浅谈箱涵顶进公路的路线加固方案

浅谈箱涵顶进公路的路线加固方案

摘要:下穿公路的构筑物实施时一般不采用顶进法施工,公路临时改线,开挖原公路路基施工即可,即操作简单,又造价低廉,但也有特殊情况不能按此方法实施。神华北电胜利一号露天煤矿二期M606皮带下穿锡阿公路的通道采用箱涵顶进公路,为减小对既有公路运输的影响、确保箱涵顶进施工安全,必须对公路路线进行加固。设计采用钢板、钢轨、轨枕、碎石等材料构成的路线加固方案,圆满的完成了路线加固任务,在箱涵顶进的实施过程中起到了极为关键的作用。

关键词:箱涵顶进公路路线加固

1 项目背景

神华北电胜利一号露天煤矿二期M606皮带拟与一期M102皮带平行建设,中线间距15 m。已建成的一期M102皮带与锡阿公路交叉处,采用皮带下穿公路方式,二期工程M606皮带与锡阿公路交叉经多方案比选仍采用下穿公路方式。由于锡阿公路为二级公路,交通量大,以运煤车居多,交通不能中断;且拟建二期M606皮带与一期M102皮带相距太近,无法利用一期已建成的公路桥梁修建便道。因此,二期M606皮带下穿锡阿公路的通道只能采用顶进法施工。

2 工程概况

本项目皮带下穿锡阿公路的通道按顶进箱涵设计,箱涵净宽4.2 m,

净高2.8 m,箱涵结构的两侧壁厚0.4 m,顶、底板厚0.5 m,箱涵顶部的覆土深度为 1.0 m。顶进施工时,为保障上部公路的正常通车,采用钢板、钢轨、轨枕、碎石等材料临时架空线路。汽车通过临时钢板路面时限速10 km/h。

3 路线加固方案

路线加固设计图(见图1)。

实施步骤如下:

(1)锡阿公路目前路况较差,路面很不平整,应先在铺设木枕范围采用碎石整平路面。

(2)在路面架空范围外、碎石上沿平行箱涵方向铺设木枕。

（3）在木枕上沿平行公路方向铺设钢轨。

(4)用碎石把钢轨下及钢轨间空隙填实(不包括两中间木枕间范围)。

(5)把钢板平铺在钢轨上,并与钢轨焊接。

(6)采用碎石顺接钢板路面与前后公路。

为保障不中断交通,拟按两次分别实施半幅路面范围。实施时及实施后应采取临时交通安全措施,车辆应限速10 km/h通过实施好的钢板路面。

4 路线加固的计算

4.1 钢轨特性

各型钢轨断面参数、钢轨钢抗拉强度及屈服强度见《铁路轨道设计规范》(TB 10082—2005)附录F。

钢轨的强度条件是要求轨头及轨底的边缘荷载应力的最大可能值,不超过钢轨钢的屈服强度除以一定的安全系数所得出的容许应力,其表达式如下:

轨头Md/W头≤【σ】=σs/K

轨底Md/W底≤【σ】=σs/K

K——安全系数,新钢轨K=1.25,再用轨K=1.3～1.35。

4.2 汽车荷载

根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004),锡阿二级公路为干线公路且重型车辆多,采用公路——Ⅰ级汽车荷载。车辆荷载的立面、平面尺寸(见图2)。

4.3 采用材料选型及钢轨布置间距

参照公路施工手册《桥涵》中临时桥梁的实施经验,钢轨采用CHN60钢轨、12.5 m标准长度、垂直磨耗≤6 mm的再用轨。钢轨用普通道钉固定在Ⅱ型普通木枕上,间距按0.25 m平行公路方向铺设。钢板采用GB700规定的Q235B普碳钢板,尺寸12500 mm×4500 mm×30 mm。

4.4 应力检算

本路线加固设计的主要承力构件为钢轨,可视钢轨为等直梁进行应力检算,即梁的横截面的最大工作正应力σmax不得超过材料的许用弯曲正应力【σ】。结合本工程实际情况,钢轨的最大工作正应力σmax包含三部分:钢轨自重产生正应力σmax1、钢板重量荷载产生正应力σmax2及车辆荷载产生正应力σmax3。

4.4.1 钢轨自重产生正应力σmax1计算

钢轨自重可视为均布荷载作用。CHN60钢轨为60.64 kg/m,折合0.606 kN/m。由材料力学原理可知,此种情况下,在梁跨中点横截面上的弯矩值最大,M max1=ql2/8=0.606×7.42÷8=4.152 kN·m,σmax1=Mmax1/W=4.152 kN·m÷291000 mm3=1.427 kN/cm2。

4.4.2 钢板重量荷载产生正应力σmax2计算

钢板重量荷载同样可视为均布荷载作用。2块12500 mm×4500 mm×30 mm的钢板产生均载计4.5×0.03×2×7.85×10÷37=0.573 kN/m。

Mmax2=ql2/8=0.573×7.42÷8=3.922 kN·m,σmax1=Mmax1/W=3.922 kN·m÷291000 mm3=1.348 kN/cm2。

4.4.3 车辆荷载产生正应力σmax3计算

由图2可看出,两后轮作用在钢轨梁跨中点时产生的正应力最大。各钢轨中心间距为0.25 m,各钢轨顶边到顶边为0.25-0.073=0.177 m。单个后轴重140 kN,后轮的着地宽度为0.6 m,经0.03 m厚的钢板分散到轨面上,力的作用宽度为0.6+0.03×2=0.66 m,可认为车轮压在3～4根钢轨上,每根钢轨承担的最大集中力应大于140÷2÷3=23.333 kN,权且按23.333 kN计。再考虑0.1的冲击系数,折算车辆荷载作用到钢轨上的集中力为23.333×(1+0.1)=25.666 kN。根据材料力学原理,可能存在以下两种情形产生的正应力最大,分别计算如图3所示。

因此,Mmax3取76.998 kM·m,σmax3= Mmax3/W=76.998 kN·m÷291000 mm3=

26.460 kN/cm2。

4.4.4 钢轨的最大工作正应力σmax检算

根据力的叠加原理,钢轨梁跨中点时产生的正应力最大,σmax=σmax1+σmax2+σmax3=1.427+1.348+26.460=29.235kN/cm2= 292.35 MPa。屈服强度σs取405 MPa,再用轨安全系数K取1.35,【σ】=σs/K=405/1.35=300MPa。σmax≤【σ】,能够满足需求。