大跨度框架橋下穿鐵路頂進(jìn)施工技術(shù)

吳小平

（安徽鐵建工程有限公司，安徽蚌埠 233000）

1 工程概況

阜陽(yáng)市潁州南路與京九鐵路立交工程位于阜陽(yáng)城南新區(qū)，工程的實(shí)施將打通城南新區(qū)與經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)的快速通道，可以分解和減輕現(xiàn)有道路穿越鐵路的交通壓力，使阜陽(yáng)城市路網(wǎng)更加健全、更加完善。本工程下穿框架橋采用6 孔（6.5+8.5+8.5+8.5+8.5+6.5）m 分離式框架結(jié)構(gòu)，箱身長(zhǎng)37.6m，總寬度為58m，頂程52.504m。道路中心線與京九下行線交角為65°，影響范圍內(nèi)鐵路共計(jì)2 股道，由西向東分別為京九上下行。

為確保頂進(jìn)期間的鐵路行車安全，需對(duì)既有線路進(jìn)行加固處理。本工程采用D 型便梁架空線路頂進(jìn)的施工方法，能夠有效緩解施工和運(yùn)輸之間的矛盾。

2 線路加固

考慮到橋址區(qū)間線間距4.2m，故采用D16 型便梁乙式（低位）架設(shè)方式，如圖1 所示。

圖1 D16 型施工便梁乙式（低位）橫向布置

原設(shè)計(jì)方案中計(jì)劃先施工1、3、5、7 號(hào)條基，再移梁施工2、4、6 號(hào)條基（由北京至九龍方向條基依次編號(hào)為 1、2、3、4、5、6、7號(hào)條基），隨即頂進(jìn)1 號(hào)框架橋，然后依次頂進(jìn)2 至6 號(hào)框架橋（由北京至九龍方向箱體依次編號(hào)為 1、2、3、4、5、6 號(hào)框架）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，若按該方案和順序進(jìn)行施工，區(qū)間內(nèi)接觸網(wǎng)柱遷改工作量將大大增加，經(jīng)過(guò)方案優(yōu)化和變更之后，計(jì)劃對(duì)頂進(jìn)順序進(jìn)行調(diào)整，線路加固流程隨即發(fā)生變化。

2.1 線路加固流程

線路限速45km/h，施工C20 混凝土臨時(shí)支墩→架設(shè)D16 型便梁→施工7 號(hào)條基→頂進(jìn)2.5m 熱力防護(hù)管及1m 燃?xì)夥雷o(hù)管→縱移便梁→施工5 號(hào)條基→便梁回收，線路恢復(fù)，迎接春運(yùn)→卸便梁施工4 號(hào)條基→移梁至4 號(hào)箱體位置并架設(shè)拖梁→頂進(jìn)4 號(hào)箱體→移梁并依次施工6、3、2、1 號(hào)條基→移梁并依次頂進(jìn) 5、6、3、2、1 號(hào)箱體→便梁回收，線路恢復(fù)。

2.2 便梁支墩制作

便梁支墩由條形基礎(chǔ)和高壓旋噴樁墻體組成。實(shí)際施工中，由于方案優(yōu)化后優(yōu)先頂進(jìn)4#箱體，隨之箱邊和條基邊之間的距離也減小2m，因此施工風(fēng)險(xiǎn)大大增加。經(jīng)過(guò)考慮和論證后，計(jì)劃維持5#條基位置不變，4#條基下增設(shè)3 根人工挖孔樁以確保條基穩(wěn)定，樁徑φ1.5m，樁長(zhǎng)14.7m。

圖2 條形基礎(chǔ)施工立面布置

2.3 便梁架設(shè)施工

便梁架設(shè)施工前，對(duì)無(wú)縫線路應(yīng)力放散區(qū)段兩端各75m 范圍內(nèi)的線路扣件復(fù)擰加固，保證道床飽滿，尤其是便梁端部不能缺砟造成線路空吊。由于本工程線間距較小且框架橋與線路大角度斜交，需對(duì)施工便梁進(jìn)行一定的偏架和錯(cuò)架以滿足線路加固要求，架設(shè)步驟如下：

（1）通過(guò)研究計(jì)算確定便梁偏架值和錯(cuò)架量，測(cè)量放線定位便梁具體位置，并對(duì)各個(gè)橫梁位置進(jìn)行標(biāo)記。

（2）方枕，保持軌枕間距670mm，抽除多余軌枕。

（3）扒除適量道砟，并穿入鋼枕，同時(shí)墊好橡膠墊，上好絕緣扣件。

（4）清除鋼枕兩端頭道砟，利用軌道吊車將縱梁吊裝到位，必須在封鎖點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行，吊裝完畢應(yīng)隨即完成牛腿、連接板、斜桿即其他聯(lián)結(jié)零件。圖3 為4 號(hào)箱體頂進(jìn)時(shí)便梁架設(shè)示意圖。

圖3 4 號(hào)框架頂進(jìn)便梁架設(shè)平面

（5）安裝縱、橫向限位裝置。

3 頂進(jìn)施工

3.1 頂力設(shè)置

式中：P-最大頂力，kN；N1-橋涵頂部荷載，取值為0kN；N2-橋涵箱身自重，按37.6m 長(zhǎng)計(jì)算，取值25430kN；f1-橋涵頂部表面與頂部荷載之間的摩阻系數(shù)；f2-箱身底部與基底土的摩阻系數(shù)，取0.5；f3-側(cè)面摩阻系數(shù)，取0.5；E-箱身兩側(cè)土壓力（kN），按一側(cè)土壓力考慮，E=0.5γ·H·Ka·L=0.5×18×2.832×0.49×37.6=1328（kN）；γ-土體容重，18kN/m3；H-箱橋兩側(cè)土壓力高度，取1/3 箱橋高度8.5×1/3=2.83m；Ka-土壓力系數(shù)，Ka=tg2（45-φ/2），φ-內(nèi)摩擦角，按 20°取值，則 Ka=0.49；L-頂進(jìn)箱身長(zhǎng)度，37.6m；RA-鋼刃角正面阻力，取0；K-安全系數(shù)，取1.2。代入各參數(shù)值得：

由此得本工程8.5m 箱橋最大頂力P=31788kN，需要配備500t 千斤頂數(shù)量為：N=P/（500×0.85×9.8）=7.5 臺(tái)，擬配置10 臺(tái)500t 千斤頂。

3.2 箱身頂進(jìn)

方案優(yōu)化后先頂進(jìn) 4# 箱體，再按 5#、6#、3#、2#、1# 順序依次頂進(jìn)。為保證路基安全，防止路基塌方，本工程采用人工配合機(jī)械分臺(tái)階開(kāi)挖，第一層土開(kāi)挖斷寬度及高度不得大于4m，隨后開(kāi)挖每次不得超過(guò)1m，開(kāi)挖面兩側(cè)始終保持預(yù)留10cm 厚的土層，即比箱身外輪廓小10cm，開(kāi)挖底面也高于箱身底面5～10cm。

3.3 頂進(jìn)姿態(tài)糾偏

下穿立交橋成功的關(guān)鍵就在于頂進(jìn)過(guò)程中軸線和高程的控制，何時(shí)糾偏、如何糾偏、糾偏效果是需要解決的三項(xiàng)至關(guān)重要的問(wèn)題[2]。本工程中箱身姿態(tài)控制包括監(jiān)測(cè)反饋和姿態(tài)糾偏兩部分，箱身軸線和高程測(cè)量“一鎬一測(cè)”，測(cè)量結(jié)果及時(shí)反饋給控制臺(tái)，控制臺(tái)收到反饋信息后再通過(guò)不等壓頂進(jìn)、預(yù)留頂鐵間隙、單側(cè)土體超挖、單側(cè)施加橫向支撐等方式實(shí)現(xiàn)姿態(tài)糾偏。

不等壓頂進(jìn)即增減一側(cè)千斤頂?shù)捻斄Γ_(kāi)或關(guān)一側(cè)千斤頂閥門(mén)，調(diào)整頂力分布；預(yù)留頂鐵間隙即在加換頂鐵時(shí)，可根據(jù)偏差的大小，將一側(cè)頂鐵楔緊，另一側(cè)頂鐵楔松或預(yù)留間隙，如箱身前端向右偏，則將左側(cè)頂鐵預(yù)留間隙，開(kāi)泵后，則右側(cè)先受力頂進(jìn)，左側(cè)不動(dòng)；單側(cè)土體超挖即在前端一側(cè)超挖，另一側(cè)少挖土或不挖來(lái)調(diào)整方向，如箱身前端向右偏，即在右側(cè)箱身前超挖20～50cm。

頂進(jìn)中經(jīng)常出現(xiàn)箱身“抬頭”和“栽頭”現(xiàn)象。當(dāng)箱身“抬頭”量不大時(shí)，將箱身前開(kāi)挖面挖到與箱底面平或稍作超挖，如“抬頭”量較大，則多超挖一些，在頂進(jìn)中逐步調(diào)整；“栽頭”發(fā)生主要是因?yàn)楫?dāng)箱身前端頂出滑板1/3 后，由于箱身自重，造成滑板前端的土壤壓縮，由于受力不均勻使滑板端部下沉，出現(xiàn)裂紋，箱身開(kāi)始“栽頭”，在箱身重心移出工作坑滑板后，“栽頭”更為顯著，為較大程度的減小“栽頭”值，本工程頂進(jìn)時(shí)嚴(yán)格保持切土頂進(jìn)，挖土?xí)r，開(kāi)挖面基底保持在箱身底面以上8～10cm，利用船頭坡將高出部分土壤壓入箱底，達(dá)到控制箱身下沉的目的。

4 效果評(píng)價(jià)

根據(jù)《鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》，頂進(jìn)軸線誤差≤200mm，頂進(jìn)高程誤差應(yīng)小于頂程的1%，但不得比設(shè)計(jì)標(biāo)高高150mm、不得比設(shè)計(jì)標(biāo)高低200mm，相鄰箱體間高度差不得超過(guò)50mm。本工程6 孔框架已于2019 年8 月全部頂進(jìn)完成，最大軸線偏差和最大“栽頭”值均出現(xiàn)在5#箱體頂進(jìn)中，軸線偏差值為100mm，“栽頭”值為103mm，最大“抬頭”值出現(xiàn)在1#箱體頂進(jìn)中，“抬頭”值為18mm，相鄰箱體間高程差最大值為49mm，各項(xiàng)指標(biāo)均在允許值范圍內(nèi)，符合施工技術(shù)規(guī)范要求。由此，本工程6孔分離式框架橋頂進(jìn)施工取得良好效果。

表1 6 孔框架頂進(jìn)實(shí)際偏差值

5 總結(jié)

阜陽(yáng)市潁州南路下穿京九鐵路大跨度框架橋的順利頂進(jìn)是值得借鑒的，其成功關(guān)鍵在于全面考慮了工程線間距較小、框架橋與線路大角度斜交及頂程較長(zhǎng)等各種因素對(duì)施工的影響，由此優(yōu)化頂進(jìn)施工順序，確定合理的線路加固方案，并通過(guò)姿態(tài)糾偏達(dá)到箱身軸線與高程控制目標(biāo)，充分展現(xiàn)了大跨度框架橋下穿施工采用高壓旋噴樁和人工挖孔樁與條基組合支墩架設(shè)D16型施工便梁進(jìn)行線路加固的優(yōu)越性和安全性，可為類似工程的施工提供參考。