復(fù)雜環(huán)境下地道橋超長箱體頂進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)

韓少華

（中鐵十八局集團(tuán)第二工程有限公司，河北 唐山 064000）

1 工程概況

隨著社會的進(jìn)步，一些市政道路與既有鐵路出現(xiàn)交互的情況，絕大多數(shù)是以下穿的形式經(jīng)過該路段，安全風(fēng)險大。某項目為11.5m-11.5m雙孔框架地道橋下穿鐵路工程，南北兩側(cè)各2節(jié)箱體，新建道路為南北走向，鐵路為東西走向［1］。北側(cè)橋體在不中斷鐵路線行車通行的條件下，南側(cè)橋體在駝峰線單溝溜放的條件下，頂進(jìn)就位，共頂進(jìn)4段框架地道橋。工程主要特點為：周圍環(huán)境復(fù)雜，需下穿10條鐵路線，既有鐵路路基沉降要求高，安全風(fēng)險大，對既有線加固工作量大、范圍廣；地質(zhì)條件差，持力層處淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，承載力只有85kpa，流塑狀態(tài)，屬軟土且厚度教大，承載力很低，自穩(wěn)性差，工作坑開挖時易產(chǎn)生線路溜向工作坑，頂進(jìn)時易產(chǎn)生扎頭；頂進(jìn)箱體南北兩側(cè)共計117.788m，頂程超長，頂進(jìn)難度大；頂進(jìn)段梁體分段多，防止地道箱體漏水存在較大難度。

2 既有鐵路線加固方案

2.1 既有線軌道加固

根據(jù)現(xiàn)場情況，線路加固進(jìn)港二線、道岔等10股道，采用“縱橫梁整體架空線路加固”的方法。線路加固橫梁采用I45b工字鋼，間距為0.6m（道岔處）和0.9m，相鄰橫梁接頭錯開1.5m，橫梁應(yīng)垂直于線路穿入，先中間后兩側(cè)。為了減少箱涵頂入時的阻力，并使橫梁聯(lián)結(jié)成為牢固的整體，沿線路方向在線路兩側(cè)采用3根Φ45b工字鋼縱梁與各橫梁扣接，置于橫梁上，縱梁兩端須以舊枕木垛支撐，加固長度75m。吊軌與其下的木枕用Φ22-U型螺栓聯(lián)結(jié)在一起，扣軌采用43kg/m鋼軌。加固完成后，箱體頂板預(yù)制時在尾部每隔3m設(shè)置拉環(huán)，采用倒鏈與線路加固系統(tǒng)聯(lián)系在一起（見圖1）。

圖1 既有鐵路線上加固圖

2.1.1 橫梁加固

（1）橫梁加固采用I45b工字鋼加固線路，間距0.9m，北側(cè)體系橫梁共88道，每隔一根與抗移樁進(jìn)行聯(lián)接，且線路南北兩側(cè)橫梁均間隔排列，相鄰兩道橫梁端部距離3m，以便加固體系能及時上橋，確保線路穩(wěn)定［2］。

（2）橫梁由I45b工字鋼聯(lián)接組成，涉及道岔7組，且受線路方向影響，橫梁出現(xiàn)折角，因此橫梁長度需依具體位置確定，折角位置采用焊接進(jìn)行連接，直線橫梁的連接采用高強(qiáng)螺栓連接。加固體系采用分塊加固的方法：先加固南側(cè)加固體系，后加固北側(cè)體系。

（3）穿入工字鋼橫梁采取隔6穿1的作業(yè)方法［3］，分組進(jìn)行，每根橫梁溝挖完后立即穿入工字鋼，穿入工字鋼橫梁時采用吊車、挖掘機(jī)配合人工方法進(jìn)行施工，橫梁用U型卡子和扣板與吊軌聯(lián)結(jié)，線路鋼軌與橫梁交叉部位采用3.4m通長木板進(jìn)行隔離，橫梁聯(lián)結(jié)完畢，及時回填搗固，質(zhì)量達(dá)到要求后進(jìn)行下一根橫梁作業(yè)。根據(jù)各股道標(biāo)高不同，采用不同厚度（30～150mm）的通長方木及（I40b、I45b）短工字鋼對股道高差進(jìn)行調(diào)整，確保穿入的橫梁保持水平。

2.1.2 縱梁加固

（1）線路兩側(cè)鋪設(shè)I45b工字鋼縱梁（3根一束），長度最長為75m，道岔位置縱梁根據(jù)位置確定，共12道。在支撐樁上鋪設(shè)I45b縱梁，2根一束，總計4道，每道長度26m。

（2）在最北側(cè)縱梁外側(cè)上鋪設(shè)雙排90型鋼作為加強(qiáng)大縱梁，長度30m，兩端分別搭在防護(hù)樁冠梁上，并設(shè)置硬支撐。用卡具將縱梁與橫梁束緊，縱梁兩端用枕木墊梁，增加強(qiáng)度。

2.2 既有線路基加固

持力層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，承載力只有85kPa，流塑狀態(tài)，承載力很低，屬于軟土，厚度較大，為防止工作坑開挖時產(chǎn)生線路溜向工作坑，導(dǎo)致路基坍塌和頂進(jìn)時產(chǎn)生扎頭，具體做法如下：

（1）為防止框架橋頂進(jìn)施工施工時路基坍塌，在框架橋四角均設(shè)置防護(hù)樁24根，樁長17m，樁徑1m，間距為1.75m，樁頂設(shè)冠梁。

（2）為防止線路在頂進(jìn)過程中發(fā)生偏移，則在橋頂進(jìn)方向鐵路對側(cè)設(shè)抗移樁11根，樁長15m，樁徑1m，間距4m，樁頂部設(shè)置通長冠梁。冠梁上預(yù)埋鋼筋拉環(huán)，頂進(jìn)前與加固工字鋼橫梁采用Φ32鋼絲繩雙卡雙扣，專人來接，專人檢查，確保施工安全。

（3）在距進(jìn)港二線下行線鐵路線路中心線外側(cè)5m處設(shè)置支撐樁9根，樁長7m，樁徑1m，間距4m。詳見圖2。

圖2 防護(hù)樁、支撐樁、抗橫移樁平面布置圖

防護(hù)樁、支撐樁和抗移樁的位置及頂面標(biāo)高不得高于加固橫梁底標(biāo)高，以確保正常加固使用。防護(hù)樁、支撐樁、抗移樁地下部分采用鉆孔灌注樁，施工時距離線路中心4m設(shè)置圍欄防護(hù)，并加強(qiáng)監(jiān)護(hù)工作，防止鉆機(jī)、鋼筋籠和吊車侵入鐵路限界，鋼筋籠采用2.5m一節(jié)，人工抬運安裝，防止觸電。列車到來時，禁止進(jìn)行移動鉆機(jī)和下鋼筋籠作業(yè)。

3 頂進(jìn)坑設(shè)置

頂進(jìn)工作坑采用樁長28m，樁徑1.25m，間距為1.5m，共638根（其中南側(cè)頂進(jìn)坑358根，北側(cè)頂進(jìn)坑280根），樁頂設(shè)通長冠梁。圍護(hù)結(jié)構(gòu)止水帷幕水泥攪拌樁為雙排咬合樁樁徑0.6m，樁間距0.4m。具體布置見圖3。

根據(jù)鉆探情況分析，地下水位較高，為保持干槽（坑）施工，鐵路兩側(cè)及工作坑四周需設(shè)置降水井進(jìn)行降水，綜合考慮多種因素的影響，采用大口井井點降水，管井共計114眼（南側(cè)58眼，北側(cè)56眼），管井鉆孔直徑Φ600，管井底標(biāo)高均為-11.5m。降水范圍包括工作坑、后背、出土坡道、橋體頂進(jìn)既有線范圍。具體布置見圖4。

圖3 南北側(cè)頂進(jìn)坑平面布置圖

圖4 南北側(cè)降水井布置圖

4 頂進(jìn)施工

采用挖土頂進(jìn)法施工，雙向?qū)?，南?cè)頂程91.325m，最大頂力191952.6kN；北側(cè)頂程75.878m，最大頂力107800kN。

4.1 工藝流程

（1）具體流程：安裝調(diào)試頂進(jìn)設(shè)備→試頂（空頂）→ 頂進(jìn)（出土）→頂進(jìn)（出土）→箱體監(jiān)測、線路觀測維護(hù)、更換頂鐵或橫梁、挖土和出土→箱體頂進(jìn)→頂進(jìn)觀測、糾偏→箱體測量是否就位→頂進(jìn)結(jié)束［4］。

（2）頂進(jìn)開始前進(jìn)行試頂，試頂?shù)捻斄Σ荒苓^大，為橋體自重0.6～1.0倍，啟動時不能突然增大到此壓力值，控制油泵逐漸加壓，每升壓一次穩(wěn)定3～5min，并由專人對滑板、分配梁和設(shè)備進(jìn)行檢查，如一切正常，方可加壓進(jìn)行正常頂進(jìn)，在加壓過程中如油表值突然下降，表示框架與滑板脫離，框架開始向前移動，直至刃角吃土后試頂結(jié)束。頂進(jìn)過程中利用挖掘機(jī)和鏟車出土作業(yè)，如此循環(huán)施工直至頂進(jìn)就位。具體如圖5。

圖5 頂鐵平面布置示意圖

4.2 頂進(jìn)及挖土施工

（1）頂進(jìn)挖土共計31348.2m3，每孔內(nèi)設(shè)置1臺挖掘機(jī)和1臺裝載機(jī)出土作業(yè)，挖掘機(jī)挖土刷坡，裝載機(jī)將土運出箱體，然后由挖掘機(jī)配合自卸汽車通過馬道將土運出基坑。頂進(jìn)時利用列車運行間隙進(jìn)行，列車通過時嚴(yán)禁頂進(jìn)。頂進(jìn)的頂力不能過大，一般為橋體自重的0.8～1.3倍，設(shè)專人對滑板、后背框架和設(shè)備進(jìn)行檢查。線上設(shè)專人與線路加固負(fù)責(zé)人協(xié)商是否可以頂進(jìn)，得到肯定后且確認(rèn)無列車通過時，利用對講機(jī)通知孔內(nèi)負(fù)責(zé)人開始頂進(jìn)。

（2）挖運土作業(yè)采用挖掘機(jī)挖土，刷坡并配合裝載機(jī)、自卸汽車外運的施工方案，設(shè)專人指揮挖土作業(yè)，防止超挖，以免造成“扎頭”現(xiàn)象。根據(jù)土質(zhì)情況確定刃角吃土量，挖土與測量工作密切配合。根據(jù)框架橋偏差情況及時改變挖土方法，挖土刷坡時，堅持“一鎬一挖一頂一分析”，以保證路基安全和作業(yè)人員的人身安全。頂進(jìn)施工中嚴(yán)格做到四不挖土：一是過車時不挖土；二是交接班時不挖土；三是機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障時不挖土；四是較長時間不頂進(jìn)作業(yè)時不挖土。

4.3 頂進(jìn)方向控制措施

從啟動頂進(jìn)到箱橋入土前的空頂階段，主要利用導(dǎo)向軌（放置在導(dǎo)向墩和箱橋之間的鋼軌）限制方向，箱體入土后，方向控制利用左右不均勻開鎬，通過調(diào)整左右開鎬數(shù)量和側(cè)刃角不對稱吃土的辦法來加以控制，忽略底板前端土壓力不計，隨著箱體入土深度增加，側(cè)墻靜止土壓力逐漸增大，由此產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力矩增大。這樣通過控制開鎬數(shù)量，形成力矩，來加以平衡，當(dāng)單靠調(diào)整頂鎬頂力效果不明顯時，可以使兩刃角左右不對稱吃土，即當(dāng)框構(gòu)橋體左偏時，左側(cè)少吃土，右側(cè)多吃土，使左側(cè)頂進(jìn)速度快于右側(cè)；當(dāng)框構(gòu)橋體右偏時，右側(cè)少吃土，左側(cè)多吃土，使右側(cè)頂進(jìn)速度快于左側(cè)，從而控制頂進(jìn)方向。

4.4 水平控制措施

（1）防止扎頭：在滑板施工時，滑板面預(yù)留1‰的仰坡，給箱體以爬坡趨勢，以升制降。在底板前端1.5m設(shè)置船頭坡，頂進(jìn)時船頭坡擠壓土體產(chǎn)生一個向上作用力。箱體出現(xiàn)扎頭趨勢時，頂進(jìn)時讓底板前端、側(cè)刃角上部或全部吃土，使土阻力作用點上移，加大頂力，產(chǎn)生一個抬頭力矩。

（2）防止抬頭：當(dāng)箱體出現(xiàn)抬頭趨勢時，可通過減小側(cè)刃角及底板吃土量和箱體前端增加配重等措施來制止箱體抬頭。

5 箱體防水措施

（1）地道橋南、北兩側(cè)各分兩段頂進(jìn)，后段框架底板搭設(shè)在前段底板上，前后兩段局部搭接處設(shè)上、下兩層鋼板。同時為不使土壤擠進(jìn)涵身，在底板和邊墻設(shè)鋼護(hù)套。鋼護(hù)套采用10mm厚鋼板，寬為1000mm，其中固定端為500mm，活動端為500mm，利用鋼筋與主筋焊接牢固，鋼板面與橋梁身混凝土外緣齊平。頂鎬鎬窩設(shè)在前段箱體底板中，在預(yù)制鎬窩時，頂鎬前后端預(yù)埋鋼板。

（2）在箱體接縫處設(shè)置橡膠止水帶，同時在頂進(jìn)（一）段外側(cè)設(shè)置1cm鋼板，保護(hù)在頂進(jìn)過程中土體對止水帶的破壞，同時防止在頂進(jìn)過程中，周圍土體進(jìn)入箱體內(nèi)部。

（3）在兩節(jié)箱體間設(shè)置橡膠止水帶，若在止水帶與頂鎬鋼板沖突，在鋼板后側(cè)預(yù)留止水帶孔槽，待頂進(jìn)后再進(jìn)行止水帶施工。

6 結(jié)束語

本工程通過使用工字鋼縱橫梁，設(shè)護(hù)樁、支撐樁、抗移樁等一系列對既有鐵路線加固措施有效的消除了安全風(fēng)險、路基沉降和頂進(jìn)偏移的問題；通過對滑板預(yù)留1‰仰坡、在底板前端下設(shè)置了“船頭坡”和刃角超挖或箱底超挖土方以及設(shè)置導(dǎo)向墩，及箱體內(nèi)及滑板上控制點來控制兩側(cè)頂鎬頂進(jìn)行程，隨頂隨測，頂進(jìn)中隨時糾偏等措施解決了頂進(jìn)時扎頭、抬頭以及箱體受力前頂時偏扭等問題，箱體就位后實測中線方向偏差值為1.9cm，滿足設(shè)計要求；在箱體接縫處設(shè)置橡膠止水帶，同時在頂進(jìn)段外側(cè)設(shè)置1cm鋼板，對止水帶進(jìn)行二次保護(hù)的措施有效解決了箱體漏水問題。本工程針對地道箱體頂進(jìn)各階段提出了相對應(yīng)的處理措施，既保證了工期要求，又能順利安全的穿越運營中的鐵路，為我單位后續(xù)地道箱體頂進(jìn)施工提供了堅實可靠地依據(jù)，同時可供其它單位工程和類似工程的箱體頂進(jìn)提供施工參考或借鑒。