跨既有电气化线路承重式防电棚设计与施工

摘要：文章以深圳市红桂路跨广深铁路K144+333m处四线电气化线路，对承重式防电棚设计与施工方面，提出具体控制措施，有助于保证工程施工及铁路营运安全。此次工程有着以下特点，如施工安全压力大；施工外层协调量非常大，手续繁杂；单次施工有效时间短，施工周期比较长；施工场地、空间狭小等。

关键词：铁路既有电气化；线路承重；防电棚设计

中图分类号：U223 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）01-0116-03

1 防电棚设计

本防电棚跨垂直铁路方向采用四排钢立柱跨过，在广深四线外边Ⅲ、IV线二侧各设置一排钢立柱，在Ⅱ、Ⅲ线间和I、IV线间各设置一排钢立柱；四排钢立柱均超出铁路线轨面7m，每排钢立柱间通过底部混凝土横梁、顶部I36c工字钢和中间剪刀撑连成一排整体；再在钢立柱顶部采用I36c横向工字钢把四排钢立柱整体连成“门”字结构。跨Ⅲ线工字钢横梁因棚顶距钢梁底净空不够且此处为本支撑防电棚承力较小部位，采用I25a工字钢。

2 结构简算

2.1 设计方案

基础采用条形基础，条形基础长24m、宽1.5m、深1m。立柱采用320×320×8mm钢立柱，立柱高度有8m和10m。立柱顶纵梁采用I36c工字钢、横梁采用I36c工字钢，横梁跨度12.5m，横梁间距0.4m，横梁上包裹防电胶，横梁上铺设5mm厚钢板，2.0cm厚夹板、夹板上铺设彩条布、特种防电绝缘材料防水层和保护层。

2.2 横梁验算

横梁采用I36c工字钢，以须在跨内设置临时支墩的第一跨和第二跨横梁进行计算，第一跨跨度8.2m，第二跨跨度12.5m，横梁间距0.4m。横梁承受5mm厚钢板、2.0cm厚模板、彩条布、特种防电绝缘材料防水层和保护层、钢箱梁荷载、施工临时荷载等。荷载统计（第一跨以N2Y46.5t，第二跨以S3的一半钢箱梁考虑）。

I36c工字钢：单位自重量q1=71.2kg/m=0.712kN/m

Q1=0.712×12.5=8.9kN

钢箱梁自重：S3钢箱梁两片共重为96t=960kN，则一片为48t，两边临时支架支座反力各取24t=240kN。

每片钢箱梁的荷载由2.8/0.4=7片，按6片I36c工字钢验算。

每片I36c工字钢承受外力Q2=240/6=40kN/片

所以I36c工字钢受力为Q1+Q2=48.9kN，受力模型

如下：

图1 受力简图

由计算可知Mmax=71.9kN·m

2.2.1 弯曲强度验算：

σ=Mmax/Wx=71.9kN·m/（962㎝3）=74.7MPa<[δ]=170MPa

2.2.2 验算挠度：

=22.4mm

2.3 纵梁验算（I36c工字钢验算）

纵梁采用两根I36c工字钢：

在箱梁底部2.8m的范围内横梁，每一片I36c工字钢横梁支座最大反力为48.9×（12.5-1.703）/12.5=42.24kN，故每片横梁传递给纵梁的力为42.24kN，共6片横梁。纵梁取计算长度L0=2m，共5根横梁。

按最不利取值：

2.3.1 弯曲强度验算：

近似将集中力换算为均布荷载，即：

q=（42.24×5）/2+0.712×2=107.1kN/m

σ=M/Wx=0.125×107.1×22/（2×962㎝3）=27.9MPa<[δ]=170MPa

2.3.2 验算挠度：

fmax=5ql4/384EI=5×107.1×1000×24/（384×2.1×1011×2×17310×10-8）

=0.31mm

2.4 立柱受力及稳定计算

2.4.1 立柱受力计算：

立柱采用320×320×8mm组成的方形钢立柱，立柱高度10m，立柱间距2m。

荷载统计（以每根立柱为研究对象）：

最不利横梁传给纵梁的力：105.6kN/m×2m=211.2kN（实际只有几根能达到这么大的力）

纵梁自重产生的力：0.945kN/m×2×2m=3.78kN

立柱自重产生的力：0.8kN/m×10m=8.0kN

最不利立柱合计：223.0kN，计算取为平均每根柱200kN。

2.4.2 立柱稳定验算：

对于轴心受压构件，其整体稳定性满足N/Am≤φ1[σ]

荷载统计（以每根立柱为研究对象）：

由横梁受力分析可知钢柱受横梁最大传力为223kN

立柱自重产生的力：0.592kN/m×10m=5.92kN

立柱合计：228.92kN，计算取为229kN。

Am=322-（32-0.8）2=50.56cm2

I=[324-（32-0.8）4]/12=8415.881cm4

回转半径：i=（I/A）1/2=（8415.881/50.56）1/2

=12.9cm

自由长度：L=1000cm

∴长细比：λ=μL/i=0.7×1000/12.9=54.26（因相邻立柱间为剪刀撑联结，计算长细比时按按一端固定一端铰支计算，故取长度系数0.7）

∴σ=N/Am=229×1000/0.00841588=27.2MPa<200MPa

刚度验算：《桥规》中规定，对于主桁架中的受压构件，其长细比不得大于容许长细比[λ]=100，上述λ=54.26<100，故刚度满足要求。

由以上分析可知立柱整体稳定。

2.5 基础及地基承载力验算

地基承载力按100kPa计算。基础采用条形基础，条形基础长24m、宽1.5m、深0.8m。

根据计算所得，每根钢立柱顶承受的外力按200kN

计算。

受力如图：

图2 防电棚基础简图

根据《建筑地基基础设计规范》第8.3.2条：柱下条形基础的计算，在比较均匀的地基上，上部结构刚度较好，荷载分布较均匀，且条形基础梁的高度不小于1/6柱距时，地基反力可按直线分布，条形基础梁的内力可按连续梁计算，此时边跨跨中弯矩及第一内支座的弯矩值宜乘以1.2的系数。由于防电棚各柱之间沉降量小，刚度大，所以本设计采用倒梁法计算条形基础。

2.5.1 确定基底尺寸：

地基基本承载力fa=100kPa

基础总长度L=24m

埋入深度0.8m

基础底面宽度：

取B=1.5m

2.5.2 确定基底尺寸：在对称荷载作用下，基底反力呈均匀分布，单位长度的基底净反力：

取对称结构，采用力矩分配法，计算基础内力。

图3 基础受力图

固定端弯矩：

MCD=-MDC=-30.57kN·m

MDE=-MED=-30.57kN·m

MEF=-MFE=-30.57kN·m

弯矩分配系数设EI/2=i。

B节点：

C节点：

依此类推：

图4 基础内力图

由计算得知：最大弯矩为A点的M=44.3kN·m

根据《建筑地基基础设计规范》第8.3.2条第一款规定，边跨跨中弯矩及第一内支座的弯矩值乘以1.2的系数，故：

边跨跨中弯矩M=1.2×16.5=19.8kN·m

第一内支座弯矩M=1.2×26.5=31.8kN·m

2.5.3 验算部分：

地基承载力验算：

根据《建筑地基基础设计规范》第5.2.2条可知：

偏心荷载作用时：

式中：

Fk—相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力

Gk—基础自重和基础上的土重

Mk—相应于荷载效应标准组合时，作用于基础地面的力矩值

W—基础地面的抵抗矩

本设计：Fk=12×200=2400kN

Gk=23×24×1.5×0.8=662.4kN

A=24×1.5=36m2

Mk=44.3kN·m

W=bh3/6=2.048m3

1.2fa=1.2×100=120kPa

Pkmax=106.6KPa<1.2fa=120kPa

满足验算。

冲切承载力验算：根据《建筑地基基础设计规范》第8.2.7条第二款可知：对于矩形截面柱的矩形基础，应验算柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力。

受冲切承载力应按下列公式验算：

本设计中：

=399.5kN

则Fl=pjAl=88.3×1.4575=128.7kN<399.5kN

满足验算。

3 防电棚施工

3.1 防电棚基础施工

挖孔桩和条形基础施工注意事项：

3.1.1 挖孔桩和条形基础施工时间安排必须是下半夜或封锁施工。

3.1.2 在线间或铁路两侧进行基础施工时，同时施工人员要做好列车通过的调度时间的协调与联络。

3.1.3 挖孔桩护壁内需加设钢筋，护壁砼必须及时浇灌；当土质较差时，每挖30～50cm高浇灌一次护壁砼，当土质较好时，每挖1m浇灌一次护壁砼。

3.1.4 由于线间距较小，条形基础开挖时应先按每1.5m打两根Φ22～Φ25支撑钢筋或角钢（基础一侧一根），一边开挖基坑一边加设木挡板及临时支撑；基坑分段开挖（每晚拟挖15m左右），开挖出来的基坑及时浇灌c25商品砼并埋设好柱子Φ22锚固螺栓。当作业时间不允许灌基础砼时，及时用袋装石碴回填，恢复线路状况，等待第二天封锁继续施工，桩基顶部预埋钢筋与条形基础连成整体。

3.2 防电棚安装与拆除施工

3.2.1 安装施工：

钢立柱：封锁广深铁路深圳-深圳北区间K144+280～K144+380之间线路，共有钢立柱64根，封锁停电21个晚上，用两台16t轨道吊车同时进行吊装。采用在工字钢横梁下每个柱顶位置安放砂箱，为了确保钢立柱的整体稳定，型钢与立柱顶法兰盘点焊牢固，钢立柱及时用U型螺栓锁牢固。

横梁、纵梁、防电棚：封锁广深铁路深圳-深圳北区间K144+280～K144+380之间线路7个晚上，用两台16t轨道吊车同时进行吊装。

3.2.2 拆除施工：在防电棚拆除过程中，由于受桥梁净高的限制，所有的钢纵梁必须平移至跨线桥外侧方可吊走，所以拆除比安装更为困难、时间更长。防电棚拆除后还要做路基恢复。

4 结语

通过跨铁路既有电气线路承重式防电棚设计与施工的研究，在工程实施过程中铁路营运安全得以保证，为类似工程施工提供经验贮备。

参考文献

[1] 中华人民共和国交通部标准：公路桥涵施工技术规范

（JTJ041-2000）[S].

[2] 中华人民共和国交通部标准：公路工程施工安全技术

规程（JTJ076-95）[S].

[3] 铁路技术管理规程[（京）新登字063号][S].

[4] 中华人民共和国铁道部.电气化铁路有关人员电气安

全规则[（79）铁机字654号] [S].

[5] 电气化铁路电力设计规定（TBJ23-89）[S].

作者简介：陈勇波（1980—），男，湖北人，供职于深圳中铁二局工程有限公司，研究方向：市政工程。

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