大型下穿鐵路框架橋破樁頂進(jìn)施工工法探析

黃耀民

（南寧鐵路局建設(shè)管理處，助理工程師，廣西 南寧 530029）

1 前言

下穿既有線框架橋頂進(jìn)施工工藝，有著不中斷既有線運營、土方開挖量少等優(yōu)勢。隨著我國鐵路運行速度不斷加快，實現(xiàn)既有線平交改立交是目前解決增速難題有效方案之一。對于大型下穿鐵路框架橋而言，在一些雙線地段或者站場咽喉區(qū)，因線間距不能滿足施工便梁安設(shè)條件，此時就要采用工字鋼橫抬梁方法進(jìn)行加固線路，即用破樁頂進(jìn)的方法進(jìn)行施工。

南寧市沙井～南站立交橋下穿鐵路框架橋工程建設(shè)成功運用了破樁頂進(jìn)這項施工工法，整個框架橋下穿包括湘桂線、南環(huán)聯(lián)絡(luò)線、聯(lián)1線、牽1線、牽3線、貨場線、煤專線、湘桂A線共8條線路及站場股道。在工程建設(shè)過程中，面對長行程大跨度框架橋頂進(jìn)方向控制難度大、破樁頂進(jìn)對既有線加固支撐體系要求高等施工技術(shù)難題，筆者不斷摸索與創(chuàng)新，總結(jié)出一套大型下穿鐵路框架橋破樁頂進(jìn)施工工法，解決了高風(fēng)險及復(fù)雜地質(zhì)條件下大型下穿鐵路框架橋頂進(jìn)的施工難題，可為類似工程施工積累經(jīng)驗和提供借鑒。

2 工程概述

南寧市沙井～南站立交橋位于南寧市沙井大道和南寧市南站鐵路相交處，采用12.25 m主車道+9 m匝道+10 m輔道+4 m人行道。其中，東主線、G匝道和D輔道擬通過新建2座立交橋下穿鐵路，兩立交橋均采用三孔連續(xù)框架，孔徑布置為（13.7 m+9.5 m+13.7 m）。新建立交橋橋位處現(xiàn)狀鐵路共8股道，由南至北分別是：湘桂線、南環(huán)聯(lián)絡(luò)線、聯(lián)1線、牽1線、牽3線、貨場線、煤專線、湘桂A線。

施工前，用工字鋼縱挑橫抬梁+P 50(3-3-3-3)吊軌梁對線路進(jìn)行加固，共需加固8股道，縱梁采用Ⅰ56 b工字鋼，3根一束，采取單層布置。橫抬梁采用Ⅰ56 b工字鋼，間距0.5 m～1 m?？v橫梁采用直徑1.5 m人工挖孔樁作臨時支墩，設(shè)12排樁共144根樁支撐樁。按設(shè)計要求采用支護(hù)樁后背墻。框架預(yù)制完成、線路加固完成后方可實施頂進(jìn)。頂進(jìn)過程中采用支撐垛配合滑梁分散荷載，增加扣軌數(shù)量確保施工安全。施工期間湘桂線、南環(huán)聯(lián)絡(luò)線及湘桂A線列車實行限速45 km∕h通過，其余各列車實行限速25 km∕h通過。

3 破樁頂進(jìn)施工操作要點

3.1 線路加固 線路加固方式需考慮多種因素，首先是安全方面必須滿足《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定；其次要考慮操作的可行性。由于需要跨越既有線多股道，線路加固材料只能依靠小型器械及人工搬運，材料重量不宜過大，此外由于多股道軌底標(biāo)高不在同一水平標(biāo)高，故需采用“縱挑橫抬”及“橫挑縱抬”相結(jié)合的方式對線路進(jìn)行加固。道岔區(qū)的線路加固尤其關(guān)鍵。首先是道岔區(qū)線路抗橫移剛度較低，此外加固措施不到位容易影響相互間的兩條線路，且后期調(diào)整困難。經(jīng)過實踐檢驗，采用增加扣軌數(shù)量是行之有效的方案，如圖1所示，但是需確保與輪轂之間的安全距離并預(yù)防“紅光帶”。

圖1 線路加固示意圖

3.2 頂進(jìn)施工

3.2.1 頂進(jìn)施工準(zhǔn)備 頂進(jìn)前需要做好以下幾方面的準(zhǔn)備工作：一是注意滑板的施工質(zhì)量，其平整度和摩擦系數(shù)需檢測合格；二是框架預(yù)制過程中需要埋設(shè)相關(guān)的預(yù)埋件，如中繼間設(shè)施，頂墻預(yù)埋鋼板及防線路橫移措施預(yù)埋件；三是做好頂進(jìn)設(shè)備的安裝與調(diào)試；四是做好監(jiān)控量測的預(yù)埋點位布設(shè)；五是頂進(jìn)應(yīng)急搶險物資的儲備。

3.2.2 框架頂進(jìn)

3.2.2.1 框架頂進(jìn)總體施工步驟如下：

試頂→挖土頂進(jìn)→拆除支承挖孔樁和縱梁→挖土頂進(jìn)→框架就位。

3.2.2.2 頂進(jìn)設(shè)備安裝調(diào)試和試頂

1）設(shè)備安裝。頂進(jìn)最大框架箱體長27.6 m，最大頂力為13 100 t，采用相向?qū)數(shù)姆椒斶M(jìn)，共需500 t千斤頂80臺（其中12臺備用），最大頂程為35.9 m。

2）調(diào)試和試頂。調(diào)試工作包括全面檢查液壓元件是否可靠、千斤頂功能有無異常，管路有無泄漏，測定起動推力，檢查后背的變化情況等。

試頂前應(yīng)檢查以下項目，符合下列要求方可試頂。

（1）箱身混凝土必須達(dá)到設(shè)計強度。

（2）線路架空加固情況良好，后背及頂進(jìn)設(shè)備情況良好，現(xiàn)場照明良好。

（3）油壓表應(yīng)按規(guī)定送技術(shù)監(jiān)督局進(jìn)行標(biāo)定并取得鑒定合格證，液壓系統(tǒng)安裝及試驗情況良好。

試頂時應(yīng)做到：

（1）各關(guān)鍵部位及觀測點處均有專人負(fù)責(zé)，隨時注意變化情況；

（2）當(dāng)千斤頂活塞開始伸出，頂柱（頂鐵）壓緊后立即停頂，檢查各部位情況無異常現(xiàn)象可再開泵，直至箱身起動。

（3）開泵后每當(dāng)油壓升高5～10 MPa時須停泵觀察，發(fā)現(xiàn)異常，及時處理；

（4）試頂完成后還要進(jìn)行一次全面檢查，如各部情況均屬良好便可進(jìn)行正式的頂進(jìn)作業(yè)。

3.2.2.3 頂進(jìn)組織和工藝

1）頂進(jìn)程序（1）當(dāng)箱身在基坑底板上移動時，其流程如下：千斤頂工作→箱身前移→油泵回油→箱身停進(jìn)→接（換）頂鐵→千斤頂工作，如此反復(fù)進(jìn)行。

（2）當(dāng)箱身與路基接觸后，在接（換）頂鐵的同時增加挖運土方工序，其流程為：

千斤頂工作→箱身前移→油泵回油→箱身停進(jìn)→接（換）頂鐵的同時進(jìn)行挖土、裝土、運土以及基底處理→千斤頂工作，如此反復(fù)進(jìn)行。

2）安裝頂鐵和頂柱。頂進(jìn)前將不同規(guī)格尺寸的頂鐵、頂柱進(jìn)行組合，在頂進(jìn)過程中按頂進(jìn)長度進(jìn)行安放。事先要準(zhǔn)備好足夠的拖運和起重設(shè)備，用于安裝鋼橫梁、頂鐵頂柱，配合頂進(jìn)施工。每增加4～8 m頂柱增設(shè)一道鋼橫梁，以增加頂住的橫向穩(wěn)定性。

3）破樁頂進(jìn)。鑿除支承縱梁的挖孔樁，如圖2所示。

圖2 破樁頂進(jìn)示意圖

具體施工方法如下：

（1）使用2臺卷揚機從兩組橫抬梁間把下方的大縱梁吊起，拆除樁頂墊木，使大縱梁脫離支撐樁頂（支撐樁不受力即可）。

（2）破樁時，從框架中心向兩邊勻稱破除，待樁破除的剩余高度不影響放下和抽出大縱梁時，使用卷揚機放下大縱梁，使用挖機把大縱梁從框架內(nèi)拽出，再使用吊車運出基坑。

（3）支撐樁破至框架底板底面以下1.0 m后，采用級配碎石回填密實。

破除孔樁頂進(jìn)過程中，先撤除支撐枕木垛與橫梁之間的木尖，將工字鋼落于滾筒上，支點落于框架頂面，利用滾筒減少橫梁與框架之間的摩擦將框架頂進(jìn)，同時采用8 t倒鏈葫蘆牽拉在扣軌排最外一側(cè)，倒鏈葫蘆間距4 m，頂進(jìn)時隨著頂進(jìn)速度緩慢拉緊，防止線路跟著頂進(jìn)框架橫移，每完成一次頂進(jìn)后，立即采用100 t千斤頂將橫梁頂起，然后安放支撐枕木垛及雜木板，并打木尖恢復(fù)線路。

為加快頂進(jìn)速度縮短對線路行車的影響，采用人工配合挖掘機三班倒挖土，每次挖土進(jìn)尺按0.5 m左右控制，開挖面坡度不陡于1：0.5，開挖時先挖中間及底部，再挖邊部。如在頂進(jìn)挖土過程中檢測基底承載力不滿足設(shè)計要求可采取換填速凝混凝土等措施，基底頂面應(yīng)稍高2～3 cm。挖兩側(cè)土方時應(yīng)該適當(dāng)欠挖切土頂進(jìn)，減少暴露時間防止側(cè)塌。頂進(jìn)過程中如果發(fā)生路基坍塌，必須清除全部坍塌松土，回填級配碎石（摻5%水泥）處理。

4 頂進(jìn)監(jiān)控量測

頂進(jìn)過程中的監(jiān)測主要包括以下內(nèi)容，一是對線路的監(jiān)測；二是對頂進(jìn)后背、頂墻的監(jiān)測；三是對框架位置、高程的監(jiān)測。主要通過以下方法預(yù)測。

頂進(jìn)線路監(jiān)測由現(xiàn)場技術(shù)員與車站、工務(wù)段施工人員配合檢查，除了日常巡檢，堅持“趟檢”、“交接檢”，每趟車過后均及時檢查，交接班前班后均檢查，填寫巡檢日志，及時反饋檢查出現(xiàn)的問題，采取應(yīng)對措施。

頂進(jìn)后背及頂墻的監(jiān)測措施：一是實時監(jiān)測最大頂力，通過控制最大頂力不超過設(shè)計值確保后背的安全。二是對頂進(jìn)后背墻的位移監(jiān)測。通過布設(shè)在頂進(jìn)后背墻影響區(qū)域外的置鏡點和定向點定向軸線，通過校核點對置鏡點和定向點進(jìn)行位置校核，即三點之間連線夾角α變化值在允許范圍內(nèi)（2″），然后對后背觀測點的主位移值進(jìn)行觀測（初始位移值在頂進(jìn)開始前采集X0,每次的觀測值為Xn、變化值△x=Xn-X0），主位移值超過容許值則進(jìn)行預(yù)警，并及時采取糾偏措施，如圖3所示。

圖3 頂進(jìn)后背監(jiān)測示意圖

框架頂進(jìn)過程中的位置監(jiān)測采用以下方法：一是采用“軸線控制點約束法”，即在框架頂程外的軸線上設(shè)置兩個控制點配合測量吊架對軸線偏位情況進(jìn)行測量，如圖4所示。二是在框架外側(cè)設(shè)置頂進(jìn)控制邊線，即框架邊線外約50 cm沿著頂進(jìn)方向設(shè)置控制邊線，沒頂程測量距離的變化情況，根據(jù)相似三角形原理推算出偏移距離，對框架頂進(jìn)情況進(jìn)行調(diào)整。三是高程測量方法即外掛透明塑料管彎成槽形固定在邊墻上，內(nèi)裝紅色液體，在兩端直立段標(biāo)出設(shè)計坡度要求的液面位置。檢查時只要看兩端液面是否與所標(biāo)示位置一致即可，并可根據(jù)需要設(shè)置刻度尺，根據(jù)刻度尺讀數(shù)精確測量框架高程位置偏差，如圖5所示。對于切土頂進(jìn)的框架高程軸線控制可以借助全站儀、水準(zhǔn)儀及激光導(dǎo)向儀等輔助量測。

圖4 軸線控制點約束法示意圖

圖5 箱身頂進(jìn)前后水平觀測裝置圖

5 頂進(jìn)糾偏措施

對于頂進(jìn)過程中通過量測發(fā)現(xiàn)的線路問題，框架軸線高程偏位問題需根據(jù)具體情況采取不同的糾偏措施。對于常見的線路橫移及沉降情況，采取以下應(yīng)對措施：一是增加雜木楔片或者補充道砟。二是增加扣軌梁或軌距桿。三是采用倒鏈葫蘆配合滑移設(shè)備調(diào)整。四是對于兩側(cè)框架對頂?shù)那闆r，可以適當(dāng)采用對頂框架的反作用力調(diào)整線路橫移。如圖6所示。

圖6 線路糾偏措施示意圖

對于框架出現(xiàn)軸線偏移情況，根據(jù)偏移量的大小選擇以下幾種方式進(jìn)行糾偏。一是采用“超、欠挖土法”。對于框架偏移側(cè)的土體適當(dāng)欠挖，而另一側(cè)土體適當(dāng)超挖，使偏移側(cè)切土頂進(jìn)，利用土體摩擦力和反作用力調(diào)整框架位置，這種方法調(diào)整框架偏位較為迅速，但是必須確?？蚣艽蟛糠趾磉M(jìn)入土體，否則容易出現(xiàn)“擺尾”即整個框架軸線平行橫移的情況。對于軸線偏位不大的宜采用“不均勻布頂法”。此種方法可分兩種方式實現(xiàn)，即兩側(cè)油頂數(shù)目不等或兩側(cè)油頂對框架軸線的力矩不等的方法調(diào)整。此外軸線偏位還可采用“外加導(dǎo)向梁法”提前干預(yù)，即在框架外側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土導(dǎo)向梁，約束框架的兩側(cè)位移，使其沿著設(shè)計軸線方向移動。但是這種方法僅適用于框架自重較小的情況，且對導(dǎo)向梁的施工要求較高，要求導(dǎo)向梁具有較大的抗剪強度?？蚣茌S線偏位調(diào)整情況如圖7所示。

圖7 框架軸線偏位調(diào)整

對于框架出現(xiàn)的“抬頭、栽頭”情況，可以根據(jù)現(xiàn)場實際偏移量采取以下糾偏措施：一是框架內(nèi)部堆載法，即在框架抬頭位置堆載重物，使其頂進(jìn)過程中出現(xiàn)“栽頭”趨勢，逐步調(diào)整至設(shè)計標(biāo)高，這種情況對基底及滑板的承載力要求較高，對于不良地質(zhì)情況不宜采用此法。二是采用“壓樁法”，即在框架底部預(yù)留方形缺口，預(yù)制小型混凝土樁，在“栽頭”位置使用油頂將預(yù)制樁“擠入”底部土體，使框架底板抬升，達(dá)到糾偏的目的。三是采用“滑板接長法”，即在頂進(jìn)方向采用混凝土硬化滑板，逐步調(diào)整框架高程使其滿足設(shè)計要求，如圖8所示。

圖8 滑板接長示意圖

6 工法應(yīng)用實例

6.1 本工程應(yīng)用實效 南寧市沙井～南站立交橋下穿鐵路框架橋頂進(jìn)就位后，經(jīng)量測，各項參數(shù)指標(biāo)完全滿足設(shè)計及規(guī)范要求，其中對頂?shù)膬晒?jié)框架軸線偏差2 cm，高程偏差2.5 cm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于規(guī)范容許值（對頂高程偏差小于1%頂程且≯+15cm、-20cm，軸線偏差≯10cm），如圖8所示。

圖9 頂進(jìn)精準(zhǔn)到位示意圖

6.2 類似工程應(yīng)用實例 該工法還成功應(yīng)用于南寧市東西～南北快速路下穿湘桂鐵路工程、云桂南憑四線鐵路工程和南寧邕寧區(qū)龍崗片區(qū)3號路下穿南環(huán)鐵路工程等，在施工過程中安全質(zhì)量可控，框架頂進(jìn)至就位過程中框架高程、軸線偏差及既有線行車安全均符合規(guī)范要求。

7 結(jié)束語

該工法在項目施工中成功實現(xiàn)了縱挑橫抬梁線路加固取代傳統(tǒng)的架便梁加固方式，并利用鋼護(hù)筒、枕木、鋼板組合結(jié)構(gòu)形成滑動面，有效保證頂進(jìn)過程中既有線的穩(wěn)定，提高了安全系數(shù)，經(jīng)濟性和適用性明顯。

［1］馬孟櫸.淺談鐵路既有線雙線同時撥接施工技術(shù)［J］.建筑與施工,2015.

［2］馬宏偉.寶成線改線軌道撥接施工技術(shù)［J］.施工技術(shù),2016.