公铁两用隧道地铁泵房段轨道梁设计

文章编号:10042954(2021)01005104

铁道标准设计

RAILWAY　STANDARD　DESIGN

Vol.65　No.1Jan.2021

公铁两用隧道地铁泵房段轨道梁设计

张珍珍

(中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉　430063)

摘　要:为保证工程安全性,武汉市轨道交通7号线一期工程三阳路公铁两用过长江隧道需利用轨道梁间空隙作为废水泵房集水池。通过对轨道梁构造措施进行优化设计及结构受力分析检算,解决轨道梁稳定性技术问题,并完成轨道梁结构设计及相关专业接口设计。结果表明:通过延伸轨道梁两侧长度,增设横梁等构造措施及设置隧道管片植筋可保证轨道梁的稳定性及列车水平荷载有效传递;轨道梁作为弯拉构件,设计荷载应考虑列车荷载及混凝土收缩影响进行配筋设计,纵向钢筋配筋率应不小于0.25%,横向钢筋配筋率不小于0.2%;轨道梁区别于一般整体道床接口设计,应着重考虑与隧道、给排水系统、杂散电流、接触轨等专业的接口设计,并保证后期运营期间的安全防护。

关键词:公铁(轨)两用隧道;轨道梁;结构设计;稳定性;植筋;专业接口

中图分类号:U213.2;U459.1　　文献标识码:A　　DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.202001020006

TheTrackBeamDesigninMetroPumpingStationSection

oftheRail-and-roadTunnel

(ChinaRailwaysiyuanSurveyandDesignGroupCo.,Ltd.,Wuhan430063,China)

ZHANGZhenzhen

Abstract:Forthesafetyoftheproject,thespacebetweentrackbeamisusedascollectingbasinof

wastewaterpumpingstationintherail-and-roadriver-crossingtunnelofWuhanMetroLine7onSanyang

Road.Thispaperintendstosolvethetechnicalproblemofthestabilityofthetrackbeamandcomplete

thestructuredesignofthetrackbeamandtherelevantprofessionalinterfacedesignbasedonthe

optimizationdesignoftrackbeamandthecalculationofstructurestress.Theresultsshowthatthe

stabilityoftrackbeamandtheeffectivetransmissionofhorizontalloadofthetraincanbeensuredby

meansofextendingthelengthoftrackbeam,addingcrossbeamandplantingreinforcingbarsinthetunnelsegments.Thetrackbeamshouldbedesignedasabendingandpullingcomponentwiththeconsiderationofthetrainloadandtheeffectofconcreteshrinkage.Thelongitudinalreinforcementratioshouldnotbe

lessthan0.25%,andthetransversereinforcementratioshouldnotbelessthan0.2%.Theinterface

designoftrackbeamisdifferentfromthatofthegeneralballastlesstrack.Thedesignofinterfaceswithprofessionssuchastunnel,watersupplyanddrainagesystem,straycurrent,andcontactrailshouldbe

consideredemphatically,andthesafetyprotectionduringlateroperationperiodshouldbeensured.

Keywords:rail-and-roadtunnel;trackbeam;structuredesign;stability;plantingreinforcingbar;

professionalinterface

1　概述

武汉市轨道交通7号线一期工程三阳路公铁两用

收稿日期:20200102;修回日期:20200117

作者简介:张珍珍(1984—),女,高级工程师,2009年毕业于西南交通大学道路与铁道工程专业,工学硕士,主要从事铁路轨道设计研究工作,E-mail:290425858@qq.com。

过长江隧道,采用双孔盾构隧道公路与轨道交通合建方案,隧道长度约2590m,隧道内径13.9m,隧道上层间为公路3条车道,下层为轨道交通7号线及电缆80km/h(远期预留100km/h),6A型车辆编组,接触轨供电[1-3]。

廊道、排烟道和逃生通道等;轨道交通7号线设计速度

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铁道标准设计第65卷

公铁两用过江隧道轨道交通线路纵向采用“V”形坡,废水泵房设置在隧道最低点。废水泵房所处断面上半部埋置在粉细砂层,下部埋置在弱胶结砾岩层中,承压水头高度约63m。由于盾构半径大,地质条件复杂,采用常规的两盾构间联络横通道方式设置废水泵房,存在江底高水压下施工涌水、涌砂的高风险[4-6]为保证工程安全性、适用性和耐久性,提出利用轨道梁。

间空隙作为废水泵房集水池方案。2　地铁泵房段轨道梁技术方案2.1　总体方案

公铁两用过江隧道轨道交通废水泵房通过将一般整体道床沿线路纵向一定长度设置成轨道梁结构,利用轨道梁将轨行区分隔成的3个空间作为集水池,即轨道梁与隧道壁间、两根轨道梁之间的空间,同时利用连通器原理在轨道梁内埋设连通管,将3个空间进行连通以满足给排水有效容积要求,如图1所示。图1　过江隧道废水泵房段轨道梁设计

905废水泵房段轨道梁沿线路纵向长度为10m,宽度

道梁范围隧道管片设置mm,高度725mm;轨道梁横断面如图3个700mm×700mm2所示×250。mm轨的下沉集水坑,对应每个隧道下沉集水坑位置设置自吸排水泵,自吸排水泵将轨行区废水抽至隧道一侧废水泵房内,再通过隧道工作井排出。

图2　轨道梁横断面(单位:mm)

2.2　设计关键技术

过江隧道废水泵房轨道梁结构,由于所处环境与

结构特点区别于一般整体道床,设计中考虑的关键技

　术包括以下(1)轨道梁的横向稳定性3方面。

独立结构,相互之间无横向联系,,考虑到两片轨道梁为

且与两侧隧道壁无接触,在列车水平荷载作用下,应采取措施保证轨道梁的结构稳定性,一般满铺式整体道床对道床面进行了削弱(2)轨道梁结构设计及耐久性设计确保列车水平荷载的有效传递[7],轨道梁相比

。

,且长期处于潮湿环境,因此应针对轨道梁进行受力分析及结构设计。

专业接口相比普通整体道床有一定区别(3)轨道梁与隧道、给排水、接触轨、,杂散电流的

应做好接口设计;此外,轨道梁间空隙较大,设计中应采取措施确保运营养护期间人员的安全防护。3　轨道梁稳定性设计分析3.1　主要技术措施

为保证轨道梁的结构稳定性,轨道梁设计采取如下措施前后约(1)。

1.为保证废水泵房处道床的整体性4m的整体道床作为一个道床块进行整体设,轨道梁与

计,即10m废水泵房段采用短轨枕承轨式轨道梁,两侧1.4m采用一般满铺式整体道床,整个道床内纵向钢筋贯通设置,可以保证整体道床纵向连续性以确保结构的纵向稳定性定性(2)200mm(,2根轨道梁之间设置横梁提高两轨道梁的横向稳。

轨道(3)轨道梁与隧道管片之间采用植筋锚固方式以

高)的横梁梁之。

间共设置6根300mm(宽)×

确保轨道纵横向荷载能够有效传递至隧道结构。

轨道梁平纵断面布置如图3所示。

图3　轨道梁平纵断面布置(单位:m)

第1期张珍珍—公铁两用隧道地铁泵房段轨道梁设计

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3.2　植筋设计检算

轨道梁与隧道管片的植筋设计考虑的列车纵横向荷载按照GB50157—2013《地铁设计规范》,具体包括列车横向摇摆力、曲线列车离心力、无缝线路钢轨力、17.列车牵引制动力。计算条件为:线路坡度为

160338‰,kN,轴距曲线半径2.1200m;7号线采用A型车,轴重的15%(1)列车横向摇摆力5m。

:按相邻两节车4个轴轴重(2)计曲线列车离心力,即160kN×4×0.15=96kN。

HCF

=P·式中　P———127·V2列车垂向荷载R=160×4×;

127100×12

200=42kN

V———列车速度;

kN(3)R—无——缝曲线半径线路钢。

轨力:线路纵向阻力按2424/kNm//轨计m/轨,×即1010m=m240泵房范围内无缝线路钢轨力为

kN/轨。

15%计(4)(5),即列车制动力或牵引力按列车竖向静活载的管片植筋采用轨道梁纵横向荷载合力为160kN/2×4×0.15=48kN/轨ϕ16mmHRB400546级钢筋kN。

。

125,锚固深度

计算mm,HRB400每根每根钢筋抗剪承载力设计值为级钢筋轨道。

梁的植筋数量为1734.根6kN,ϕ16据此mm4　轨道梁结构设计4.1　设计荷载及受力分析

过江隧道内废水泵房段轨道梁结构设计考虑列车荷载及混凝土收缩变形。

列车荷载作用下的轨道梁结构受力采用梁-体有限元实体模型进行分析,其中钢轨采用弹性点支撑梁,扣件采用线性弹簧,轨道梁采用实体模型,基础支承采2用面弹簧模拟。为消除边界效应,取轨道梁及前后

轴重块道床板进行分析160kN,轴距取为,如图2.54m,所示定距。15.地铁车辆7m;竖向列车A型车荷载160动载系数按照2.0取值,列车竖向设1梁端和梁中进行分析200kN。MPa扣件垂向刚度为/m[8-11]。列车荷载按照分别作用于轨道梁30kN/mm,隧道支承刚度计荷载,取最不利工况,列车荷载作用下图4　轨道梁“梁-体”有限元分析模型

轨道梁的单位长度的弯矩如表1所示。

表1　列车荷载作用下轨道梁的弯矩

kN·m荷载位置纵向正弯矩

纵向负弯矩

横向正弯矩

横向负弯矩

作用于梁端34.714.124.415.9作用于梁中

40.3

17.8

17.8

4.7

轨道梁混凝土收缩变形影响按照等效降温10℃

考虑[12-13]。轨道梁降温σw=Ec·at·Δ10℃Tc时的纵向拉应力为

=3.4MPa式中　Eact——————轨道梁混凝土的弹性模量;4.2　Δ结构配筋设计

Tc———温度变化幅度混凝土的线膨胀系数。;

为使轨道梁在设计使用年限内满足结构强度及耐久性要求,应对轨道梁在设计荷载即列车荷载及混凝土收缩的作用下完成结构配筋设计,进行钢筋应力和裂纹宽度的检算。

轨道梁在列车荷载和混凝土等效降温作用下主要承受弯矩和轴向拉力,采用HRB400级钢筋,C40混凝0.土,钢筋保护层厚度40mm,设计检算中裂缝宽度按照

度检算结果见表2mm进行控制2。[14轨道梁的配筋及钢筋应力-19]、裂缝宽范围,横向配筋为每个枕跨范围,其中纵向配筋为轨道梁宽度。

表2　轨道梁结构配筋设计

名称钢筋配置钢筋应力/MPa

裂缝宽度/mm

纵向底层6ϕ14mm740.11纵向顶层4ϕ14mm540.09横向底层3ϕ14mm640.09横向顶层

2ϕ14mm

62

0.10

根据上述计算结果,为满足钢筋应力、混凝土裂0.缝宽25%,度要求,轨道梁纵向钢筋配筋率应不小于

道梁高度横向钢筋配筋率不小于725mm,应在轨道梁的两个侧面设置纵向0.2%,同时考虑轨构造钢筋。5　相关接口设计

废水泵房段轨道梁与相关专业的接口设计主要包括与隧道、给排水系统、杂散电流、接触轨等专业的接口,以及后期运营期间的安全防护道管片的有效连接(1)与隧道专业的接口设计,需在隧道管片设置连接钢筋,。

为保证轨道梁与隧,连接钢筋通过植筋胶植入隧道管片,植筋之前应结合主筋探测情况及管片内弧面上的主筋定位标识,严禁伤及

钢筋。

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铁道标准设计第65卷

3(2)与给排水系统的接口设计,为保证轨道梁间

泵房段给排水专业通过抽水泵管伸入隧道管片预留下个空间的连通,应在轨道梁内埋设连通铸铁管;废水沉集水坑将轨道梁间废水排走,抽水管直径100mm,轨道梁在梁表面对应下沉集水坑位置预留横向mm为避免废水泵房段存在淤堵宽,130mm高的沟槽以便于抽水管的安放,在泵房段上游道床中心;此外150,水沟设置沉沙坑缘性能(3),废水泵房段轨道梁除满足一般道床扣件绝缘与杂散电流防护的接口设计。

,为提高轨道绝

、道床面低于钢轨底面最小值为70mm、利用道床结构钢筋作为排流钢筋外,还应满足隧道管片植筋采用环氧涂层钢筋,且施工中植筋与道床钢筋不得连接;此外,作为轨道梁间连通管的预埋铸铁管应进行涂刷绝缘漆[20]轨供电方式(4)。

与接触轨专业的接口设计,接触轨采用一体化轨枕安装技术,本工程采用接触

,由于废水泵房段轨道梁宽度仅900mm宽,因此在泵房段范围不设置接触轨加长枕,接触轨在该10m范围进行局部断开。

梁间空隙较大(5)运营期间养护维修人员安全防护,运营期间养护维修存在较大安全风险,由于轨道

,因此,在轨道梁与隧道壁、两轨道梁间设置盖板以便于人员通行。6　结论

本文提出了公铁两用大盾构过江隧道地铁废水泵房段利用轨道梁间空隙作为集水池时轨道梁设计的关键技术,并通过计算分析,得出如下结论。

潮湿环境(1)轨道梁作为地铁废水泵房集水池,其断面相比一般整体道床进行了削弱,长期处于

,与两侧隧道壁无接触,独立受力,结构稳定性、耐久性要求均区别于一般整体道床。因此,在轨道梁设计中应考虑轨道梁的整体性和稳定性、结构强度及耐久性设计、相关专业接口设计与相邻两侧一定长度范围的满铺式整体道床作为整块(2)针对轨道梁稳定性差的特点。

,提出将轨道梁

道床设计,以保证结构整体性;通过在轨道梁间设置横梁增加横向稳定性;采用隧道管片植筋方式保证轨道梁纵横向荷载的有效传递的轨道梁进行了受力分析(3)采用“梁-体”有限元模型对列车荷载作用下。

,考虑列车荷载、混凝土收缩

作用影响进行轨道梁的结构配筋设计;轨道梁纵向钢0.筋配筋率应不小于2%,同时应设置纵向构造钢筋0.25%,横向钢筋配筋率不小于

。

化完成与隧道(4)考虑轨道梁与一般整体道床的结构差异、给排水、杂散电流、接触轨等相关专业,细

的特殊接口设计。参考文献:

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