探討下穿鐵路框架橋的頂進(jìn)施工技術(shù)

鄭文豪

（中鐵十一局集團(tuán)城市軌道工程有限公司 湖北武漢 430000）

引言

下穿鐵路框架橋的頂進(jìn)施工方法，是解決道路與鐵路相交的主要方法。平交道口改為立交道口，由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)及適用性，被各大城市廣泛地推廣應(yīng)用，極大地緩解了城市交通壓力，但是施工風(fēng)險(xiǎn)也極高，易出現(xiàn)既有線路基土體失穩(wěn)或者由于地基處理不足導(dǎo)致的質(zhì)量事故。因此，在下穿鐵路框架橋的施工中，合理應(yīng)用頂進(jìn)施工技術(shù)尤為重要。

1 頂進(jìn)施工方法分析

頂進(jìn)法施工，是不需要爆破直接施工開挖土層的地下結(jié)構(gòu)施工，經(jīng)常用于建設(shè)地下重要管線和下穿既有道路或鐵路的各種框架橋。其施工特點(diǎn)就是施工開挖不影響既有運(yùn)行車輛的日常出行，將利用千斤頂力施加預(yù)制完備的箱涵上，頂入路面下的地層之中。頂進(jìn)法是地下結(jié)構(gòu)物施工重要的施工方法，根據(jù)工程地質(zhì)條件、施工技術(shù)要求、工期要求等因素的不同，頂進(jìn)法可分為頂入法、中繼間法、對(duì)頂法、頂拉法等，下面詳細(xì)闡述施工方法的適用性：

（1）頂入法施工

橋梁下穿既有道路或者鐵路工程，不管是斜交角度、框架結(jié)構(gòu)跨度、覆土厚度等不同因素的限制，在施加頂力完備的情況下，頂入法可將結(jié)構(gòu)一次性頂進(jìn)完成。它最初用來建設(shè)地下管道，其優(yōu)勢(shì)就是工序簡單明了、施工方便。但下穿鐵路修建箱涵施工，工作坑布設(shè)在鐵路一側(cè)，這就需要很大的頂力頂入施工。

（2）中繼間法施工

中繼間法施工適用于箱涵頂程過長、覆土厚度較深、提供頂力不能滿足工程要求等情況，這時(shí)就需要將主體分段頂進(jìn)。將框架結(jié)構(gòu)分成幾段分別預(yù)制，在分段中間設(shè)置中繼間千斤頂，前端箱涵結(jié)構(gòu)視后端結(jié)構(gòu)為后背，通過后端結(jié)構(gòu)反作用力進(jìn)行前端施工頂進(jìn)。

（3）對(duì)頂法施工

對(duì)頂法施工應(yīng)用于框架結(jié)構(gòu)較長、頂力需求較大、工作坑場地限制等情況，導(dǎo)致修筑后背和安裝頂進(jìn)設(shè)置比較困難。它可以減少后背反力和頂力需求，但是兩側(cè)框架對(duì)接要求較高，建設(shè)投資費(fèi)用也較昂貴。對(duì)頂法是將箱涵分成兩段框架制作，在不影響鐵路運(yùn)行的兩側(cè)合適的位置分別開挖工作坑，預(yù)制滑板，修建后背墻，同時(shí)利用反力將框架分別頂入土層。

（4）頂拉法施工

當(dāng)箱涵下穿多股既有鐵路線、主體結(jié)構(gòu)較長、結(jié)構(gòu)頂部覆土厚度較小時(shí)，宜采用頂拉法架空頂進(jìn)。它一般適用于修建中小型箱型框架，可優(yōu)先解決后背需求難以滿足的問題。頂拉法將整體箱涵分成若干段框架，不用修建固定后背，采用足夠長的鋼筋將各段框架連接到一起，借助中繼間施工原理，利用兩段或多段框架與土層、滑板的摩阻力，利用千斤頂克服另一段摩擦阻力，將框架結(jié)構(gòu)逐段頂進(jìn)至設(shè)計(jì)位置。

2 某市下穿鐵路框架橋工程概況

項(xiàng)目為2×11.5m雙孔框架地道橋下穿鐵路工程，南北兩側(cè)各兩節(jié)箱體，新建道路為南北走向，鐵路為東西走向。北側(cè)橋體在不中斷鐵路線行車通行、南側(cè)橋體在駝峰線單鉤溜放的條件下，頂進(jìn)就位，頂進(jìn)4段框架地道橋。工程主要特點(diǎn)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(xiǎn)大，對(duì)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)，屬軟土且厚度較大，承載力很低，自穩(wěn)性差，開挖時(shí)易產(chǎn)生線路溜向工作坑，頂進(jìn)時(shí)易產(chǎn)生扎頭；頂進(jìn)箱體南北兩側(cè)共計(jì)117.788m，頂進(jìn)段梁體分段多，防止地道箱體漏水存在較大難度。

3 頂進(jìn)施工技術(shù)分析

3.1 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，具體布置如圖1所示。

圖1 南北側(cè)頂進(jìn)坑平面布置圖（單位：mm）

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(diǎn)降水，管井共計(jì)114眼（南側(cè)58眼，北側(cè)56眼），管井鉆孔直徑600mm，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，具體布置如圖2所示。

圖2 南北側(cè)降水井布置圖（單位：cm）

3.2 頂進(jìn)施工

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

3.2.1 工藝流程

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。

3.2.2 頂進(jìn)及挖土施工

（1）進(jìn)挖土共計(jì)31348.2m3掘機(jī)和一臺(tái)裝載機(jī)出土作業(yè)。頂進(jìn)的頂力不能過大，一般為橋體自重0.8～1.3倍，專人對(duì)滑板、后背框架和設(shè)備進(jìn)行檢查。

（2）挖運(yùn)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(yùn)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。頂進(jìn)施工中嚴(yán)格做到四不挖土：①過車時(shí)不挖土；②交接班時(shí)不挖土；③機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障時(shí)不挖土；④較長時(shí)間不頂進(jìn)作業(yè)時(shí)不挖土。

3.2.3 頂進(jìn)方向控制

措施從啟動(dòng)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，通過調(diào)整左右開鎬數(shù)量和側(cè)刃角不對(duì)稱吃土的辦法加以控制。

3.2.4 水平控制措施

（1）防止扎頭：在滑板施工時(shí)，滑板面預(yù)留1‰的仰坡，給箱體以爬坡趨勢(shì)，以升制降。在底板前端1.5m設(shè)置船頭坡，頂進(jìn)時(shí)船頭坡擠壓土體產(chǎn)生一個(gè)向上作用力。

（2）防止抬頭：當(dāng)箱體出現(xiàn)抬頭趨勢(shì)時(shí)，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。

3.3 線路加固方案

（1）縱梁線路加固體系

縱梁加固體系是以縱梁為主要受力構(gòu)件的線路加固，屬于“梁式結(jié)構(gòu)”，它最大的特點(diǎn)主要是隨著跨度的加大，承受的最大應(yīng)力以二次方的速度増長。采用縱梁線路加固體系，箱涵框架結(jié)構(gòu)頂進(jìn)時(shí)不需要分擔(dān)線路加固荷載，可以空頂施工，避免了因土方坍塌影響列車正常運(yùn)行的問題。它滿足于跨度較小的框架施工，無法滿足大跨度的箱涵施工。工程中為了盡可能地彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，采取在箱涵頂進(jìn)前方范圍設(shè)置人工挖孔樁，頂進(jìn)至樁位置時(shí)拆除樁即可。

（2）橫梁線路加固體系

橫梁線路加固體系是以橫梁為主要受力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)加固，屬于“板式結(jié)構(gòu)”，可以沿著線路方向進(jìn)行無長度限制的延伸。橫梁承受線路荷載可分為支撐枕木底部和支撐軌道底部。線路加固體系采用支撐軌道底部時(shí)，必須防止鋼軌短接，在軌道底部須布設(shè)橡膠板或絕緣木板。采用支撐枕木底部時(shí)，枕木對(duì)上部傳來荷載的分散作用相對(duì)于橫梁受力而言要好些，施工過程中開挖基床較深，對(duì)既有路基影響較大。橫梁線路加固體系更適合大型框架橋地道橋的線路加固。

4 下穿鐵路框架橋的防水措施

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

（2）在兩節(jié)箱體間設(shè)置橡膠止水帶，若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。

5 結(jié)語

該工程針對(duì)地道下穿鐵路框架橋頂進(jìn)施工的各階段提出了相對(duì)應(yīng)的處理措施，既保證了工期要求，又順利安全的穿越運(yùn)營中的鐵路，其施工經(jīng)驗(yàn)可供類似工程參考。