设计，如果在使用中发现坑底坂出现滑动情况，就要及时纠正设置方向，保证箱体入土前位置就正确，这样在入土后才能足够稳定，并控制好挖土速度，实现全面挖土，挖土深度要保证在10cm左右，不可过深或过浅。
4· 结束语
通过以上研究得知，在道路下穿既有铁路工程设计中需要设计到很多内容，每一项设计都不可轻视，如果出现安全设计问题，就要及时采取措施解决。尤其是加固技术与地基处理上，一定要联系实际情况做好设计，充分利用施工技术，确保施工正确。
1·线路加固技术
若在既有铁路下完成框架桥顶进施工，就不能将现有铁路切断，应实现安全运行，所以，这就需要对线路进行加固设计，为满足现代铁路需求，主要采用D 型施工便梁技术与纵横抬梁技术［1］。
1． 1 D型施工便梁
对于D 型施工便梁来说，按照跨度的不同基本可以分为四种，分别为1206cm、1608cm、2010cm 以及2412cm，能够被应用到各种桥涵施工建设中，但行驶车速要低于60km/h，线路钢轨至少要达到42kg /m［2］。不同型号的D 型施工便梁在实际利用中无论是线间距还是纵梁位置或是其他部分，都不能采用相同设计，如在D12 施工便梁设计中，双直线的纵梁位置应处于低位，单直线的纵梁位置则应为高位，而D16 施工便梁设计中的双直线纵梁位置则应为高位，单直线纵梁位置则为低位，其他型号或其他部分的设计也是如此，都需要联系实际情况确定。在D 型施工便梁中，单孔结构宽度应控制在24m 以下，多孔框架结构宽度也要控制在24m 以下才能做好线路加固，对于便梁支撑结构则要使用桩基，也便于运输与拆装，但这样的设计方式却对线路线间距、曲线半径等有着较高要求，同时施工应用范围也会受到很大限制［3］。
1． 2 纵横抬梁
利用纵横抬梁完成加固，实际上就是将H 型钢或工字钢应用其中，这种加固方法多用于跨度较大的框架顶进铁路中，之所以选用这种加固方式主要是由于其加固范围相对较大，便于拼装，并可以通过纵横梁来分担重量。
首先，在H 型钢组合纵横抬梁加固设计中，就是将影响铁路的部分完全架空，通过顶进的方式将桩基拆除。其次，在工字钢加固中就是利用框架完成加固，但在这一过程中需要重视路基所承受的荷载，在顶进中一定要设计好前端与侧端天窗尺寸［4］。如果在利用框架顶进的过程中发现会影响铁路路基就需要利用旋喷桩完成加固处理。
2· 框架桥顶进与地基处理技术
2． 1 顶进技术
在道路下穿既有铁路工程设计中经常需要应用顶进方法，其分类有很多，但现阶段使用最多的则是一次性顶入法与中继间分段顶入法［5］。其中顶入法的应用最多，主要是在路基一端应用混凝土箱体，并在线路加固以后用千斤顶等将准备好的框架运用进来，以便将框架桥顶送进到路基中，这样也能够为框架桥施工提供方便。如果要在铁路一端应用顶进，就需要较大顶推力，同时要求有足够大尺寸的结构，并需要一定数量的传力设备。如果框架下穿股道偏多，再加上箱体过长且重量过大进而诱发箱体不均匀下降，针对这种情况，应采用中继间法完成顶入，进而顺利完成框架桥施工。在利用中继间法的过程中，前半部分的中继间会在箱体的推进作用下不断后缩，而箱体末端则会利用反力向前顶进。在利用箱体的过程中应结合现场实际情况设计好布置方式，可以为并列式，也就可以为串联式，虽然前者能够缩短滑板长度，降低传力顶柱，但却要增设横移作业，而串联式方式的应用也要看施工现场是否存在布置困难，只有在无难度的情况下才能使用。
2． 2 工作坑
对于工作坑来说，它是框架桥预制场地，多与铁路呈垂直关系，在设置工作坑位置的过程中应加强与施工场地地形地貌的联系，同时结合既有线路股道等真实情况，并选择好合适的顶进线段，以便减少正线运输影响。在尺寸拟定中，要按照框架桥大小与施工空间确定，在工作坑前端也要设计好铁路距离，进而完成设计。在软土路基设计中，还需要分析软土路基稳定性，保证足够安全，并在坑底周边留下排水沟或集水井，以便做好排水设计。
2． 3 基坑防护
如果在施工中发现工作坑附近存在建筑物，就要做好工作坑防护，一般可以采用钢板桩支护、连续钢板桩支护等完成基坑防护［6］。在钢板桩支护中，多以垂直支护为主，利用工字钢等作为支护设备，在坑壁受到压力以后就可以将压力分散到工字钢中，并在腰梁的作用下送到顶撑等部位。按照相关规定，工字钢应为30 或40 型号，如果是钢轨桩则要将P43 号钢轨应用其中。同时，将连续钢板桩支护结构作为基坑防护，主要是由于其强度较大，具有很好的挡水性能，在实际使用中应先设置好打下板，然后再挖土，这样不仅可以将桩和图紧密贴合在一起，还能减少坑壁土体移动情况，减少沉陷的出现。
2． 4 地基处理
在设计框架桥的过程中，很容易出现地基承载力不足或大幅度沉降的情况，这就需要做好地基加固，一般可以通过换填、水泥搅拌桩等完成设计。如在换填法中，主要是在基础下面铺设适当厚度的土层，并利用高强度材料完成填充工作，如碎石或水泥土等，通过这样的设计就可以强化设计强度。利用这种地基处理方法不仅不会影响铁路正常运行，还可以增强路基强度。选择水泥土作为强化地基的方法，实际上就是用水泥材料当做固化剂，具体来讲就是将地基土与固化剂融合在一起完成加固，在强化了地基承载力的同时，也能强化模量。这种加固方法的应用范围较广，主要是由于其对地质土层要求较少，其应用效果也很好。
3•常见病害处理关键技术
在对道路下穿既有铁路工程设计中，经常会遇到一些病害，不利于设计顺利开展，针对这种情况就需要做好处理工作。首先，箱身裂纹，诱发裂纹产生的原因与混凝土材料配置缺乏合理性与环境温度变化等有很大关系，可以通过优化配料，控制温度的方式来弥补，如果发现存在裂纹就要及时修补，防止病害扩大化。其次，箱身、滑板粘连，这与地下水位偏高、滑板底部土质过软且缺乏平整性有很大关系。应通过降低地下水位，控制滑板平整度的方式增强箱体与滑板之间润滑度，也可以将简易气垫应用进来，这样也可以起到一定的防护作用。再者，防止线路横移，这种情况的产生与框架桥顶与轨道结构中存在摩擦力有一定关系，一旦出现线路横移，铁路安全运行将受到威胁，还会诱发列车脱轨事件，所以，如果出现这种情况就需要及时将线路复位，防止意外事件发生。最后，控制顶进偏差。在框架顶进施工中还会出现顶进偏差，因此，在施工中就要做到边顶进便测量，如果发生移位就要立即纠正，保证其能够符合既定要求，可以通过控制好顶进方向的方式完成设计，如果在使用中发现坑底坂出现滑动情况，就要及时纠正设置方向，保证箱体入土前位置就正确，这样在入土后才能足够稳定，并控制好挖土速度，实现全面挖土，挖土深度要保证在10cm左右，不可过深或过浅。
4· 结束语
通过以上研究得知，在道路下穿既有铁路工程设计中需要设计到很多内容，每一项设计都不可轻视，如果出现安全设计问题，就要及时采取措施解决。尤其是加固技术与地基处理上，一定要联系实际情况做好设计，充分利用施工技术，确保施工正确。