淺談使用“分節(jié)頂進(jìn)法”整治鐵路小孔徑涵管病害的利與弊

南昌鐵路局永安工務(wù)段 黃玉虹

1 病害概況

永安工務(wù)段管轄了鷹廈線K291.915-K509及永加線全線共210公里，其中涵管共780座，平均3.71座/每公里。涵作為路橋排水設(shè)備的重要組成，也是山區(qū)鐵路的一個重要標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計(jì)，段管內(nèi)各類病害劣化涵共 280座，而孔徑不足 1m的涵管達(dá)202座，占病害涵的72.1%。其中小于1m的涵有151座，包括了138個蓋板箱涵，其中又以孔徑小于0.5m的蓋板箱涵病害尤為突出，存在著日常保養(yǎng)難度大、雨季易發(fā)水漫道床等安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 病害原因分析

由于小孔徑涵的設(shè)置需求與一般的排水涵不同，正常的排水涵設(shè)置在山體的溝谷地段，用于匯集山坡面的水量，匯水量大，而小孔徑涵設(shè)置主要是處理側(cè)溝排水，一旦水量超過設(shè)計(jì)值或是涵身淤積，就易發(fā)水漫道床病害。下面重點(diǎn)分析孔徑小于0.5m涵病害突出的原因。

2.1 先天不足

2.1.1 地質(zhì)條件受限

該類涵相對集中，基本上位于砂巖、砂巖夾頁巖、礫巖、流紋巖、凝灰?guī)r五大巖性地段。其中砂巖、礫巖屬沉積巖，由粒徑不同石英的顆粒形成，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，通常呈淡褐色或紅色；流紋巖為一種相當(dāng)于花崗巖的火山噴出巖，二氧化硅（石英）含量超過69%；凝灰?guī)r是一種壓實(shí)固結(jié)的火山碎屑巖，在顏色和形態(tài)上有點(diǎn)像混凝土，主要由粒徑小于 2mm的晶屑、巖屑及玻屑組成，外觀上與砂巖較相似，但沒有斜層理。這五類巖石的特點(diǎn)是整體性好、強(qiáng)度高，不易風(fēng)化。

2.1.2 地形條件受限

據(jù)統(tǒng)計(jì)，該類涵位于較長的雙路塹或半塹半堤中部地段，路堤段下部多為鄉(xiāng)間公路；與一般的溝谷端設(shè)涵的原理不同，涵身因地質(zhì)條件受限，施工難度大，一般采取淺挖、低凈空、小孔徑涵。

2.1.3 排水條件受限

據(jù)統(tǒng)計(jì)，該類涵前后排水長度，最短為 75米，最長達(dá)448米，平均在146米左右，涵管存在為必要條件。

2.1.4 施工條件受限

早期修建的鐵路由于人工處理硬質(zhì)巖進(jìn)度緩慢，沒有機(jī)械幫助，只能選擇小孔徑涵以達(dá)到排水的最低要求。

2.2 后天不足

2.2.1 維修難度大

由于孔徑小、凈高不足，造成養(yǎng)護(hù)難度大；特別是一些凈高也小于0.5m的蓋板箱涵，人員無法進(jìn)入維修，日常以檢查為主，維修基本無法進(jìn)行，只有發(fā)生如蓋板破損漏碴、邊墻變形等較大病害時，申請施工天窗、開挖道床方可整治。

2.2.2 次生病害多

由于受地質(zhì)條件所限，加以當(dāng)年的施工工藝、技術(shù)，因此，該類涵多以蓋板箱涵為主，整體性差，質(zhì)量無保證，存在著邊墻倒塌、蓋板破損、折斷、管節(jié)縫滲土、錯位等諸多病害。

3 現(xiàn)有整治手段應(yīng)用情況

3.1 現(xiàn)澆施工

3.1.1 現(xiàn)澆施工基本步驟

支墩開挖與澆筑→架設(shè)便梁→線路加固→現(xiàn)場開挖與邊墻找平→底部砂漿找平→涵身澆筑→拆除便梁→線路恢復(fù)。一般用于埋深較淺、孔徑較小的涵管，全部作業(yè)時間約 50天，其中封鎖、慢行作業(yè)時間在25～30天。

3.1.2 現(xiàn)澆施工的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1.2.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）不受地形條件限制，方向易于調(diào)整。

（2）工作面小，施工場地要求低。

（3）與周邊巖體的連接性較好，不易出現(xiàn)漏碴、不均勻下沉等問題。

3.1.2.2 缺點(diǎn)

（1）現(xiàn)澆施工中的涵身鋼筋綁扎、砼澆筑，只能利用每天的施工天窗進(jìn)行，其它作業(yè)也必須在慢行條件下完成，行車干擾大。

（2）縱向作業(yè)面過小，人員擺不開，整體推進(jìn)速度無法加快。

（3）由于受施工天窗短、作業(yè)面過小等影響，現(xiàn)澆施工的流程只能采取線性作業(yè)而非流水作業(yè)方式，作業(yè)時間過長。

（4）施工人員全部在線上作業(yè)，除了鋼筋綁扎、砼澆筑是在天窗點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行外，其它作業(yè)時間都是利用列車間隔完成，即使是設(shè)置了防護(hù)，但人身安全依然無法得到有效保證，特別是道碴、鋼軌等影響行走安全。

（5）占用非施工人員過多，施工負(fù)責(zé)人、把關(guān)人、施工員加防護(hù)員等，每天的非施工人員至少為17人，在長時間施工下，對路橋科、車間、班組的正常工作影響較大。

（6）因受天窗區(qū)段限制，由于現(xiàn)澆作業(yè)時間過長，會導(dǎo)致其它施工無法申請作業(yè)，從而影響其它施工作業(yè)。

（7）由于作業(yè)面過小，上部有鋼軌等影響，涵身砼的振搗往往受限，易出現(xiàn)個別部位振搗不到位現(xiàn)象，造成涵身整體性變差。

3.1.3 結(jié)論

缺點(diǎn)突出，非特殊情況一般不采用。

3.2 框架涵頂進(jìn)施工

3.2.1 框架涵頂進(jìn)施工步驟

基坑開挖→滑板預(yù)制→涵身預(yù)制→架設(shè)便梁→線路加固→涵身頂進(jìn)→拆除便梁→線路恢復(fù)。一般適用于高覆土、大跨度涵（橋）的施工，全部作業(yè)時間約50天，其中封鎖、慢行作業(yè)時間約7至10天。

3.2.2 框架涵頂進(jìn)施工的優(yōu)缺點(diǎn)

3.2.2.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）由于涵身在工作坑內(nèi)完成，施工場地不受限，搗固棒、表面振搗器等均可使用，砼澆筑質(zhì)量有保證，且有足夠的養(yǎng)生期，涵身整體性好、強(qiáng)度高。

（2）行車干擾小、慢行時間短，是現(xiàn)澆涵的1/3～1/2。

（3）人身安全有保證：在整個施工過程中，只有便梁裝卸與線路加強(qiáng)是在線上作業(yè)；涵身預(yù)制過程中，人員不上線路的，人身安全有保障。

3.2.2.2 缺點(diǎn)

（1）需要較大的預(yù)制、備料場所。

（2）方向與坡度不易控制。由于一般采用的是一次性整體頂進(jìn)方式，又因周邊巖性較硬，開挖的方向與坡度不易控制。

（3）涵身周邊回填不密實(shí)易發(fā)生線路下沉現(xiàn)象。

3.2.3 結(jié)論

用于小孔徑涵改造實(shí)施困難較大。

3.3 蓋板箱涵

由于整體性差，蓋板易折斷，邊墻易倒塌，蓋節(jié)縫滲土現(xiàn)象突出，已不列入改造方案。

4 分節(jié)頂進(jìn)法施工

4.1 整治思路

根據(jù)《鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則》第3.8.1條“排洪涵的最小孔徑不應(yīng)小于1.25m，且全長不應(yīng)大于25m。當(dāng)全長大于25m時，孔徑還應(yīng)相應(yīng)加大?！F(xiàn)有涵洞不符合上述規(guī)定者，應(yīng)結(jié)合具體情況逐步改造。”的規(guī)定，孔徑不足涵管缺點(diǎn)中的巖性較硬既是缺點(diǎn)，又是改造中的優(yōu)點(diǎn)，由于有足夠的立面強(qiáng)度，在便梁架設(shè)的條件下，對開挖面以外的巖土體擾動影響較小，同時針對前兩類施工的優(yōu)缺點(diǎn)，提出以下解決方案：

（1）為解決頂進(jìn)方向、坡度不易控制與施工工期過長問題，可采用全斷面開挖。

（2）為解決地形條件受限、頂進(jìn)場地不足困難，可采用分節(jié)頂進(jìn)。

4.2 具體步驟

4.2.1 就近預(yù)制七節(jié)1m的框架涵（實(shí)際長度根據(jù)現(xiàn)場測量、并結(jié)合鋼軌分布確定），各預(yù)設(shè)相交邊設(shè)置橡膠止水帶（預(yù)留長度不小于30cm）；同期安排用直徑75mm的角鋼制作內(nèi)徑較框架涵外徑大5mm的方框支架。

4.2.2 以預(yù)頂位置為中心，在左右兩側(cè)挖支墩，為架設(shè)便梁做準(zhǔn)備。

4.2.3 16 米便梁安裝到位后，開始明挖。

4.2.4 全斷面開挖到位后，根據(jù)流水方向在底部根據(jù)坡度鋪設(shè)C20素砼10cm厚。

4.2.5 根據(jù)設(shè)計(jì)位置采取固定方框支架、頂進(jìn)、固定方框支架、頂進(jìn)等順序，將涵分節(jié)頂進(jìn)到位。

4.2.6 處理各節(jié)間的防水。

4.2.7 涵周邊砂卵石回填，注漿。

4.2.8 拆除便梁、恢復(fù)線路。

在以上各步驟中，預(yù)制涵與現(xiàn)場明挖可同步進(jìn)行，因此要設(shè)置合理的作業(yè)流程，一般影響線路作業(yè)時間在10天以內(nèi)可完成，與頂進(jìn)涵所費(fèi)時間基本相同。

4.3 分節(jié)頂進(jìn)法施工的優(yōu)點(diǎn)

（1）預(yù)制涵，涵身質(zhì)量有保證。

（2）分節(jié)預(yù)制，所需場地小，且可分頭對頂，頂力要求低。

（3）坡度、方向受控。

（4）占用施工天窗時間短、施工速度快。

（5）人身安全相對有保障。

（6）占用非施工勞力量小。

4.4 分節(jié)頂進(jìn)法施工的注意事項(xiàng)

（1）通過管節(jié)間的橡膠止水帶固定、注漿等方法，處理管節(jié)防水問題。

（2）管節(jié)縫不得設(shè)置在鋼軌的垂直面以下，原則上鋼軌應(yīng)設(shè)在單節(jié)涵身的中部，以保證涵身均勻受力。

5 結(jié)束語

小孔徑涵的整治是一項(xiàng)較為棘手但又不得不進(jìn)行的一項(xiàng)工作，采用上述“分節(jié)頂進(jìn)法”施工，最重要的是必須解決各管節(jié)間防水問題；它最大的優(yōu)點(diǎn)是費(fèi)用降低、施工時間縮短，并且勞動安全風(fēng)險(xiǎn)降低。通過整治，達(dá)到既解決排洪能力不足、又處理了涵身劣化的目標(biāo)。

[1] 鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則[M]. 北京：中國鐵道出版社, 2010.

[2] 鐵路工務(wù)技術(shù)手冊——橋梁[M]. 北京：中國鐵道出版社, 1993.

[3] 礦物巖石學(xué)[M]. 北京：石油出版社, 2007.