四孔并行大跨框構(gòu)橋下穿鐵路頂進(jìn)技術(shù)研究

王 強(qiáng)，楊化慶

(1. 中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,武漢 430056； 2. 中鐵十四局集團(tuán)第一工程發(fā)展有限公司，日照 276826)

近年來,我國公路與鐵路建設(shè)的里程及規(guī)模都在逐年增加。隨著建設(shè)空間的拓展，公路與鐵路的交口愈來愈多，公路與鐵路互穿工程的施工便顯得尤為重要[1]。將平面交口改成立體交叉，采用斜交或正交的上跨立交或下穿地道橋?yàn)榱Ⅲw交叉的重要形式[2]。其中，單孔及雙孔為下穿結(jié)構(gòu)中極為普遍的形式，三孔結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，但借助于基本算法并結(jié)合數(shù)值分析軟件亦可解決[3]。相比于單孔、雙孔及三孔，四孔連續(xù)框構(gòu)橋結(jié)構(gòu)形式更為復(fù)雜，其設(shè)計(jì)原理和計(jì)算模式在業(yè)內(nèi)尚不統(tǒng)一，自動(dòng)配筋計(jì)算以及出圖軟件尚未成熟，尚有諸多難題亟待解決。仁新高速丹霞樞紐互通工程，施工工期緊、難度大，且四孔并行框構(gòu)橋頂進(jìn)下穿既有鐵路在廣東省所有工程項(xiàng)目中尚屬首例。本文以之為研究對(duì)象，對(duì)頂進(jìn)施工技術(shù)進(jìn)行探究，通過采用鋼花管路基注漿、鋼便梁施工、路基加固等措施，將頂進(jìn)施工過程中的鐵路路基沉降控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)，以保證施工及行車安全，研究結(jié)果可為類似工程提供借鑒。

1 工程背景

新建四孔并行框構(gòu)橋位于贛韶鐵路K139+193里程處，路基形式為路堤，填土高度和路肩寬度分別為12 m、7.8 m，坡度為6.0‰,與鐵路交角為68°，包括G匝道、E匝道、左線左幅及左線右幅，跨徑為15 m、10 m、10 m和15 m。采用頂進(jìn)施工，沿鐵路及垂直鐵路方向長(zhǎng)度分別為62.447 m、18.000 m，橋中心對(duì)應(yīng)高速公路、鐵路主線里程分別為K248+434.74、K139+193。其預(yù)制場(chǎng)地平面布置如圖1所示。

圖1 四孔并行框構(gòu)預(yù)制場(chǎng)地平面布置圖

2 頂進(jìn)施工方案

頂進(jìn)施工過程中需要對(duì)韶贛鐵路路基進(jìn)行開挖，由于開挖量大且高度高，路基極易產(chǎn)生坍塌，不僅對(duì)鐵路的正常營運(yùn)造成不良影響，對(duì)行車安全亦產(chǎn)生極大威脅。為保證施工安全，確定頂進(jìn)施工方案如下:

(1) 四孔并行框構(gòu)橋采用線外預(yù)制、單側(cè)頂進(jìn)的施工方案。第1、2孔框構(gòu)橋位于墻身兩側(cè)，第3、4孔框構(gòu)橋位于墻身贛州側(cè)，為使頂進(jìn)過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性最好，同時(shí)保證運(yùn)行鐵路的安全性及線路平順性，首先頂進(jìn)第2孔，接著頂進(jìn)第1孔和第3孔，最后頂進(jìn)第4孔。預(yù)制的同時(shí)，應(yīng)及時(shí)對(duì)58根后背墻及其加固樁進(jìn)行施工。

(2) 頂進(jìn)施工采用邊頂進(jìn)邊開挖的方案，如果頂進(jìn)過程中遇到軟弱路基，應(yīng)及時(shí)處理，以防頂進(jìn)施工過程中出現(xiàn)扎頭現(xiàn)象。在路基開挖前，預(yù)先進(jìn)行鋼花管注漿，對(duì)框構(gòu)橋兩側(cè)路基進(jìn)行加固，以免路基在開挖過程中發(fā)生坍塌。

3 頂進(jìn)施工關(guān)鍵技術(shù)

四孔并行框構(gòu)橋下穿鐵路，其頂進(jìn)施工工藝流程如圖2所示。

圖2 四孔并行框架橋頂進(jìn)施工工藝流程

3.1 挖孔樁施工

采用扣軌梁對(duì)線路進(jìn)行加固后，在鐵路路肩兩側(cè)需要及時(shí)施做10根挖孔樁以作為鋼便梁架設(shè)支點(diǎn)，挖孔樁直徑和深度分別為1.5 m、25 m，其施工工藝流程和施工平面布置如圖3～4所示。

圖3 挖孔樁施工工藝流程

圖4 挖孔樁平面布置示意

3.2 鋼花管注漿

開挖前進(jìn)行鋼花管注漿加固，既能提高路基的穩(wěn)定性，又能減少施工過程中對(duì)挖孔樁的側(cè)壓力。鋼花管采用熱軋鋼管，外徑、內(nèi)徑為別為108 mm、102 mm。鋼花管上鉆設(shè)10～16 mm孔徑、188 mm孔間距、呈梅花形布設(shè)的注漿孔，端部不鉆孔止?jié){段長(zhǎng)度為150cm。鋼花管注漿水泥水灰比為1∶1，控制注漿壓力在0.5～3 MPa。鋼花管注漿布設(shè)如圖5所示。

圖5 鋼花管注漿示意

3.3 線路架空加固

四孔并行框構(gòu)橋線路架空加固示意如圖6所示。施工過程中首先要對(duì)線路進(jìn)行應(yīng)力放散，同時(shí)，采用型號(hào)為H212、長(zhǎng)度為3.96 m的鋼枕梁連接縱梁，每根枕梁穿一根空混凝土枕，用絕緣板墊在鋼軌和枕梁間，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行打?qū)崳h(huán)施工。

縱梁采用D24施工便梁，架設(shè)過程需封鎖線路及接觸網(wǎng)，每次180分鐘。縱梁采用150 t吊車吊裝，每鉤吊裝一片便梁，縱梁就位后，在枕梁兩端采用高強(qiáng)螺栓與縱梁聯(lián)結(jié)擰緊。安裝縱梁要對(duì)襯吊裝，防止偏壓線路，吊裝時(shí)與接觸網(wǎng)必須有足夠的安全距離，并設(shè)專人進(jìn)行監(jiān)視防護(hù)。

由于混凝土枕按原位不動(dòng)，需要靠混凝土枕和枕梁上的鋼軌扣件控制軌距，確保其符合要求。枕梁上設(shè)置有鋼軌扣件，枕梁與縱梁相聯(lián)結(jié)，使線路固定在工便梁之間，不致發(fā)生橫向移動(dòng)。在框構(gòu)橋頂?shù)暮蠖藢?duì)應(yīng)橫抬梁位置設(shè)兩個(gè)地錨，并用鋼絲繩、5 t倒鏈將橫抬梁與地錨連接，防止頂進(jìn)時(shí)橫抬梁縱移影響行車安全。

(a) 第2孔

(b) 第1、3孔

(c) 第4孔

3.4 框構(gòu)橋頂進(jìn)施工

框構(gòu)橋頂進(jìn)施工由小里程方向朝著大里程方向頂進(jìn)，為減小頂進(jìn)阻力，在滑板表面涂抹深度2cm、型號(hào)為M10的水泥砂漿，控制其平整度在±0.3cm范圍內(nèi)，并于其上方涂抹由滑石粉和石蠟組成的厚約1mm的隔離層。

框構(gòu)橋頂進(jìn)過程中，頂鎬必須保證相同的頂力和行程，施頂方向和頂鎬與箱體軸線一致。頂進(jìn)施工包括空頂階段和頂進(jìn)階段，其流程如圖7～8所示。

圖7 框構(gòu)橋頂進(jìn)施工空頂階段

圖8 框構(gòu)橋頂進(jìn)施工頂進(jìn)階段

3.5 框構(gòu)橋頂進(jìn)防扎頭

為獲取頂進(jìn)施工過程中的中線和高程，在框構(gòu)橋頂進(jìn)施工前，應(yīng)在箱身前端和后端的頂板和邊墻上分別做好中線和高程標(biāo)志，以便在頂進(jìn)過程中及時(shí)糾正。

頂進(jìn)施工前為防扎頭，開挖面基底應(yīng)該保證高出涵身地面20～30cm，且基于基底狀況適當(dāng)鋪設(shè)速凝混凝土。當(dāng)產(chǎn)生扎頭現(xiàn)象時(shí)應(yīng)馬上停止頂進(jìn)施工，及時(shí)處理基底，并采用C25混凝土澆筑以調(diào)整扎頭。

3.6 線路恢復(fù)作業(yè)

框架橋頂進(jìn)施工完成后，應(yīng)及時(shí)著手進(jìn)行線路恢復(fù)工作，線路恢復(fù)流程如圖9所示。

圖9 線路恢復(fù)流程

4 結(jié)論

(1) 通過采用挖孔樁施工、鋼花管注漿、線路架空加固、軸線防扎頭等措施，對(duì)仁新高速丹霞互通工程四孔并行大跨框構(gòu)橋下穿鐵路頂進(jìn)施工技術(shù)進(jìn)行了探究，保證了施工及行車安全。

(2) 該工程的順利施工，是廣東省四孔并行大跨框構(gòu)橋下穿鐵路頂進(jìn)施工的首次嘗試，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，可為類似工程施工提供參考和借鑒。