淺談頂進橋下穿高速鐵路技術(shù)

周金瀅

摘 要：對頂進式下穿高速鐵路橋梁，從施工技術(shù)、各工序等角度，就公路、鐵路等各單位，各系統(tǒng)接口之間的銜接進行了簡要論述，解決了在特殊施工條件下多系統(tǒng)之間的接口問題，尤其是與相對獨立的鐵路系統(tǒng)之間的問題。

關(guān)鍵詞：頂進；下穿；便梁；高速鐵路

中圖分類號：U448.17 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）01-0031-03

1 工程基本情況

1.1 設(shè)計情況

新建立交橋位于浙江省杭州市蕭山區(qū)，它主要是為疏解鐵路杭州南站遠期交通而設(shè)置的。新建框架從西向東依次下穿城際交通場（擬建）、杭州南站普速場、杭甬客專場（在建）和杭長客專場（在建）。

商聚街立交橋框架與杭州南站既有線路夾角為90°，設(shè)計孔徑為2～12 m，凈寬24 m，凈高5.8 m。框架基礎(chǔ)為高壓旋噴樁基礎(chǔ)，旋噴樁直徑為0.6 m，間距為1.4 m，樁長為8 m。頂進施工的框架涵身為7節(jié)，涵身長度分別為3 m×10 m、12.5 m、6.07 m、2 m×8 m。

1.2 地質(zhì)情況

地層上部為第四系全新統(tǒng)沖海積（Q4al+m）粉土、淤泥質(zhì)黏土和黏性土，中部為第四系上更新統(tǒng)沖海積（Q3al+m）黏性土，下為第四系上更新統(tǒng)沖積（Q3al）細圓礫土，下伏基巖為寒武系楊柳崗組灰?guī)r?；娱_挖范圍地層從上至下分別為：雜填土—粉土—淤泥質(zhì)黏土—粉土—淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土—粉砂—圓礫。

1.3 影響既有線設(shè)備

頂進施工對既有線設(shè)備有影響：接觸網(wǎng)線、承力索和回流線，并涉及一處硬橫跨、一個接觸網(wǎng)基礎(chǔ)立柱和供電桿。

2 運輸條件及相關(guān)部門協(xié)調(diào)和配合

2.1 封鎖施工計劃

商聚街立交橋每次安排要點施工120 min，施工支墩挖孔樁和線路加固。

2.2 鐵路單位配合條件

2.2.1 供電、維管部門配合

既有鐵路自閉線在工作坑施工影響范圍內(nèi)，工作坑樁基施工前需臨時遷出基坑施工影響范圍以外，施工后再恢復(fù)。

2.2.2 電務(wù)、鐵通配合

對施工范圍內(nèi)信號、通訊管線進行遷移，無需遷移的管線要提出保護方案。抽、穿鋼枕在電務(wù)部門監(jiān)護下進行：施工前，請電務(wù)部門對施工便梁絕緣大膠墊進行絕緣性能測試；便梁組裝完成后，請電務(wù)部門及時對軌道的絕緣性進行檢測。

2.2.3 工務(wù)部門配合

擬采用24mD型便梁加固既有線。施工前，委托工務(wù)部門對施工范圍內(nèi)線路進行應(yīng)力放散，對線路按設(shè)計標高實施抬道。

2.2.4 車站配合

車站值班員要與施工單位駐站聯(lián)絡(luò)員加強聯(lián)控，確保鐵路行車和施工作業(yè)安全。施工期間安排駐站聯(lián)絡(luò)員駐站。

3 施工方案

3.1 施工準備

3.1.1 施工現(xiàn)場總平面布置

商聚街頂進工作坑設(shè)在鐵路西側(cè)，施工人員駐地、鋼筋加工場和料庫房設(shè)在工作坑南側(cè)，利用既有道路作為施工便道，商聚街工作坑南側(cè)利用防護柵欄圍護。施工現(xiàn)場的出入口、臨時用電設(shè)施和基坑邊沿等危險處，要設(shè)置明顯的安全警示標志。

3.1.2 施工臨時設(shè)施布置

布置好場地圍擋，施工便道，生活和生產(chǎn)用房，施工供水、供電、場地排水和消防設(shè)施等。

3.1.3 “四電”遷改

涉及到遷改的有：既有通信設(shè)施、既有信號設(shè)施、既有電力線路和既有電氣化線路。

3.2 施工總體內(nèi)容

涉及臨近營業(yè)線施工的項目有：改移防護柵欄，鑿除水泥路面，工作坑鉆孔圍護樁、止水樁施工，工作坑基坑開挖和頂進涵節(jié)預(yù)制施工。涉及要點施工的項目有：便梁支墩挖孔樁施工、便梁加固線路施工、便梁底部基坑內(nèi)涵洞底高壓旋噴樁地基加固、便梁底部基坑內(nèi)涵節(jié)現(xiàn)澆和涵節(jié)頂進施工。

3.3 施工方案步驟

3.3.1 車擋縮線

施工前，對既有車擋線路縮線，使其不影響施工。將車擋位置移向大里程方向至商聚街立交橋南側(cè)。

3.3.2 工作坑圍護

工作坑基坑采用φ100 cm鉆孔樁作為圍護結(jié)構(gòu)，樁長20 m。四角設(shè)置角撐，角撐長11.2 m，距轉(zhuǎn)角處8 m。圍護結(jié)構(gòu)外設(shè)φ50 cm雙頭攪拌樁，樁長15 m，間距40 cm，形成止水帷幕，減少工作坑滲水。

基底加固：工作坑基底采用高壓旋噴樁加固，樁長10 m，間距1.5 m。

工作坑開挖：在工作坑圍護、基底加固完成后，進行基坑開挖。

工作坑排水：工作坑底部設(shè)置排水溝和集水井。排水溝設(shè)在工作坑的兩側(cè)，采用漿砌片石砌筑，流水面采用水泥砂漿抹面。在工作坑靠后側(cè)的兩個拐角設(shè)置集水井，集水井內(nèi)設(shè)置污水泵，派專人對工作坑進行抽水，確保工作坑內(nèi)干燥，并設(shè)專人對工作坑內(nèi)的水溝和集水井進行清淤。集水井中的積水通過水泵向附近水系排水。

3.3.3 線路加固

便梁支墩施工：在施工便梁架設(shè)前，要做30個獨立支墩，采用人工施工。在要點封鎖線路時施工，封鎖點閉之后，護筒頂面不高于軌頂，保證既有線行車安全。便梁支墩采用φ1.8 m、長10 m的挖孔樁為基礎(chǔ)。挖孔樁開挖前，先在挖孔樁位置打設(shè)4塊2 m×1 m鋼板拼裝成的防護裝置，對既有線路進行防護，防止道碴坍塌。人工自上而下逐層用鎬、鍬進行，開挖次序為先挖中間部分，后挖周邊部分。每挖深到1 m為1節(jié)，每節(jié)開挖完成后盡快下方鋼護筒，鋼護筒直徑1.8 m，長1 m，鋼護筒內(nèi)部利用φ22 mm鋼筋作鋼支撐，縱向間距40 cm。

3.3.4 施工便梁

頂進前擬投入D24便梁7組對杭州南站普速場7股線路加固，步驟如下。

3.3.4.1 便梁架設(shè)

在施工便梁獨立支墩施工后，進行D24型施工便梁架設(shè)，一次一組，縱向架設(shè)。使用軌道車將一組施工便梁運抵杭州南站，1道要封鎖點，利用軌道吊將便梁卸到位。人工拼裝小橫梁施工時，應(yīng)在連接一頭后及時加上大膠墊。兩片梁就位后，用螺栓連接，橫梁與鋼軌采用K式扣件連接。施工時要注意軌道電路，嚴禁線路連電，出現(xiàn)紅光帶，設(shè)置好防縱、橫位移限位設(shè)施，并做好接地線工作。利用軌道車將便梁移到1道線路長沙端頂進位置架設(shè)，加固1道線路。按相同工序分別加固長沙端2～9道線路。長沙端框架頂進完成后，將7組D24型便梁縱移至杭州端加固線路。

3.3.4.2 成立24 h便梁養(yǎng)護小組

施工便梁受力后，要成立便梁養(yǎng)護小組，24 h不間斷巡查、養(yǎng)護。每通過一趟車都要全面檢查一遍，主要對便梁絕緣、連接螺栓進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，并結(jié)合線路幾何狀態(tài)，適時對整體便梁實施抬梁、起道，作好各項檢查記錄，確保行車安全。

3.3.4.3 便梁限位裝置

便梁架設(shè)到位后，必須設(shè)置接地裝置和便梁限位裝置。便梁橫向限位裝置在條形基礎(chǔ)上預(yù)埋鋼軌頭，便梁架設(shè)到位后，預(yù)埋鋼軌和便梁之間采用枕木塞緊；縱向限位裝置在便梁端部條形基礎(chǔ)上預(yù)留混凝土臺階，臺階和便梁端部采用木楔塞緊。

3.3.4.4 便梁架設(shè)和拆除流程

施工便梁架設(shè)流程：編制并上報便梁架設(shè)處的線路封鎖計劃；計劃得到批準；落實施工便梁和相應(yīng)配件、軌道吊；全面落實封鎖前的準備工作；架設(shè)前到車站進行封鎖登記；接到車站調(diào)度命令后，軌道吊進入施工現(xiàn)場，電氣化接觸網(wǎng)停電；起吊；落梁；軌道吊按調(diào)度命令離開車站；到車站撤銷封鎖登記；按照要求拼裝便梁。

安裝橫梁的位置應(yīng)與枕木位置一致，所以事先應(yīng)將枕木間距適當調(diào)整，抽換橫梁應(yīng)在封鎖點內(nèi)施工，由縱梁兩端向中心排列抽換。抽一根枕木，塞一根橫梁，鋼軌下需要墊大塊絕緣橡膠板，防止軌道電路短路，影響信號和機車。塞入橫梁時，要對準主梁聯(lián)結(jié)板并定位，同時上好扣件，墊好橡膠軌墊。

施工便梁拆除流程：編制便梁架設(shè)處的線路封鎖計劃；計劃得到批準；落實軌道吊和其他設(shè)備；全面落實封鎖前的準備工作；拆除前到車站進行封鎖登記；接到車站調(diào)度命令后，軌道吊進入施工現(xiàn)場，電氣化接觸網(wǎng)停電；將便梁起吊至軌道車上；捆綁便梁；軌道吊按調(diào)度命令離開；到車站撤銷封鎖登記。

施工便梁拆除前，應(yīng)對便梁范圍內(nèi)的線路進行道碴補充和搗實，并在軌道吊進入施工現(xiàn)場前將便梁配件與主梁分離。主梁被吊離后，及時抽去鋼枕并補充道碴。當線路整修，恢復(fù)常速后，方可取消線路的慢行。

3.3.5 線路恢復(fù)和養(yǎng)護

線路恢復(fù)：線路正線恢復(fù)，框架頂進就位后立即進行三角區(qū)、框架頂部道碴回填。永久三角區(qū)回填C15混凝土，地泵灌注。線路恢復(fù)后，應(yīng)加強養(yǎng)護。

線路觀測：加固地段既有鐵路兩側(cè)路肩設(shè)置觀測樁，進行水平位移和沉降觀測。坡腳10 m處觀測點地面沉降速率小于2 mm/d，累計最大沉降不超過10 mm；水平位移速率小于5 mm/d，累計最大水平位移不超過10 mm。如果超過上述數(shù)值，應(yīng)立即停止施工，并分析原因，采取必要的處理措施，等到路基穩(wěn)定后方可繼續(xù)施工。施工結(jié)束后應(yīng)繼續(xù)加強觀測，時間不少于3 d，頻率不少于每天2次。

線路養(yǎng)護：項目部成立線路養(yǎng)護工班，由專職線路工組成，施工期間對線路加強養(yǎng)護。由于施工采用D型施工便梁加固線路，養(yǎng)護工作基本圍繞線路加固區(qū)段進行。線路慢行開始后，線路養(yǎng)護工班對施工區(qū)段線路24 h檢查、養(yǎng)護，重點對施工便梁進行檢查，發(fā)現(xiàn)便梁螺栓、配件松動，要及時緊固。

專人對便梁支座作沉降觀測，一旦出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，要及時抬高縱梁、抄墊支座。

由于D型施工便梁預(yù)設(shè)上拱度，所以應(yīng)調(diào)整便梁兩端線路軌頂高程，順延便梁上拱曲線，使軌頂曲線平順。

便梁拆除前，采用老K車對加固區(qū)段線路補充道砟，人工結(jié)合搗固機加強搗固，便梁拆除后加強線路沉降觀測。根據(jù)軌頂沉降量起道、搗固道床，確保軌距、水平和方向等滿足放行列車條件。

線路加固施工結(jié)束后，第一列45 km/h不少于12 h，60 km/h、80 km/h各不少于24 h，后120 km/h 2 h恢復(fù)常速。

3.3.6 路基線路安全防護

3.3.6.1 施工慢行防護

工程于滬昆鐵路下行里程K212+262處下穿杭州南站普速場7股線路。施工采用D型便梁加固線路，便梁架設(shè)至線路恢復(fù)階段，鐵路限速45 km/h，限速范圍為滬昆線下行K212+162 m至K212+362 m。

3.3.6.2 施工封鎖防護

采用7組D24便梁加固線路，軌道車掛鐵路平板車運至現(xiàn)場卸車，軌道吊裝卸，7次封鎖施工，每次單線封鎖240 min。封鎖施工時，線間距小于6.5 m，兩線間裝卸縱梁，線間距小于6.5 m，鄰線同時封鎖。

3.3.7 應(yīng)力放散

線路應(yīng)力放散委托鐵路設(shè)備管理單位（杭州工務(wù)段）施工。應(yīng)力放散后，待線路穩(wěn)定且滿足規(guī)定的軌溫時，軌道重新鎖定，以保證施工和行車安全。

3.3.8 頂進橋施工

3.3.8.1 工作坑滑板

工作坑滑板采用鋼模板，現(xiàn)澆混凝土的方法施工?；逑略O(shè)置錨梁和碎石墊層，滑板上設(shè)置導(dǎo)向墩。錨梁和導(dǎo)向墩同底板、混凝土澆筑成一體，碎石墊層用小型機具夯填密實。在工作坑滑板頂面按設(shè)計要求鋪設(shè)潤滑隔離層。

3.3.8.2 后背和后背梁

后背采用鉆孔樁以滿足后背強度的需要，保持背后土體穩(wěn)定。后背梁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，與工作坑滑板現(xiàn)澆成整體。

3.3.8.3 框架預(yù)制及頂進

框架制作施工流程：底板鋼筋綁扎；底板和側(cè)墻模板；底板混凝土；頂板支架；側(cè)墻內(nèi)模和頂板底模；側(cè)墻和頂板鋼筋；側(cè)墻外模；側(cè)墻和頂板混凝土；混凝土養(yǎng)護。

鋼筋工程、模板工程和混凝土工程在此不贅述。

3.3.8.4 框架頂進

頂進采用16臺450 t千斤頂（備用4臺），柱塞式高壓油泵，電動液壓驅(qū)動。頂進段分三個節(jié)段，自西向東頂進。

頂鐵、分配橫梁和頂柱橫梁，采用型鋼或鋼軌與鋼板焊接制成，頂柱采用直徑50 cm的鋼筋混凝土管樁。頂進所用的傳力設(shè)備，用汽車吊車安裝。

框架頂進在旋噴樁加固基礎(chǔ)完成后進行。頂進設(shè)備安裝后進行調(diào)試和試頂，試頂正常，再進行正式的頂進作業(yè)。當框架刃腳“吃土”時，要加快挖土、出土速度，展開連續(xù)作業(yè)，不間斷頂進。頂進人工挖土，人工裝車，1 t機動翻斗車運輸至坑外堆放場，再由自卸汽車運至指定地點?？蚣茼斶M時，要做好線路加固和防護工作。

框架頂進時，在框架頂放置道碴，運至施工場地，便于頂進完成后，進行道碴回填施工。

開挖時，要做到機械設(shè)備發(fā)生故障時不挖，較長時間不頂進時不挖，交接班前不挖，確保鐵路運輸和施工安全。

框架頂進過程中，準確控制頂進的方向和高程，一旦發(fā)生偏差，要及時采取針對性措施進行糾偏。

4 施工過程動態(tài)監(jiān)測

4.1 沉降測量

沉降監(jiān)測按國家二等水準測量規(guī)范要求進行，在施工影響區(qū)域以外，約100 m處設(shè)置2～3個水準基點作為高程起算點。每個監(jiān)測點與基準點形成閉合或附合水準路線，取兩次測定值的平均值作為初始高程值，使用自動安平精密水準儀測量。

觀測方法采用精密水準測量方法，工作基點和附近水準點聯(lián)測取得初始高程。觀測時，各項限差要嚴格控制，每測點讀數(shù)較差不宜超過1 mm，對不在水準路線上的觀測點，一個測站不宜超過3個，如超過時，應(yīng)重讀后視點讀數(shù)，以作核對。首次觀測，應(yīng)對測點進行連續(xù)兩次觀測，兩次高程之差應(yīng)小于±1.0 mm，取平均值作為初始值。

4.2 水平位移觀測

在施工影響區(qū)域以外約100 m處，設(shè)置2～3個水平位移基點，基點布置方法和沉降點相同，使用全站儀量測。

4.3 監(jiān)測的主要內(nèi)容

4.3.1 基坑四周監(jiān)測

基坑開挖前，需沿基坑邊設(shè)置三維變形觀測點測量位移和沉降，觀測點間距10 m。從基坑開挖時到開挖完成后1周內(nèi)，每6 h觀測1次，1周后每日測量2次，發(fā)現(xiàn)單次位移大于3 mm或累計位移大于20 mm時（線路側(cè)為10 mm），需停止施工。如果位移繼續(xù)發(fā)展，則需采用回填反壓處理。

4.3.2 線路沉降、幾何狀態(tài)監(jiān)測

以新建橋的中心位置為中點，監(jiān)測兩側(cè)50 m的鐵路軌面標高變化（軌面上設(shè)置觀測點），防止基坑開挖引起的沉降導(dǎo)致線路幾何狀態(tài)變化。水準儀在基坑開挖時到開挖完成后1周內(nèi)，每4 h觀測1次，以后每日測量2次，日常24 h派專職監(jiān)護人員檢查（包括線路高低水平、方向等）并記錄。加固地段在鐵路坡腳外設(shè)置觀測樁，進行水平位移和沉降觀測。觀測點地面沉降速率小于2 mm/d，累計最大沉降不超過10 mm；水平位移速率小于5 mm/d，累計最大水平位移不超過10 mm。

每晝夜檢查線路幾何狀態(tài)不少于4次，測量軌溫不少于2次，檢查施工便梁不少于3次（螺栓復(fù)擰，絕緣大膠墊檢查），觀測路基變化情況每天不少于2次；頂進施工期間每晝夜檢查線路幾何狀態(tài)不少于8次，測量軌溫不少于4次，檢查施工便梁不少于6次（螺栓復(fù)擰，絕緣大膠墊檢查），觀測路基變化情況每天不少于4次。

4.3.3 支墩監(jiān)測

支墩處設(shè)置三維變形觀測點測量位移和沉降。框架頂進時，4 h觀測1次。平時每測量兩次，支墩單次位移小于3 mm，累計位移小于20 mm，沉降速率大不于2 mm/d，累計最大沉降不超過10 mm。如果超過規(guī)定值，必須馬上停止施工；如果沉降位移繼續(xù)發(fā)展，則需采用回填處理。

4.3.4 線路的軌溫

每天測軌溫，便于指導(dǎo)、控制線路施工。

4.3.5 便梁的日常檢查

施工便梁的日常檢測：便梁和兩端各50 m線路的日常檢測，派駐專職監(jiān)護人員檢查（包括便梁的扣件、絕緣和線路高低水平、方向、正矢等），每日檢查2次，并記錄。便梁架設(shè)完成后，應(yīng)24 h對便梁進行監(jiān)控，每4 h檢查1次（框架頂每2小時檢查1次），由專人負責(zé)，并作好記錄。施工時，作業(yè)人員應(yīng)落實雨前、雨中和雨后“三檢”制，以確保行車安全。

〔編輯：吳珍〕