下穿鐵路咽喉區(qū)頂進框架橋設計與施工技術

高玉蘭

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 工程概況

1.1 工程位置、結構形式

本工程位于滄州火車站北端，現(xiàn)狀為8股鐵路線，2組鐵路道岔，均為南北走向。擬建橋影響范圍內有3組電氣化接觸網桿，線間鐵路設備、設施及地下管線眾多，均需改移或防護。擬建橋位處有一座人行通道，孔徑3 m×3 m，橋體頂進時將其同步拆除。擬建橋下穿1處平交道口，寬5.5 m，橋體頂進前須將其拆除，并在車站南端頭采取臨時過渡措施，待橋體頂進就位后原位恢復。擬建橋下穿3處旅客站臺，橋體頂進前須拆除北端部分站臺，并在南端順接臨時站臺，待橋體頂進就位后站臺原位恢復。橋涵結構形式為9 m-16.5 m-9 m 3孔框架橋，頂進前節(jié)長25.241 m，頂進后節(jié)長45.649 m，全橋總長70.92 m，總寬38.7 m，總高8.4 m，公鐵交角為85°07'30″，采用 C45 P8鋼筋混凝土澆筑［1-4］，框架橋平面布置見圖1。

圖1 框架橋平面

1.2 工程地質及水文地質

滄州市位于河北平原東部，渤海灣西岸，由沖積平原和沖海積、海積平原亞區(qū)組成，海拔一般為 2～15 m，地勢平坦，各地層巖性特征見圖2。

本橋底板位于黏土層，容許承載力為90 kPa，地下水位埋深1.0～1.7 m。

2 基坑工程

由于該工程地理位置特殊，施工場地狹小，施工制約因素較多，為確保基坑施工過程中鐵路線的安全運營，防止基坑開挖、降水引起鐵路線及周邊居民房不均勻沉降產生下沉、裂縫，基坑施工過程中采取了以下幾項技術措施［5-7］。

2.1 基坑圍護樁

待地下管線拆改移工作完成后，施工場地進行圍擋，基坑開挖深度約7.5 m，近鐵路路基側采用1∶1.5放坡開挖，后背采用雙排φ1.25 m鉆孔灌注樁，樁長16 m，樁間距1.4 m，基坑兩側采用單排φ1.25 m鉆孔灌注樁，樁長19.5 m，樁間距1.5 m，樁間采用網噴混凝土保持樁間土體穩(wěn)定。因地質條件較差，為防止鉆孔過程中串孔，施工采用隔2鉆1法，樁身采用C25混凝土灌注［8-9］，基坑檢算結果見圖3、圖4。

圖3 內力位移包絡圖

圖4 地表沉降

2.2 樁外止水帷幕

因水泥攪拌樁具有工藝簡單、施工速度快、質量可靠、環(huán)境污染小、噪聲低、適合居民密集區(qū)施工等特點，結合本工程地質特性，止水帷幕采用圍護樁外設置兩排深層水泥攪拌樁，樁長15.5 m，深入基坑底面以下8 m，樁徑600 mm，樁間咬合200 mm，采用切割搭接法施工，使樁身之間互相咬合緊密，利用密實的樁體結構在基坑四周形成截水帷幕，阻斷基坑內外水的流動，達到止水目的［8-10］，基坑圍護形式見圖5。

2.3 基坑內降水

圖5 基坑圍護平面(單位:mm)

圍護樁及止水帷幕施工完成后，采用φ700 mm大口井進行基坑內降水作業(yè)，依據土壤滲透系數、潛水層厚、水位降深、抽水影響半徑等參數，經計算，坑內需布設降水井35眼，井深15.5 m，使地下水位降至基坑滑板1 m以下。為防止基坑外水壓過大，引起圍護樁變形，在基坑外亦設置適當數量的降水井備用［4-6］。

3 鐵路路基加固工程

3.1 路基注漿固化

框架橋基礎持力層位于黏土層，其容許承載力僅90 kPa，不滿足地基承載力要求，同時為防止橋體頂進過程中鐵路路基坍塌、橋體不均勻沉降、扎頭等現(xiàn)象，確保橋體頂進過程中鐵路線的安全運營和橋體頂進質量，需對橋體正面及兩側路基進行加固處理，使其地基承載力達到120 kPa。注漿固化的基本作用是膠結、填充和擠密作用。通過注漿，增大土層黏聚力(C)內摩擦角(φ)值，將土層顆粒間的水分強迫擠出，使顆粒間的空隙充滿漿液，增加密實度，形成復合土體，以達到改良土層特性的目的［8-10］。

根據該工程土層地質特性及工程特點，加固范圍確定為軌底面以下1.5 m至框架橋底板底面以下2.5 m，沿鐵路方向寬58.9 m，沿頂進方向長54.4 m。根據以往地下工程注漿施工經驗，加固黏土或粉質黏土層宜選用無收縮注漿液，本工程采用二重管無收縮WSS工法進行超前注漿。

圖6 防護樁、抗移樁及支撐樁平面布置(單位:mm)

3.2 施作防護樁、抗移樁及支撐樁

防護樁在橋體就位位置四角和橋體兩側線間設置，樁徑1.25 m，樁長分別為6.0、10.0 m和16.0 m，共計72根。其作用是防止橋涵頂進過程中路基側塌，服務于線路加固系統(tǒng)，橋體外側的工字鋼橫梁置于防護樁上，形成硬支點。

支撐樁在4道與京滬上行、京滬下行與3、7道外側設置，樁徑1.25 m，樁長7.0 m，3道共計27根。其作用是服務于線路加固系統(tǒng)，為橋體范圍內的工字鋼橫梁支點，防止工字鋼懸空長度過長，撓度過大。

抗移樁在 7道外側設置，樁徑 1.25 m，樁長12.0 m，共計10根。其作用是服務于線路加固系統(tǒng)，為工字鋼橫梁硬支點，防止頂進過程中工字鋼橫梁帶動鐵路線橫移［4-6］。防護樁、抗移樁及支撐樁平面布置見圖6。

4 站臺過渡方案

4.1 南側臨時站臺結構形式

為不影響線路加固體系的實施，須拆除滄州火車站1、2、3站臺北端頭，并在站臺南端頭搭建臨時站臺解決旅客上下車問題。臨時站臺采用鋼結構，臨時站臺長度分別為36.5、28.8、27.1 m，寬度均為1.88 m，兩側主梁為 I14型鋼，梁間用 I12型鋼連接，間距1.0 m，焊接成整體，主排架下面設可移動碗扣腳手支架，每組支架間距不大于5.0 m，支架上下設槽托，對支架高度進行微調，主排架上鋪設50 mm厚板材，臨時站臺與既有站臺高度相同，臨時站臺結構見圖7。

圖7 臨時站臺結構(單位:mm)

4.2 南側臨時站臺施作與拆除

每座臨時站臺中部設置操作平臺，采用圍擋圍護，長15.0 m，寬4.0 m，平臺距站臺邊2.0 m，用腳手架搭建平臺并設拉錨。風鎬破碎既有站臺混凝土硬面或拆除地面磚并下挖一定深度，使主排架擺放后頂面與既有站臺頂面平齊。在列車間隔期間，拆除既有站臺帽石，將拼裝好的臨時站臺6.0 m一段人工抬至既有站臺邊緣，隨即將每段連接成為整體。臨時站臺內側每6.0 m設置1道拉錨，防止臨時站臺外傾。待橋體頂進就位后，利用列車間隔，分段迅速拆除臨時站臺，恢復站臺原貌。

4.3 北側既有站臺恢復

橋體頂進就位后，隨著線路加固系統(tǒng)橫梁工字鋼的拆除，同步砌筑站臺兩側片石擋墻。將站臺土方由線路外側人工運至站臺內，用打夯機分層夯填站臺中部土體，分層厚0.2 m。待站臺中部土體夯實后，再將線路外側土體人工運至其上，在站臺中部預存邊側土方。利用較大列車間隔，分段安裝帽石和夯填邊側土體。期間如遇來車，需搭設臨時板材引導旅客上下車。待站臺面平整后，隨即鋪設站臺地面磚。

5 橋體頂進

該橋采用中繼間頂進法施工，全橋頂程77.1 m，前節(jié)最大頂力75 380 kN，后節(jié)最大頂力139 400 kN。中繼間處配備3 200 kN頂鎬46臺，后背配備5 000 kN頂鎬46臺。中繼間法頂進施工的關鍵環(huán)節(jié)是前后節(jié)高程和方向的控制，本工程采取了以下幾項技術措施［4-6］。

(1)在中繼間預留鎬窩位置，前節(jié)底板預埋1.5 m長、20 mm厚鋼板，后節(jié)底板預留20 mm深凹槽，便于前后節(jié)插入。

(2)在中繼間接縫處，箱體外四周設置20 mm厚、1 m寬護套鋼板，以防止周圍土體進入橋內。為防止頂進扎頭，在橋體前端混凝土側刃角支座處加設鋼刃角。

(3)就位后拆除中繼間護套鋼板及頂進設備，粘結遇水膨脹橡膠止水棒，鎬窩處恢復主體底板鋼筋并澆筑混凝土。

(4)頂進期間鐵路線路采用扣軌縱橫梁加固體系，限速45 km/h，且必須利用列車運行間隔進行頂進，加強監(jiān)控量測，每頂一鎬觀測一次，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，以免造成更大的偏差。頂進施工過程中需嚴格執(zhí)行四不頂制度，即:列車通過時不頂，后背傾斜或嚴重變形時不頂，頂柱發(fā)現(xiàn)扭曲時不頂，頂進超過偏差且無措施時不頂。

6 既有人行通道拆除

橋位處既有人行通道孔徑為3 m×3 m，總高3.9 m，總寬3.8 m，軸線長60.09 m，其平面位置與擬建橋有交叉，擬建橋頂進過程中，須同步拆除該人行通道。

通道拆除采用混凝土切割工藝，沿軸線方向，每1.0 m作為一個切割工作循環(huán)。頂板采用繩鋸切割，墻體與底板采用碟鋸切割，如通道在擬建橋內部，底板可用破碎炮破除。

施作南側線間防護樁時，在通道內南邊墻鉆3道斜孔，錨入鋼筋至防護樁內，以防止通道拆除過程中剩余墻體向橋內傾覆。

6.1 既有人行通道在擬建橋內部時拆除工序

(1)慢行點(45 km/h)前，在通道邊墻切割線位置用水鉆鉆穿繩孔，孔徑0.05 m，穿繩孔位置見圖8。

圖8 穿繩孔位置(單位:mm)

(2)慢行點(45 km/h)后，即線路加固期間，在通道內安裝2臺碟鋸機同時切割墻體。

(3)線路加固完成后，清除通道頂板上的石砟，在橫梁工字鋼下墊好枕木支墩，在通道內安裝2臺繩鋸機同時切割頂板。

(4)隨擬建橋頂進進尺，用破碎炮分段分步破除通道底板與墻體連接處混凝土，使墻體和頂板滑落。

6.2 既有人行通道與擬建橋交叉處拆除工序

(1)慢行點(45 km/h)前，在通道頂板切割線位置用水鉆鉆穿繩孔，孔徑0.05 m，穿繩孔位置見圖9。

圖9 穿繩孔位置(單位:mm)

(2)慢行點(45 km/h)后，即線路加固期間，在通道內安裝2臺碟鋸機同時切割邊墻和底板。

(3)線路加固完成后，加固體系支撐于線間防護樁和支撐樁上，用繩鋸切割地道橋頂板，使之落地，待墻體拆除后拴鋼絲繩用挖掘機將頂板拉出通道。

7 結語

目前下穿鐵路咽喉區(qū)的頂進框架橋工程日趨增多，本文以滄州市維明路下穿滄州火車站工程為例，針對該類工程設計施工過程中遇到的重點、難點及關鍵工藝，總結出以下幾點體會，供類似工程借鑒。

(1)位于市區(qū)內的框架橋基坑受地理位置的制約，大多施工場地狹小，地面建(構)筑物較多，基坑開挖及降水勢必存在安全隱患。這就要求設計人員充分考慮各種不利因素，制定出一套安全的基坑圍護、降水、止水方案。

(2)地層加固效果的好壞直接影響到鐵路運營的安全及橋涵的頂進質量，應根據土層地質特性及工程特點，選擇合適的注漿加固材料，確定合理的注漿參數。

(3)中繼間頂進橋涵是本工程又一關鍵工序，施工中應采取必要的措施使頂進前后節(jié)橋體高程及方向保持一致，并應加強監(jiān)控量測，確保中繼間法橋涵頂進施工的工程質量。

(4)不同的既有橋結構形式、不同的鐵路現(xiàn)狀，其拆除方案也是大相徑庭，設計人員要與施工單位、鐵路各部門密切配合，綜合考慮各方因素，因地制宜，制定出一套對既有線干擾最小，又經濟合理、便于施工的“拆舊頂新”方案。

(5)下穿鐵路咽喉區(qū)的框架橋往往涉及到眾多鐵路設備、設施的拆除、改移及防護工程，要求設計人員認真做好現(xiàn)場踏勘工作，制定詳細、周密的拆改移方案，確保鐵路線的正常運營，確保上下車旅客、施工人員及機具的安全。

［1］中華人民共和國鐵道部.TZ203—2008 客貨共線鐵路橋涵工程施工技術指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB10002.1—2005 鐵路橋涵設計基本規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB10002.4—2005 鐵路橋涵混凝土和砌體結構設計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［4］中華人民共和國鐵道部.TB10002.5—2005 鐵路橋涵地基和基礎設計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［5］中華人民共和國鐵道部.鐵建設［2009］226號，鐵路工程施工組織設計指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［6］鐵道部辦公廳.鐵辦［2008］190號 鐵路營業(yè)線施工安全管理規(guī)定［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［7］北京鐵路局.京鐵師［2008］435號 營業(yè)線施工及安全管理實施細則［S］.北京:北京鐵路局，2008.

［8］高玉蘭.軟塑淤泥地層中繼間頂進框架橋施工技術［J］.鐵道標準設計，2011(8).

［9］地基處理手冊編寫委員會.地基處理手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1988.

［10］鐵道部第三勘測設計院.鐵路工程設計技術手冊·橋梁地基和基礎［M］.北京:中國鐵道出版社，1991.