多股道大高差復(fù)雜地質(zhì)框構(gòu)橋雙向頂進(jìn)施工技術(shù)研究

鄭建廣

(中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司 山東泰安 271000)

1 工程概況

榆樹莊框構(gòu)橋設(shè)計(jì)為單箱三室整體式框構(gòu)，箱室凈寬(6.5+18.97+6.5)m，墻身厚1.2 m，總寬36.77 m，包括A框構(gòu)和B框構(gòu)，A框構(gòu)頂進(jìn)部分長(zhǎng)23.4 m，高16.3 m，下穿既有京廣下行線、京廣上行線、豐沙上行線，A框構(gòu)中心線與既有線中心線夾角為67°17′；B框構(gòu)頂進(jìn)部分長(zhǎng)21.74 m，高13.5 m，下穿兩條既有專用線，B框構(gòu)中心線與專用線夾角67.29°，框構(gòu)頂進(jìn)總長(zhǎng)度45.17 m。為確保既有線行車及施工安全，研究采用縱橫梁及扣軌加固等頂進(jìn)施工。

橋址內(nèi)0～1.1 m為雜填土，灰黑色，稍密，以石塊、水泥塊、粉土為主；1.1～24.4 m為粗圓粒土，黃灰色，稍密，原巖成分以砂巖、花崗巖為主，一般粒徑20～40 mm，最大60 mm，充填中粗砂。土質(zhì)粘結(jié)性差，土體開挖易滑塌。

2 總體方案

頂進(jìn)橋體從左至右依次穿越既有京廣下行線、京廣上行線、豐沙上行線、2條專用線共5條營(yíng)業(yè)線，線路采用縱橫梁扣軌加固方案。縱橫梁支撐樁采用混凝土灌注樁，為確保頂進(jìn)過程土體穩(wěn)定，采用土體注漿加固及增設(shè)抗滑移樁[1]。

3 工程重難點(diǎn)及解決措施

3.1 既有線施工挖孔樁

支撐樁及抗滑移樁施工是本項(xiàng)目的重難點(diǎn)，專用線與豐沙上行線之間的抗移樁樁徑1.5 m，樁長(zhǎng)30 m，共計(jì)9根，樁間距5 m，距豐沙上行線接觸網(wǎng)回流線最小距離為1.46 m。防護(hù)樁樁徑1.25 m，樁長(zhǎng)28 m，共計(jì)52根，樁間距1.5 m，距豐沙上行線接觸網(wǎng)回流線最小距離為0.4 m；京廣下行線側(cè)支撐樁樁徑1.5 m，樁長(zhǎng)20 m，9根，間距5 m，距接觸網(wǎng)回流線最小距離為1.1 m?？够茦稑稄?.5 m，樁長(zhǎng)31 m，樁間距1.75 m，1#～32#樁共32根，距接觸網(wǎng)回流線最小距離為1.1 m。為保證施工安全及既有線運(yùn)營(yíng)安全，以上樁基均采用人工挖孔樁施工[2]。

(1)護(hù)壁

護(hù)壁采用內(nèi)齒式，其特點(diǎn)可有效解決護(hù)壁混凝土振搗，增加樁側(cè)摩阻力，防止塌孔。挖孔樁每開挖0.5 m時(shí)，即立模施工混凝土護(hù)壁。護(hù)壁混凝土強(qiáng)度與樁身混凝土采用同等級(jí)(C30)，厚度20 cm，根據(jù)地質(zhì)不同給予加厚護(hù)壁混凝土30 cm。挖孔及護(hù)壁施工工序必須連續(xù)，以防塌孔。

(2)降水

設(shè)計(jì)孔內(nèi)25.7 m以上無水，挖孔時(shí)如有地下水滲出，采用及時(shí)支護(hù)孔壁防水處理，滲出水采用強(qiáng)排處理；遇到涌水量較大的潛水層承壓水時(shí)，采用水泥砂漿壓灌卵石環(huán)圈的措施解決。

(3)通風(fēng)

挖孔時(shí)采用鼓風(fēng)機(jī)向孔內(nèi)吹入新鮮空氣，防止孔內(nèi)作業(yè)人員缺氧。

(4)觀測(cè)

線路及防護(hù)樁處設(shè)置沉降位移觀測(cè)標(biāo)，挖孔過程按頻次加強(qiáng)沉降位移觀測(cè)，出現(xiàn)問題及時(shí)分析原因并制定對(duì)應(yīng)措施，問題解決后方可繼續(xù)施工[3]。

(5)澆筑

挖孔樁鋼筋籠孔內(nèi)綁扎，混凝土采用導(dǎo)管灌注并振搗密實(shí)[4]。

3.2 卵石土地層施工

(1)土體注漿加固

依據(jù)地質(zhì)資料，頂進(jìn)范圍內(nèi)土體開挖易滑塌。為防止頂進(jìn)過程中發(fā)生路基滑塌，保證線路運(yùn)營(yíng)安全，采取對(duì)線路路基進(jìn)行低壓注漿加固措施。注漿加固施工分兩次進(jìn)行，第一次在頂進(jìn)施工前進(jìn)行，注漿范圍：框構(gòu)沿線路方向兩邊墻外各10 m范圍，全寬58.77 m范圍內(nèi)的土體進(jìn)行注漿固化；框構(gòu)軸線方向，框構(gòu)范圍內(nèi)及框構(gòu)兩側(cè)各2 m，共49.14 m。注漿原則：自原地面起至框構(gòu)底板以下1.2 m，共14.95 m。第二次注漿加固在頂進(jìn)框構(gòu)就位后進(jìn)行，注漿范圍為框構(gòu)兩側(cè)1 m范圍，注漿深度自原地面起至框構(gòu)底板以下1.2 m。

本次加固方式采用雙液漿注漿，注漿是使?jié){液與土體混合，將土體固化處理。為防止注漿壓力過大，引起鐵路軌道變形，在施工時(shí)注漿壓力應(yīng)嚴(yán)格控制在0.3～0.5 MPa之間。

注漿時(shí)在不改變地層組織的情況下，將土體與漿液充分混合并使其固結(jié)，以提高土體質(zhì)量。土體顆粒間隙中充滿不流動(dòng)而且固結(jié)的漿液后，使土層透水性降低，形成相對(duì)隔水層。

本工程注漿范圍為框身范圍內(nèi)及框構(gòu)兩邊墻外緣外側(cè)各10 m，既有線兩側(cè)為垂直注漿，線路下方采用斜孔進(jìn)行注漿。

A、B土體加固如圖1所示。

圖1 土體加固立面圖(單位:m)

在預(yù)制框構(gòu)橋時(shí)在兩側(cè)預(yù)埋φ42鋼花管，豎向間距為1.5 m，A框構(gòu)兩側(cè)預(yù)埋注漿管長(zhǎng)24.4 m，B框構(gòu)兩側(cè)預(yù)埋注漿管長(zhǎng)22.7 m，與框構(gòu)橋一起頂進(jìn)，待頂進(jìn)結(jié)束后再注漿，主要起到框構(gòu)橋兩側(cè)邊緣與土體固化。

(2)漿液配制

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)，漿液采用普通硅酸鹽42.5水泥，水玻璃濃度為37～40Be，模數(shù)為2.4～3.7。

A水泥100 kg∶水100 kg，B液水玻璃50 kg∶水100～150 kg，水泥漿與水玻璃體積比1∶0.05。

(3)線路觀測(cè)

路基注漿施工時(shí)因注漿壓力較大，增大了路基內(nèi)外土層壓強(qiáng)差，有可能造成既有路基、線路隆起或沉陷，危及鐵路運(yùn)營(yíng)的安全，因此需對(duì)既有線進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)：線路鋼軌邊上各設(shè)28個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，路基兩側(cè)各設(shè)14對(duì)觀測(cè)點(diǎn)，間距6 m。鋼軌上觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)線路位移變化，路基兩側(cè)觀測(cè)升降變化[5]。

觀測(cè)頻率：施工過程中在工務(wù)部門的協(xié)助下隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量，逐一觀測(cè)，最長(zhǎng)不超過8 h，每次的測(cè)量值與其前次值進(jìn)行比對(duì)，分析線路在工程施工中的動(dòng)態(tài)變化，同步分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，優(yōu)化施工工藝，變更施工方法。如有既有線路發(fā)生變化，要及時(shí)在工務(wù)人員的指導(dǎo)下整修線路，以確保鐵路運(yùn)營(yíng)安全[6]。

3.3 下穿大高差既有線路施工

榆樹莊六號(hào)框構(gòu)橋從左至右依次下穿既有京廣上下行線、豐沙線、2條專用線，京廣上下行線、豐沙線軌頂標(biāo)高54.03 m，專用線標(biāo)高51.27 m，線路高差2.76 m。為解決線路高差線路加固體系問題，框構(gòu)橋采用線路兩側(cè)分節(jié)預(yù)制，雙向頂進(jìn)的方式施工[7]。

(1)頂進(jìn)

線路加固體系完成后，頂進(jìn)A框構(gòu)，A框構(gòu)就位后，再頂進(jìn)B框構(gòu)。頂進(jìn)步驟見圖2、圖3。

圖2 A框構(gòu)頂進(jìn)立面圖(單位:m)

圖3 B框構(gòu)頂進(jìn)立面圖(單位:m)

框構(gòu)橋頂進(jìn)時(shí)，需切除頂程內(nèi)受影響的支撐樁及抗移樁。由于人工鑿除耗時(shí)長(zhǎng)，工作量大，擬采用9臺(tái)繩鋸?fù)瑫r(shí)作業(yè)。當(dāng)前檐板前端距支撐樁1.0 m時(shí)，即線路完全支撐在框構(gòu)頂板，在支撐樁距離底板50 cm處，采用繩鋸切除，挖機(jī)配合，整體放倒，再采用破碎錘將其破碎并鑿除剩余樁體，支撐樁、抗移樁鑿除深度至底板底以下0.5 m，其上回填碎石。

(2)懸臂板切除

采用繩鋸先將懸臂板與刃角分離，再采用6臺(tái)繩鋸分6塊同時(shí)切除，每塊均長(zhǎng)6 m，在預(yù)制懸臂板時(shí)，每米設(shè)10 cm縱向預(yù)留孔，在框構(gòu)橋內(nèi)墊1 m厚土作為緩沖平臺(tái)，待懸臂板切除下來后，采用破碎錘逐一破除后，再裝車運(yùn)走。

(3)刃角切除

先拆除鋼刃角，再線路測(cè)量放點(diǎn)，標(biāo)出刃角接頭的位置，在A框構(gòu)頂進(jìn)就位后對(duì)刃角前端2.7 m處進(jìn)行繩鋸靜力切割，在框構(gòu)橋內(nèi)墊1 m厚土作為緩沖平臺(tái)，待抗移樁切除下來后，采用破碎錘逐一破除后，裝車運(yùn)走[8]。隨后進(jìn)行B框架橋的預(yù)制及頂進(jìn)施工，在B框構(gòu)刃角前端頂進(jìn)至距已就位的A框構(gòu)前端0.5 m時(shí)切除刃角前端2.7 m，隨后頂進(jìn)至A框構(gòu)并與其密貼。

(4)抗移樁上部及冠梁切除，冠梁重新澆筑

第一步：切除抗移樁上冠梁及抗移樁上部。采用繩鋸將抗移樁冠梁切除，沿線路方向5 m一道，將冠梁逐一分解，再從冠梁下3.5 m處，采用繩鋸將抗移樁環(huán)切，9臺(tái)繩鋸?fù)瑫r(shí)施工，在框構(gòu)橋內(nèi)墊1 m厚土作為緩沖平臺(tái)，待抗移樁切除下來后，采用破碎錘逐一破除后，裝車運(yùn)走。

第二步：抗移樁上冠梁重做。在切除后的抗移樁上重新綁扎鋼筋，采用可拼裝鋼模立模板，冠梁尺寸與原有尺寸一致，利用事先在線路下方預(yù)埋好的地泵澆筑混凝土。

(5)抗移樁切除

采用繩鋸將抗移樁冠梁切除，沿線路方向5 m一道，將冠梁逐一分解，再從冠梁下2 m一處，9臺(tái)繩鋸?fù)瑫r(shí)施工，采用繩鋸將抗移樁環(huán)切逐一切除，在框構(gòu)橋內(nèi)墊1 m厚土作為緩沖平臺(tái)，待抗移樁切除后，采用機(jī)械破除，再裝運(yùn)至指定地點(diǎn)。

(6)接縫處防水處理

鑿除抗移樁后，頂進(jìn)B框構(gòu)直至達(dá)到設(shè)計(jì)位置，A框構(gòu)與B框構(gòu)頂面標(biāo)高差為2.8 m，如圖4所示。頂進(jìn)就位后，將框構(gòu)A、B箱頂采用混凝土封堵，接口處施作防水層。防水層采用3層防水涂料加2層防水卷材，防水層頂設(shè)置6 cm C40玻璃纖維混凝土防水保護(hù)層，內(nèi)置φ15×15 cm鋼筋網(wǎng)片。

圖4 框構(gòu)頂進(jìn)完成立面圖(單位:m)

3.4 線形量測(cè)及控制

為防止前段橋體在一開始頂進(jìn)便出現(xiàn)“扎頭”現(xiàn)象，制作滑板時(shí)設(shè)置2‰的仰坡，目的是頂進(jìn)時(shí)以升治降，空頂前期，框架箱體隨滑板的坡度逐漸上升，框架箱體前端出滑板1/3時(shí)，框架自重、線路荷載作用易使滑板前端出現(xiàn)下沉，致使箱體前端出現(xiàn)扎頭現(xiàn)象。當(dāng)框架箱體重心頂出滑板后，此現(xiàn)象尤為突出[9]。

在頂進(jìn)過程中，加強(qiáng)頂進(jìn)設(shè)備、設(shè)施及相關(guān)頂進(jìn)收據(jù)的監(jiān)測(cè)，提前做好應(yīng)對(duì)措施，出現(xiàn)偏差及時(shí)糾正。防止框架箱體在頂進(jìn)過程中出現(xiàn)較大偏差造成糾偏困難[10]。

常用的校正方法有下列幾種：

(1)框架箱身在滑板段容易軸線偏差，可利用千斤頂?shù)捻斄Υ笮碚{(diào)整。為防止“扎頭”，除在工作坑滑板上預(yù)留坡度外，還可在箱身前端底板下設(shè)置“船頭坡”[11]。

(2)框架箱身頂進(jìn)進(jìn)入土體后，及時(shí)開挖頂進(jìn)范圍內(nèi)的土體斷面，開挖斷面與頂進(jìn)斷面要一致，框架橋兩側(cè)挖土要步調(diào)一致，挖土均勻，要統(tǒng)一指揮，確保進(jìn)土一致。

(3)箱身軸線偏差糾偏方法：

①利用框構(gòu)箱體兩側(cè)千斤頂?shù)牟黄胶忭斄?。根?jù)偏位數(shù)據(jù)計(jì)算開或關(guān)框構(gòu)一側(cè)千斤頂，增加或減少千斤力數(shù)進(jìn)行頂力調(diào)整。

如軸線右偏，則減少左側(cè)千斤頂頂力，如向左偏則反之。

②利用交替開啟兩邊高壓油泵進(jìn)行調(diào)整。如向右偏則開右側(cè)高壓油泵，向左偏就開左側(cè)高壓油泵。

③利用框構(gòu)前兩側(cè)刃腳吃土的側(cè)向力進(jìn)行調(diào)整?？蚣芮皟蓚?cè)刃腳前部，一側(cè)空頂，另一側(cè)吃土頂進(jìn)來調(diào)整框構(gòu)方向。如箱身前端向左偏，即在左側(cè)刃腳前超挖20 cm，右側(cè)保持刃腳吃土20 cm，利用刃腳兩側(cè)受力不平衡進(jìn)行軸線糾偏。

(4)框構(gòu)兩側(cè)設(shè)置混凝土導(dǎo)向墩，設(shè)置間距3 m一道，距離框構(gòu)邊10 cm，其間用墊木隔開。

(5)糾正箱身“抬頭”的方法：

①框構(gòu)箱體抬頭時(shí)采取箱體前端底板處一定范圍內(nèi)超挖空頂?shù)姆椒?，依?jù)框構(gòu)箱體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，逐步調(diào)整超挖量進(jìn)行框構(gòu)標(biāo)高調(diào)整。

②框構(gòu)箱體兩側(cè)開挖斷面不足，致使箱體受力加大易造成“抬頭”，箱體兩側(cè)土體開挖斷面需滿足頂進(jìn)要求。

③框構(gòu)箱身“抬頭”較小時(shí)，開挖斷面底部可不預(yù)留土體，底面與箱體底面持平。如“抬頭”量較大，將底刃腳前土體超挖25～35 cm，開挖斷面與箱體相同，使上刃腳不受力，逐步進(jìn)行標(biāo)高調(diào)整，此過程中合理控制超挖范圍以避免造成箱身“扎頭”[12]。

(6)糾正箱身“扎頭”的方法：

①框構(gòu)箱體前設(shè)置船頭坡。通過刃腳受力進(jìn)行標(biāo)高調(diào)整。適當(dāng)增加上刃腳的受力，使上刃腳和中刃腳吃土量加大，底刃腳前不超挖，調(diào)整框構(gòu)箱體標(biāo)高。

②吃土頂進(jìn)。頂進(jìn)前土體開挖時(shí)，開挖斷面底部預(yù)留部分土體，土體預(yù)留高出框構(gòu)箱體底面5～10 cm，利用底部吃土量來糾正“扎頭”。

③如頂進(jìn)過程中出現(xiàn)土質(zhì)不好時(shí)，可換鋪25～35 cm厚的道砟、碎石，或灌注速凝混凝土、下鋪混凝土軌枕等方法，增加地基承載力，以糾正“扎頭”。

4 結(jié)束語

通過對(duì)多股道大高差復(fù)雜地質(zhì)框構(gòu)橋雙向頂進(jìn)施工技術(shù)研究，總結(jié)了各個(gè)施工工序的關(guān)鍵控制技術(shù)及解決措施，確保頂進(jìn)施工質(zhì)量和安全，在實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出切實(shí)可行的系統(tǒng)性質(zhì)量安全保障措施。本工程框構(gòu)橋的頂進(jìn)施工，對(duì)今后類似工程具有很好的指導(dǎo)意義。