橋式盾構(gòu)法在下穿鐵路既有線框架橋施工中的應(yīng)用

歐陽鴻志

（江西地方鐵路開發(fā)有限公司，江西 南昌 330000）

橋式盾構(gòu)法在下穿鐵路既有線框架橋施工中的應(yīng)用

歐陽鴻志

（江西地方鐵路開發(fā)有限公司，江西 南昌 330000）

新建公路下穿鐵路既有線框架橋工程一般采用D型鋼便梁對線路進(jìn)行加固，再進(jìn)行框架橋頂進(jìn)施工。由于D型鋼便梁架設(shè)需要封鎖點(diǎn)實(shí)施，且架空頂進(jìn)需列車運(yùn)行限速45km/h，同時(shí)存在回填路基密實(shí)度難以保證等缺陷。合理使用橋式盾構(gòu)工法，可減少甚至消除傳統(tǒng)方案中的缺陷。文章重點(diǎn)介紹橋式盾構(gòu)在新干縣善政三路下穿京九線應(yīng)用中的技術(shù)控制要點(diǎn)，旨在減輕下穿框架橋施工對鐵路既有線的影響。

橋式盾構(gòu)法；既有線；框架橋；應(yīng)用

1　工程概況

本框架橋位于新干縣善政三路與京九電氣化鐵路相交處，東通新城開發(fā)區(qū)，西連城區(qū)中心?？蚣軜蛑行木€與京九電氣化鐵路切線斜交82度，交點(diǎn)里程為京九線K1584+080，鐵路路基為路堤形式。

框架橋采用強(qiáng)度C40、P8抗?jié)B鋼筋混凝土，5m+15m+5m的三孔連續(xù)框架結(jié)構(gòu)：1～15m框架橋通行機(jī)動(dòng)車，兩側(cè)5m框架橋?yàn)榉菣C(jī)動(dòng)車與人行通道?？蚣軜蛉珜?8.2m（中墻厚1m，邊墻厚0.6m），全高8.2m（頂板厚0.09m，底板厚0.12m），板頂最小覆土厚度為1.5m?？蚣軜蛉L36m，穿越京九上下行線和一條牽出線，影響信號機(jī)、光電纜、鐵路電力和接觸網(wǎng)等鐵路設(shè)施，平面位置見圖1。

圖1　京九線K1584+080框架橋平面位置圖

2　橋式盾構(gòu)法簡介

橋式盾構(gòu)法是在傳統(tǒng)頂進(jìn)施工框架橋結(jié)構(gòu)預(yù)制工藝的基礎(chǔ)上，將橋式鋼盾構(gòu)體（以下簡稱“盾構(gòu)體”）裝配在框架橋的前端作為帶土頂進(jìn)時(shí)的支護(hù)結(jié)構(gòu)，再配合液壓推進(jìn)系統(tǒng)、反拉系統(tǒng)進(jìn)行暗挖頂進(jìn)的一種新型工法。

盾構(gòu)體由鋼柱、鋼梁、盾殼、子盾構(gòu)組成，橫向截面呈簡支梁橋形，其外廓尺寸與框架橋橋外廓尺寸基本相同。盾構(gòu)體截面跨中的中心土始終保持安全坡度，并滯后子盾構(gòu)掘進(jìn)面一定安全距離開挖，它與盾構(gòu)體共同平衡周邊土壓，成為子盾構(gòu)箱的強(qiáng)大支護(hù)體系，同時(shí)也起到導(dǎo)向的作用。在子盾構(gòu)頂靠土體后，子盾構(gòu)在油壓頂推系統(tǒng)的頂推下分別切入土體，子盾構(gòu)箱前的土體及墩柱前的土體采用人工開挖，子盾構(gòu)箱下跨中的中心土采用機(jī)挖人修方式掘進(jìn)。掘土完成后由液壓推進(jìn)系統(tǒng)配合反拉系統(tǒng)將框架橋向前推進(jìn)，形成一次頂進(jìn)循環(huán)，單次頂程控制在40mm，循環(huán)頂進(jìn)使框架橋到達(dá)設(shè)計(jì)位置。

橋式盾構(gòu)法的核心原理是通過子盾構(gòu)化整為零切土提供超前支護(hù)，利用保留中心土為體系提供穩(wěn)定支撐，并使用反拉系統(tǒng)將頂進(jìn)時(shí)土體與框架橋的動(dòng)摩擦變?yōu)橥馏w與反拉系統(tǒng)的靜摩擦，從而降低對土體的擾動(dòng)，減輕對上方線路影響。

3　施工方案

本框架橋具有跨度大、頂程長、工況復(fù)雜、風(fēng)險(xiǎn)源多、安全要求高等特點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際條件，采用橋式盾構(gòu)法頂進(jìn)施工，從京九下行線側(cè)始發(fā)，總頂程60m。

（1）施工流程。主要施工流程見圖2。

圖2　流程示意圖

（2）子盾構(gòu)布置。本項(xiàng)目盾構(gòu)總寬28.2m，子盾構(gòu)38臺(tái)組，各組0.75m水平布置。每組子盾構(gòu)設(shè)置2臺(tái)30t雙向液壓油頂提供推進(jìn)切土能力，并在子盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)牽引反拉板，76臺(tái)油頂由2套液壓泵站控制，液壓系統(tǒng)中設(shè)有38只高壓截止閥。

（3）掘土作業(yè)。本項(xiàng)目每一頂需要進(jìn)行三處掘土作業(yè)：32組子盾構(gòu)箱前土體、5個(gè)墩柱前的土體和跨中滯留的中心土。

每組子盾構(gòu)箱前土體和墩柱前土體的掘土作業(yè)因作業(yè)空間限制只能由1名工人完成，在子盾構(gòu)切土后先進(jìn)行子盾構(gòu)箱的掘土作業(yè)，并出土至墩柱前或中心土的作業(yè)面，再由盾構(gòu)墩柱處工人進(jìn)行掘土，最后再由挖機(jī)掘進(jìn)中心土，自卸汽車外運(yùn)棄土。每頂掘土嚴(yán)格控制寬為墩柱的外廓尺寸，長為前進(jìn)方向0.04m。

（4）最大頂力計(jì)算。根據(jù)頂進(jìn)長度、土的性質(zhì)、地下水情況、框架橋外形及施工方法等因素按下式計(jì)算框架橋的最大頂力：

式中：N1為橋上荷載，N1=2268t；μ1為框架橋頂面與頂上荷載的摩擦系數(shù)，取0.3；N2為框架橋自重，N2=6937t；μ2為橋涵底板與基底土的摩擦系數(shù)，取0.8；E為橋體兩側(cè)土壓力，E=823t；μ3為側(cè)面摩擦系數(shù)，取0.8；A為盾構(gòu)正面積，A=60m2；R為盾構(gòu)正面阻力，取350kPa；K為系數(shù)，取1.1。

計(jì)算得P=10320t，需400t千斤頂26個(gè)。

（5）頂進(jìn)系統(tǒng)布置?？蚣軜虻捻斶M(jìn)系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)和傳力設(shè)備兩部分組成：液壓系統(tǒng)中千斤頂布置以框架橋中心線為軸對稱分布，并優(yōu)先布置在邊墻與底板交界的部位；傳力設(shè)備中傳力柱的更換和增加時(shí)必須檢查，并按規(guī)定設(shè)置橫梁，防止“錯(cuò)位爆頂”造成安全風(fēng)險(xiǎn)。本項(xiàng)目中采用設(shè)置軌束梁反壓和土壓覆蓋等方法增加傳力體系穩(wěn)定。

（6）施工監(jiān)測?？蚣軜蝽斶M(jìn)的全過程必須對盾構(gòu)及框架橋運(yùn)動(dòng)中線、水平和控制點(diǎn)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測，每一次頂進(jìn)測量數(shù)據(jù)是指導(dǎo)框架橋的掘進(jìn)與調(diào)整的重要依據(jù)。從鄰近施工開始，除施工方和設(shè)備管理單位的線路沉降監(jiān)測外，要求第三方沉降監(jiān)測單位對線路進(jìn)行獨(dú)立監(jiān)測。施工過程中對發(fā)現(xiàn)的線路變化情況，立即進(jìn)行分析并作實(shí)質(zhì)性調(diào)控。

4　技術(shù)控制要點(diǎn)

（1）框架預(yù)制與盾構(gòu)安裝。橋式盾構(gòu)工法屬暗挖帶土頂進(jìn)，要減少頂進(jìn)時(shí)對線路的影響，就必須控制整個(gè)下穿構(gòu)筑物的外輪廓變化。所以框架橋預(yù)制時(shí)必須對工作底板的平整度、框架橋的尺寸進(jìn)行確認(rèn)、復(fù)核，鋼盾構(gòu)拼裝時(shí)需滿足設(shè)計(jì)要求，對前端面進(jìn)行檢測、修整，反拉板安裝時(shí)妥善處理搭接位置的順接。一般來說，框架橋邊墻誤差＜30mm，頂面誤差＜10mm；盾構(gòu)外殼安裝后其總寬值大于框架橋總寬約30mm，由此間隙來降低頂推過程中框架橋兩側(cè)與土體產(chǎn)生的摩擦阻力，以減小兩側(cè)土體的摩擦位移現(xiàn)象。

（2）設(shè)置防護(hù)樁。在鐵路路基入土和出土兩邊的框架橋位兩側(cè)設(shè)置防護(hù)樁，可以有效降低鋼盾構(gòu)頂靠路基開始掘土?xí)r兩側(cè)土體坍塌的可能，并在框架橋頂就位后擋墻施工完畢前為路基提供防護(hù)。在具備現(xiàn)場實(shí)施條件的情況下盡量采取防護(hù)樁增加施工安全系數(shù)。

（3）起動(dòng)試頂?？蚣軜蚱饎?dòng)頂進(jìn)時(shí)需先進(jìn)行試頂，在逐步增大頂力的同時(shí)對各部進(jìn)行檢査，無異常后繼續(xù)增大頂力直至框架橋開始前移。頂進(jìn)過程中需實(shí)時(shí)監(jiān)控頂力數(shù)值，一旦發(fā)生較大變化應(yīng)立即停止頂進(jìn)，解決定力變化的原因后方可繼續(xù)頂進(jìn)。

（4）掘土作業(yè)。掘土作業(yè)時(shí)應(yīng)當(dāng)合理調(diào)整作業(yè)人員讓每組子盾構(gòu)箱和墩柱的掘土作業(yè)進(jìn)度基本保持一致；盾構(gòu)墩柱出土采用皮帶機(jī)運(yùn)輸?shù)模瑧?yīng)當(dāng)有專人維修養(yǎng)護(hù)皮帶機(jī)；掘土作業(yè)期間要加強(qiáng)對作業(yè)面的排水處理，減少地下水和地表降水等對作業(yè)面的浸泡。跨中滯后挖掘的中心土從盾構(gòu)體入土到出土至少保持1：0.75的坡度，并滯后子盾構(gòu)掘進(jìn)面至少盾構(gòu)長度三分之二開挖。掘進(jìn)時(shí)，機(jī)械統(tǒng)一將框架橋前滯后的中心土挖去相同長0.4m距離。中心土、子盾構(gòu)箱和墩柱的掘土作業(yè)完成后，進(jìn)行頂進(jìn)作業(yè)前必須檢查掘土的尺寸及清底情況，不得超挖、欠挖。

（5）反拉系統(tǒng)。在盾構(gòu)體頂進(jìn)過程中，隨著框架橋前行，電機(jī)將反拉板向反方向牽引，將土體與框架橋混凝土的動(dòng)摩擦變?yōu)橥馏w與反拉系統(tǒng)的靜摩擦，減少頂進(jìn)時(shí)對土體的擾動(dòng)。由于反拉系統(tǒng)由人工控制，操作時(shí)必須由專人統(tǒng)一指揮反拉和頂進(jìn)操作，且頂進(jìn)過程中監(jiān)控人員實(shí)時(shí)向總指揮報(bào)告線路及盾構(gòu)情況。

（6）頂進(jìn)糾偏。在頂進(jìn)的過程中，不可避免會(huì)遇到框架橋的位置偏離設(shè)計(jì)位置的情況，在實(shí)際施工中應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況，當(dāng)偏離位置不影響道路順接且經(jīng)調(diào)整就位后能滿足規(guī)范要求的可盡量避免糾偏。進(jìn)行糾偏時(shí)，通過調(diào)整兩側(cè)千斤頂?shù)捻斶M(jìn)行程來實(shí)現(xiàn)水平糾偏，通過部局部超挖或欠挖實(shí)現(xiàn)豎向糾偏。

（7）盾構(gòu)出土。子盾構(gòu)在出土?xí)r可能由于頂部與線路及道床底部的摩擦力大于道床結(jié)構(gòu)的粘聚力而帶動(dòng)路基發(fā)生橫移。為了避免這種情況，可以在鋼盾構(gòu)出土側(cè)設(shè)置擋土橫梁，阻止路基橫移，同時(shí)在子盾構(gòu)頭出土后將反拉板進(jìn)行切割，框架橋主題頂進(jìn)時(shí)啟用反拉系統(tǒng)讓反拉板保持與上方土體保持相對靜止，從而確保道床穩(wěn)定。

（8）路橋過渡段處理?？蚣軜蚓臀缓?，可能影響線路變化的主要是框架橋兩側(cè)邊墻與鐵路路基之間形成的路橋過渡段。鋼盾構(gòu)的超寬和頂進(jìn)中的糾偏、超挖、地下水損失等，都可能是造成路橋過渡段土損失的原因，所以當(dāng)框架橋頂進(jìn)到位后需要對路橋過渡段進(jìn)行注漿填實(shí)，注漿時(shí)必須嚴(yán)格控制注漿壓力。

（9）線路監(jiān)控與養(yǎng)護(hù)。在每次頂進(jìn)停止后，應(yīng)立即對正在穿越線路進(jìn)行水平、軌距測量，對線路變化不管大小，有變即修。不管是否頂進(jìn)，線路養(yǎng)護(hù)人員必需對線路進(jìn)行一列一檢，確保行車安全。

5　結(jié)束語

新干縣善政三路下穿京九線K1584+080框架橋施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》、《鐵路工務(wù)安全規(guī)則》、《南昌鐵路局營業(yè)線施工及安全管理細(xì)則》等相關(guān)規(guī)定，頂進(jìn)施工歷時(shí)45天完成，頂進(jìn)期間線路單次頂進(jìn)最大豎向位移最大3mm，最大水平位移2mm，累計(jì)豎向位移12mm，水平位移7mm，達(dá)到維修規(guī)定要求?？蚣軜蚓臀缓罂蚣茼斆婕奥窐蜻^渡段的線路，經(jīng)養(yǎng)護(hù)后無明顯沉降。本項(xiàng)目中對施工技術(shù)的控制要點(diǎn)，可為橋式盾構(gòu)工法提供施工參考。

［1］王會(huì).淺談頂進(jìn)涵施工［J］.山東省農(nóng)業(yè)管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，（1）.

［2］郭建波.框架橋橋式盾構(gòu)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的研究［D］.北方工業(yè)大學(xué)，2012.

U448.13

A

1671-3818（2016）09-0042-02

歐陽鴻志（1989-），男，江西萍鄉(xiāng)人，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，研究方向：涉鐵工程管理。