大噸位、長(zhǎng)頂程剛構(gòu)橋下穿既有鐵路施工技術(shù)

劉小輝

(中鐵六局集團(tuán)有限公司，北京 100036)

1 工程概況

天津市中紡道地道橋工程位于天津市河北區(qū)，是東縱快速路的重要組成部分，它的建成將使河北區(qū)主干道金鐘河大街和中山路的交通壓力得到有效緩解，為周邊居民出行帶來(lái)便利。中紡道工程包括4座橋體及1段U型槽，自西向東沿頂進(jìn)方向分別為3#橋、4#橋、1#橋、2#橋及U型槽，規(guī)劃為10 m雙孔框架地道橋，總長(zhǎng)度118.187 m，主體結(jié)構(gòu)寬度22.4 m，總高7.2 m，凈高5.7 m。橋體頂板厚度為0.7 m，底板、中墻及邊墻厚度均為0.8 m。共設(shè)置2個(gè)基坑，其中鐵路西側(cè)為頂進(jìn)工作坑，先預(yù)制1#橋，待1#橋頂進(jìn)就位后，在頂進(jìn)基坑原位現(xiàn)澆3#橋及4#橋。鐵路東側(cè)基坑在京津城際鐵路橋梁下方，基坑內(nèi)現(xiàn)澆2#橋及U型槽，與1#橋順接。

該項(xiàng)目下穿既有線(xiàn)路多條股道，涉及道岔、信號(hào)箱、信號(hào)燈、信號(hào)變壓器及電纜、光纜等眾多重要設(shè)備及鄰近高速鐵路橋墩，加大了施工難度大。為保證既有線(xiàn)路正常運(yùn)營(yíng)，涉及接觸網(wǎng)桿改遷、線(xiàn)內(nèi)路基降水施工、控制長(zhǎng)頂程框構(gòu)橋頂進(jìn)姿態(tài)等多項(xiàng)施工難點(diǎn)，針對(duì)上述施工中遇到的技術(shù)難題，進(jìn)行施工方案優(yōu)化設(shè)計(jì)、技術(shù)創(chuàng)新顯得尤為重要。

2 接觸網(wǎng)桿改移

2.1 接觸網(wǎng)桿改移方案優(yōu)化

框架橋兩側(cè)有2組硬橫梁接觸網(wǎng)桿，其中1組距離框架橋較近，施工前必須進(jìn)行改移并且做好保護(hù)措施。最常用的改移方案有兩種，一種是將接觸網(wǎng)桿臨時(shí)改移位置，待框架橋頂進(jìn)施工完成后恢復(fù)；另一種是將接觸網(wǎng)桿與線(xiàn)路加固體系為一體，待頂進(jìn)施工完成后，再在原位置安裝鋼架桿。前者施工方法較繁瑣，首先原接觸網(wǎng)桿改移位置，然后再恢復(fù)，施工費(fèi)用較高。后者受框架橋頂進(jìn)影響較大，如遇路基塌方或框架橋“扎頭”現(xiàn)象，則接觸網(wǎng)桿變化較大，危險(xiǎn)性較大，同時(shí)也不適用與硬橫跨接觸網(wǎng)桿。

考慮本工程鐵路設(shè)備較多，只能在路基防護(hù)樁上方設(shè)置臨時(shí)鋼架，以軟橫跨的方式進(jìn)行過(guò)渡，施工結(jié)束后進(jìn)行恢復(fù)。該種方法不僅降低了接觸網(wǎng)桿改移過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)性，簡(jiǎn)化了施工操作，降低了成本，還解決了框架橋大跨度無(wú)法穿越鐵路的問(wèn)題，此方法更具有大力推廣價(jià)值，具有操作簡(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)適用，節(jié)約工期，技術(shù)先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 施工步驟及工藝

(1)確定臨時(shí)軟橫跨鋼架位置

首先在鐵路兩側(cè)選擇合適位置作為接觸網(wǎng)桿改移基礎(chǔ)。通常情況下，兩側(cè)路基防護(hù)樁為最優(yōu)選擇，原因是：路基防護(hù)樁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，剛性較好，此外將軟橫跨錨桿植入混凝土冠梁內(nèi)，將接觸網(wǎng)桿基礎(chǔ)和防護(hù)樁排樁形成一個(gè)整體，增加了基礎(chǔ)穩(wěn)定性?；A(chǔ)采用預(yù)埋8根螺桿及螺栓，軟橫跨鋼架與基礎(chǔ)采用螺栓加固。

(2)改移接觸網(wǎng)

對(duì)原接觸網(wǎng)桿進(jìn)行改移，將接接觸網(wǎng)改移至軟橫跨上。

(3)恢復(fù)接觸網(wǎng)

框架橋頂進(jìn)完成后，將接觸網(wǎng)恢復(fù)至原有硬橫跨接觸網(wǎng)桿上，然后拆除臨時(shí)立柱。

3 利用高壓旋噴樁接長(zhǎng)滑板

3.1 滑板對(duì)于頂進(jìn)施工姿態(tài)的影響

滑板作為頂進(jìn)施工的基礎(chǔ)，其對(duì)頂進(jìn)施工姿態(tài)調(diào)整起到重要作用。在下穿鐵路框架橋頂進(jìn)施工過(guò)程中，下穿多股鐵路的情況越來(lái)越多，而且框架橋結(jié)構(gòu)尺寸也相對(duì)變大，頂程加長(zhǎng)，尤其遇到地質(zhì)較差，地基承載力不足的情況，頂進(jìn)過(guò)程中框架橋的姿態(tài)越來(lái)越難控制。

針對(duì)尺寸較大、頂程較長(zhǎng)的框架橋頂進(jìn)施工，利用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行姿態(tài)控制，已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)階段鐵路安全要求，同時(shí)姿態(tài)偏差較大影響后續(xù)配套工程施工及使用要求，結(jié)構(gòu)外觀性較差。

以往頂進(jìn)過(guò)程中框架橋姿態(tài)的控制，水平向利用左右不均勻開(kāi)鎬、調(diào)整左右開(kāi)鎬數(shù)量及側(cè)刃角不對(duì)稱(chēng)吃土的辦法來(lái)加以控制；抬頭可通過(guò)頂進(jìn)時(shí)減小底板及側(cè)刃角吃土量和框架橋前端增加配重等措施來(lái)制；扎頭主要是框架橋前端設(shè)置船頭坡、頂進(jìn)時(shí)加大讓底板前端及側(cè)刃角吃土、框架橋后端增加配重等方法控制?？蚣軜蝽斶M(jìn)施工過(guò)程中，重心下滑板以后直至就位期間行程較長(zhǎng)，框架橋姿態(tài)很不穩(wěn)定，姿態(tài)控制全靠上述方法進(jìn)行。

3.2 滑板接長(zhǎng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

本工程基坑三面均為鉆孔灌注樁支護(hù)體系，前端按1∶1.5坡度放坡開(kāi)挖。基坑內(nèi)滑板寬度25.3 m，長(zhǎng)度46.1 m，采用C25混凝土，滑板厚度20 cm，下面設(shè)置20 cm厚碎石墊層?；觾?nèi)滑板前端與框架橋底板前端基本平齊，滑板前端即為路基坡面下坡腳，下坡腳至上坡腳距離為11.2 m，上坡腳至前端最近鐵路中心10 m，滑板前端距離最近鐵路中心21.2 m。通過(guò)使用高壓旋噴樁接長(zhǎng)頂進(jìn)前端滑板的施工方法來(lái)增加滑板的長(zhǎng)度，在滿(mǎn)足鐵路安全要求的前提下，使滑板盡量延伸至領(lǐng)近鐵路，增大框架橋頂進(jìn)過(guò)程中在滑板上的行程，從而實(shí)現(xiàn)框架橋頂進(jìn)過(guò)程中姿態(tài)平穩(wěn)。

3.3 高壓旋噴樁接長(zhǎng)滑板施工

(1)框架橋重心分析

首先計(jì)算頂進(jìn)過(guò)程中加固體系、車(chē)輛及其他荷載作用在框架橋后框架橋重心位置，主要是分析框架橋重心與設(shè)計(jì)滑板前端的相對(duì)位置關(guān)系，確定框架橋頂進(jìn)多少距離后重心下滑板，以及框架橋前端所處的位置。

(2)確定接長(zhǎng)滑板施工參數(shù)

滑板接長(zhǎng)在既有滑板前端與最近一股鐵路之間的路基上進(jìn)行，寬度與框架橋兩側(cè)路基防護(hù)樁之間的距離相同，接長(zhǎng)長(zhǎng)度確定要考慮的因素：①臨近營(yíng)業(yè)線(xiàn)施工機(jī)械設(shè)備侵線(xiàn)，必須保證設(shè)備不侵線(xiàn)。②高壓旋噴樁施工時(shí)會(huì)造成路基隆起，應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，嚴(yán)格控制高壓旋噴樁注漿壓力控制，配合工務(wù)段進(jìn)行線(xiàn)路整修。采用的高壓旋噴樁施工設(shè)備高度2.5 m，施工過(guò)程對(duì)路基造成隆起，因此滑板接長(zhǎng)范圍順頂進(jìn)方向至距離線(xiàn)路10 m位置處，接長(zhǎng)長(zhǎng)度為為11.2 m。樁頂標(biāo)高根據(jù)設(shè)計(jì)滑板高程進(jìn)行控制，樁頂標(biāo)高控制在設(shè)計(jì)滑板頂以上10 cm位置處；樁長(zhǎng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求最小承載力及實(shí)際實(shí)驗(yàn)所得地基承載力確定，參照基坑封底樁長(zhǎng)為3 m。

(3)施工工藝具體施工方法

施工工藝與施工方法同高壓旋噴樁基坑封底一致。

(4)頂進(jìn)過(guò)程中滑板破除

頂進(jìn)挖土過(guò)程中及時(shí)測(cè)量滑板高程，使其破除面始終保持與設(shè)計(jì)滑板高程一致，保證框架橋頂進(jìn)平穩(wěn)前進(jìn)。

3.4 優(yōu)點(diǎn)

(1)頂進(jìn)前期，框架橋重心超過(guò)整個(gè)頂程一半的行程始終在滑板上，橋體前端抬頭、扎頭幅度大幅度減小，姿態(tài)平穩(wěn)。

(2)框架橋重心下滑板以后至頂進(jìn)就位，框架橋后端始終在滑板上方，不會(huì)存在由于滑板短缺及地基承載力不足，頂進(jìn)后期框架橋后端突然下沉，造成整個(gè)框架橋前高后底的狀態(tài)，導(dǎo)致加固體系維護(hù)困難甚至失穩(wěn)，嚴(yán)重危及行車(chē)安全。

(3)滑板接長(zhǎng)可以提高地路基承載力，同時(shí)可以起到封閉地下水的作用。

4 降水設(shè)備改進(jìn)

4.1 改進(jìn)裝置構(gòu)造及設(shè)計(jì)參數(shù)

該裝置為小型反循環(huán)鉆機(jī)，通過(guò)設(shè)計(jì)改裝其主要部件包括四部分，分別為機(jī)架、主機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、鉆桿鉆頭。

(1)機(jī)架高度4 m，寬度1.5 m，作業(yè)影響長(zhǎng)度4 m，由鋼管及角鋼組成，整個(gè)機(jī)架又分為底座、門(mén)式立桿、斜撐及拉錨四部分，作為整個(gè)鉆機(jī)的支撐體系。

(2)主機(jī)作為鉆孔主要?jiǎng)恿?，主要為電?dòng)機(jī)及變速齒輪組組成的一個(gè)整體。主機(jī)為專(zhuān)業(yè)定制，基本成正方體形式，寬度1 m，高度0.6 m，下端與鉆桿連接，上端通過(guò)門(mén)式立桿上的滑輪組與卷?yè)P(yáng)機(jī)連接，整個(gè)主機(jī)的提升與下降均有卷?yè)P(yáng)機(jī)控制。

(3)卷?yè)P(yáng)機(jī)安置在機(jī)架底座后端與斜撐交接位置處，用2根螺栓與底座固定。

(4)鉆桿長(zhǎng)度為1.1 m，鉆頭高度0.4 m，考慮主機(jī)高度及其他因素影響，該設(shè)計(jì)使整個(gè)主機(jī)的可變行程為1.7 m，完全滿(mǎn)足施工要求。

4.2 操作工藝

(1)鉆機(jī)的安裝順序

底座→立桿及斜撐→拉錨→卷?yè)P(yáng)機(jī)→主機(jī)→鉆桿鉆頭。

(2)鉆機(jī)組裝

支架的穩(wěn)定性與可靠性尤為重要，考慮線(xiàn)間施工時(shí)間有限，其安裝、拆解必須具備方便快捷的特性，因此支架各部分之間的連接均采用套管插銷(xiāo)的形式及鉸接的形式連接固定，拉錨采用鋼絲繩與鐵桿固定在路基內(nèi)。與鉆機(jī)相關(guān)的電源線(xiàn)、進(jìn)水管、泥漿管提前從鋼軌下方預(yù)埋的套管內(nèi)穿過(guò)至鉆機(jī)位置處，管件連接采用溝槽式法蘭連接，方便快捷不漏水。

(3)鉆機(jī)成孔

鉆機(jī)成井作業(yè)操作方法與施工工藝與普通鉆機(jī)一致。

(4)鉆機(jī)的拆解順序

鉆桿鉆頭→主機(jī)→卷?yè)P(yáng)機(jī)→拉錨→立桿及斜撐→底座。

4.3 優(yōu)點(diǎn)

(1)該裝置運(yùn)入、運(yùn)出線(xiàn)間，組裝拆解無(wú)需機(jī)械配合，全部有人工操作即可完成，滿(mǎn)足線(xiàn)間作業(yè)環(huán)境要求。

(2)該裝置組裝拆解快捷方便，結(jié)構(gòu)操作性強(qiáng)，能在有限的時(shí)間內(nèi)完成施工。

(3)適合在既有線(xiàn)間進(jìn)行降水井施工，專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，解決了路基降水的難題。

5 頂進(jìn)就位后路基防塌方措施

5.1 施工工藝

主要由防護(hù)樁和框架橋作為基礎(chǔ)，首先在框架橋預(yù)制時(shí)預(yù)埋鋼板，與框架橋主筋連接，頂進(jìn)就位后在與預(yù)埋鋼板對(duì)應(yīng)位置的支護(hù)樁上植筋，所植鋼筋與預(yù)埋鋼板焊接，形成鋼筋格柵，然后在鋼筋內(nèi)側(cè)(路基一側(cè))插入木板，然后一次性支模、澆筑混凝土，施工布置方案見(jiàn)圖1所示。具體步驟如下：

(1)框架橋預(yù)制時(shí)在后端邊墻外側(cè)預(yù)埋鋼板，鋼板長(zhǎng)度與框架橋高度一致，厚度10 mm，寬為150 mm。預(yù)埋鋼板制作時(shí)，在鋼板上焊上“L形”鋼筋，與主體鋼筋搭接，預(yù)埋鋼筋的位置適當(dāng)調(diào)整，保證不會(huì)與框架橋主筋位置發(fā)生沖突。

(2)框架橋頂進(jìn)就位后，在與預(yù)埋鋼板最近位置的防護(hù)樁上植筋，所植鋼筋與防護(hù)樁垂直，由樁頂向下至地板底位置依次進(jìn)行，間距為1 m，鋼筋直徑選用直徑16 mm的鋼筋，植筋前清理樁身及樁間泥土。

(3)將所植鋼筋與預(yù)埋鋼板焊接。

(4)在鋼筋內(nèi)側(cè)(靠近鐵路一側(cè))從上往下在防護(hù)樁框架橋之間依次插入木模板，并且將模板與樁身接觸部位的縫隙填塞密實(shí)。

(5)木板插完之后在其后面加上斜撐，防止?jié)仓炷習(xí)r木板脫落。

(6)將上述工序都整完后，澆筑混凝土，插入的木板不取出，以保證其穩(wěn)定。以上整個(gè)施工過(guò)程要求迅速完成，防止二次塌方造成混凝土澆筑施工受阻。

5.2 優(yōu)點(diǎn)

(1)使用該方法澆筑混凝土，能將支護(hù)樁與框架橋之間的縫隙澆筑密實(shí)，所澆筑的混凝土充斥防護(hù)樁樁間，凝固后形成一個(gè)“梯形狀”實(shí)體結(jié)構(gòu)，不會(huì)發(fā)生混凝土實(shí)體倒塌的現(xiàn)象，從而保證路基不會(huì)發(fā)生塌方。

(2)澆筑混凝土后，即便有水滲出，也不會(huì)將路基內(nèi)土體帶出，致使路基內(nèi)形成孔洞。

(3)施工周期短，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作，對(duì)鐵路安全運(yùn)營(yíng)影響小。

6 結(jié) 論

針對(duì)天津市中紡道地道橋下穿頂進(jìn)施工的技術(shù)難點(diǎn)，對(duì)既有鐵路接觸網(wǎng)桿改移方案優(yōu)化、利用高壓旋噴樁接長(zhǎng)滑板、改進(jìn)降水設(shè)備、優(yōu)化防塌方方案等系列的技術(shù)創(chuàng)新研究，保證了既有鐵路線(xiàn)路安全運(yùn)營(yíng)，克服了長(zhǎng)頂程下穿鐵路施工中遇到的姿態(tài)調(diào)整、線(xiàn)內(nèi)降水等技術(shù)難題，其主要結(jié)論如下：

(1)通過(guò)在路基兩側(cè)對(duì)應(yīng)防護(hù)樁上設(shè)置臨時(shí)軟橫跨代替原接觸網(wǎng)桿的方法，順利完成接觸網(wǎng)桿的改移。

(2)利用高壓旋噴樁接長(zhǎng)滑板，增大了框架橋在頂程范圍內(nèi)滑板上的行程，保證了使框構(gòu)橋頂進(jìn)姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)順利就位。

(3)改進(jìn)了一種適應(yīng)營(yíng)業(yè)線(xiàn)間降水設(shè)備。在運(yùn)輸、安裝、拆解均由人工操作，實(shí)用性強(qiáng)，解決了降水設(shè)備侵線(xiàn)問(wèn)題。

(4)優(yōu)化了框架橋就位后路基防塌方的方案，通過(guò)在頂進(jìn)就位后框架橋后端與路基防護(hù)樁之間澆筑混凝土，有效杜絕了框架橋頂進(jìn)就位后框架橋后端路基塌方的現(xiàn)象。