市政道路下穿鐵路的永臨結(jié)合箱涵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)

賀紅星，龔 政，楊鵬舉，王樹峰，閆學(xué)沖，周 越

（中建三局集團(tuán)有限公司工程總承包公司，湖北 十堰 442000）

0 引言

隨著城市發(fā)展水平的不斷提升，市政道路工程的建設(shè)規(guī)模日益增大，難免會(huì)有越來越多的市政道路與既有鐵路之間相互縱橫交錯(cuò)。通常在交錯(cuò)位置采用市政道路下穿鐵路的建設(shè)方案以盡量減少對(duì)鐵路正常運(yùn)營(yíng)的干擾。在市政道路下穿鐵路施工前，需建造支護(hù)樁以確保土方開挖的安全性和承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載（包括鐵路路軌自重和列車行駛荷載）。支護(hù)樁一般僅作為臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工時(shí)，其鄰近的支護(hù)樁需要拆除，且需對(duì)相關(guān)輔助構(gòu)件如 D 型便梁［1，2］進(jìn)行多次拆換，這樣不僅浪費(fèi)建筑材料和制造大量建筑垃圾，也會(huì)延緩施工進(jìn)度，從而導(dǎo)致施工成本的劇增。

本文介紹了十堰市林蔭大道 3 號(hào)線下穿東風(fēng)鐵路現(xiàn)澆箱涵結(jié)構(gòu)施工過程中中間兩根支護(hù)樁與主體結(jié)構(gòu)永臨結(jié)合所采用的施工工藝及施工方法。本文提出的永臨結(jié)合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)能夠避免臨時(shí)結(jié)構(gòu)的拆除，同時(shí)現(xiàn)澆箱涵結(jié)構(gòu)的左右幅可以同步進(jìn)行施工，有效地提升施工效率和降低施工成本及對(duì)環(huán)境的干擾，具有較強(qiáng)的應(yīng)用前景，對(duì)未來同類型工程的建設(shè)具有重要的參考價(jià)值。

1 工程概況

圖1 通道位置示意圖

下穿通道主體結(jié)構(gòu)縱向全長(zhǎng) 21.6 m，橫向由 2 個(gè)獨(dú)立的、平行的鋼筋混凝土閉合式框架結(jié)構(gòu)組成，兩箱凈距為 0.04 m，每個(gè)箱涵寬 14.75 m，頂?shù)装搴?1.0 m，側(cè)墻厚 0.9 m，框架凈高 10 m，通道頂部覆土約 1～2 m，鐵路位于覆土層上。通道標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖 2 所示。

圖2 通道標(biāo)準(zhǔn)斷面圖（單位：cm）

由于設(shè)計(jì)采用通道下穿鐵路的方式，其通道主體結(jié)構(gòu)采用原位現(xiàn)澆，在施工時(shí)需首先對(duì)鐵路進(jìn)行架空保護(hù)［3］。架空保護(hù)采用位于鐵路附近的 10 根支護(hù)樁作支撐，8 道鐵路保護(hù)專用 D 型便梁位于支護(hù)樁頂，以承托列車和軌道的荷載，這樣就直接將其荷載傳遞至通道底板以下的地基，為通道現(xiàn)澆施工創(chuàng)造了工作條件。其支護(hù)樁采用鋼筋混凝土實(shí)心方樁，設(shè)計(jì)尺寸為 1.5 m×1.5 m，樁長(zhǎng)為 18～28 m，共 5 排合計(jì) 10 根，即每排 2 根，同時(shí)為增大樁底的承載力，在樁基底部設(shè)計(jì)了擴(kuò)大頭，最大直徑 2.8 m，深度 2.65 m。布置如圖 3 所示。

圖3 通道支護(hù)設(shè)計(jì)立面圖和平面圖（單位：cm）

2 地質(zhì)情況

根據(jù)地勘情況，下穿鐵路通道附近地勘孔鉆至 61 m深，未遇中風(fēng)化及高強(qiáng)度巖層，主要由兩層組成：第一層為雜填土，層厚約 8.5～15.5 m，主要是開山碎巖塊、巖屑、巖粉及黏性土等；第二層為強(qiáng)風(fēng)化絹云母石英片巖層，主要礦物成分為石英、鈉長(zhǎng)石和絹云母，巖體組織結(jié)構(gòu)基本破壞，完整性差，巖體破碎，巖芯主要為針狀巖渣，屬極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為 V 級(jí)，局部夾中分化薄層。未見明顯地下水和暗河。工程地質(zhì)剖面圖如圖 4 所示。

圖4 工程地質(zhì)剖面圖

3 原常規(guī)設(shè)計(jì)及存在問題

3.1 原常規(guī)設(shè)計(jì)

原設(shè)計(jì)采用 D 16 和 D 20 型臨時(shí)便梁作為架空保護(hù)體系，其中三跨采用 D 16 型，另一跨采用 D 20 型，結(jié)構(gòu)施工時(shí)中間兩跨按照左右幅倒邊施工的需求需倒邊安裝一次。具體施工方法及順序如下：施工準(zhǔn)備→應(yīng)力調(diào)整→鐵路加固→路基挖孔樁及防護(hù)樁施工→D 型便梁安裝→通道放坡開挖→左側(cè)通道施工→D 型便梁倒邊→支護(hù)樁破除→右側(cè)通道施工→支護(hù)樁破除及道砟回填→附屬施工→竣工驗(yàn)收。原設(shè)計(jì)倒邊工藝流程如圖 5 所示。

圖5 原設(shè)計(jì)倒邊工藝流程圖

3.2 存在問題

原設(shè)計(jì)完成左幅通道主體結(jié)構(gòu)后，需要先進(jìn)行 D 便梁的倒邊安裝，并完成中央支護(hù)樁破除后才能施工右幅通道。整個(gè)施工過程中，施工工序繁多且部分工序需重復(fù)實(shí)施，且左右兩幅不能同時(shí)施工，工期較長(zhǎng)，成本投入較高。

4 新型永臨結(jié)合設(shè)計(jì)及特點(diǎn)

4.1 設(shè)計(jì)方案

箱涵結(jié)構(gòu)與支護(hù)樁兩者間優(yōu)化設(shè)計(jì)后采用新型永臨結(jié)合方法，其中箱涵結(jié)構(gòu)施工前支護(hù)樁與 D 型便梁共同支撐上部鐵路軌道，施工完成后支護(hù)樁與主體箱涵結(jié)構(gòu)形成一個(gè)有機(jī)整體，共同承擔(dān)上部軌道重量及列車行駛荷載。

基于上述的永臨結(jié)合結(jié)構(gòu)形式，主體箱涵結(jié)構(gòu)與其鄰近支護(hù)樁之間采用剛性連接方式（支護(hù)樁鑿除護(hù)壁，植筋并澆筑細(xì)石混凝土），作為一整體結(jié)構(gòu)系共同抵抗差異沉降；同時(shí)，對(duì)永臨結(jié)合設(shè)計(jì)部位進(jìn)行鋼筋補(bǔ)強(qiáng)，可進(jìn)一步保證箱涵結(jié)構(gòu)的安全性以及耐久性。永臨結(jié)合部位鋼筋補(bǔ)強(qiáng)如圖 6 所示。

3.2.2.3 術(shù)前給予穿血栓襪 由于術(shù)中在麻醉作用下，下肢肌肉會(huì)松弛，血流變緩慢，所以對(duì)估計(jì)手術(shù)時(shí)間較長(zhǎng)，超過3 h、D-二聚體異常增高者，進(jìn)入手術(shù)室前穿好抗血栓襪，以防止術(shù)中血栓形成。有資料顯示，手術(shù)持續(xù)時(shí)間超過4 h者DVT的發(fā)生率顯著提高［12］。本研究中有21例術(shù)前穿好抗血栓襪入手術(shù)室。

圖6 永臨結(jié)合部位鋼筋補(bǔ)強(qiáng)圖（單位：cm）

4.2 特點(diǎn)

在實(shí)際施工時(shí)主要特征有以下幾點(diǎn)。

1）箱涵結(jié)構(gòu)與部分支護(hù)樁采用永臨結(jié)合設(shè)計(jì)方法，施工過程中不需拆除支護(hù)樁和拆換 D 便梁，箱涵結(jié)構(gòu)施工完成后支護(hù)樁與箱涵主體結(jié)構(gòu)形成永臨結(jié)合結(jié)構(gòu)以共同承擔(dān)上部荷載。

2）支護(hù)樁采用實(shí)心擴(kuò)底樁，其材質(zhì)為鋼筋混凝土，可在確保樁基豎向承載力的前提下盡可能縮小樁徑，減少樁基施工作業(yè)影響范圍。

3）樁基及箱涵結(jié)構(gòu)施工過程中不影響上方列車的正常行駛。

4）主體箱涵結(jié)構(gòu)與其鄰近支護(hù)樁之間采用剛性連接方式（植筋并澆筑細(xì)石混凝土），作為一整體結(jié)構(gòu)系共同抵抗差異沉降。

5）主體箱涵結(jié)構(gòu)的左右幅進(jìn)行同步施工，具有較高的施工效率，縮短工期。

采用該設(shè)計(jì)方法，可避免在箱涵結(jié)構(gòu)施工時(shí)拆除鄰近支護(hù)樁，實(shí)現(xiàn)箱涵結(jié)構(gòu)的整體式施工，同時(shí)可省去了 D 便梁及其它輔助構(gòu)件（如萬能桿件）的多次拆換，極大地提高施工效率并節(jié)省大量的材料和人工成本。

5 關(guān)鍵施工技術(shù)

5.1 主要施工流程

具體施工方法及順序如下：樁基施工→D 型便梁安裝→土方開挖→永臨結(jié)合樁護(hù)壁鑿除→箱涵結(jié)構(gòu)施工→回填夯實(shí)→回填區(qū)注漿→拆除 D 型便梁，如圖 7 所示。

圖7 施工流程圖

5.2 鐵路架空安全防護(hù)

在施工時(shí)需首先對(duì)鐵路進(jìn)行架空保護(hù)，架空保護(hù)［4］采用位于鐵路附近的 10 根支護(hù)樁作支撐，8 道鐵路保護(hù)專用 D 型便梁位于支護(hù)樁頂，以承托列車和軌道的荷載。其荷載的傳遞路徑為：鐵軌→D 型便梁→實(shí)心方樁→箱涵結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)以下地基［5］。鐵路支護(hù)現(xiàn)場(chǎng)施工如圖 8 所示。

圖8 鐵路支護(hù)現(xiàn)場(chǎng)施工圖

上述支護(hù)樁為橫截面積較小的擴(kuò)底實(shí)心樁，采用人工挖孔灌注的制作方式，具有承載能力強(qiáng)、施工作業(yè)影響范圍小等特點(diǎn)。其中人工挖孔樁施工流程：施工準(zhǔn)備→提升架搭設(shè)→孔樁開挖與土石提升→護(hù)壁施工→土石外運(yùn)→鋼筋籠安裝→混凝土澆筑→檢查驗(yàn)收。人工挖孔樁現(xiàn)場(chǎng)施工如圖 9 所示。

圖9 人工挖孔樁現(xiàn)場(chǎng)施工圖

5.3 D 型便梁運(yùn)輸安裝

D 型便梁由擋碴板、連接板、縱梁以及橫梁構(gòu)件組成，其中擋碴板通過焊接的方式固定在橫梁下方且埋置在軌道的正下方，橫梁從軌道下方穿過，其通過連接板與縱梁相連，共同形成工字形結(jié)構(gòu)。它的最大優(yōu)點(diǎn)是在不中斷行車的情況下，利用它進(jìn)行橋涵的開挖和施工，并且具有運(yùn)輸和拆裝方便的特點(diǎn)。

1）D 型便梁運(yùn)輸。便梁采用專用運(yùn)輸車進(jìn)行運(yùn)輸，提前辦理大型構(gòu)件運(yùn)輸通行證。

2）D 型便梁的安裝。施工準(zhǔn)備→便梁運(yùn)輸→調(diào)整木枕間距→穿設(shè)鋼枕→安裝主縱梁→縱梁等強(qiáng)件連接→拆除架空、恢復(fù)線路。

3）注意事項(xiàng)。①橫梁的位置應(yīng)與枕木的位置一致，所以事先應(yīng)將枕木間距適當(dāng)調(diào)整，且在抽換調(diào)整時(shí)應(yīng)遵循“六抽一”的原則；②每一根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(hào)及行車；③塞入橫梁時(shí)要對(duì)準(zhǔn)主梁聯(lián)接板并定位，同時(shí)墊好橡膠墊，上好扣件；④為增加鋼軌的橫梁穩(wěn)定，要在橫梁上安裝擋渣板，并搗固道床；⑤逐段扒除道碴，安裝斜桿和所有聯(lián)結(jié)系統(tǒng)，組裝過程中，連接板及牛腿上孔眼均應(yīng)上滿螺栓，且彈簧墊圈不得漏裝。D 型便梁安裝如圖 10 所示。

圖10 D 型便梁安裝完成示意圖

5.4 箱涵結(jié)構(gòu)及與樁基永臨結(jié)合部位處施工

在保證鐵路正常運(yùn)營(yíng)前提下，本施工技術(shù)將支護(hù)樁由施工期的臨時(shí)結(jié)構(gòu)拓展為工后永久結(jié)構(gòu)，其與主體箱涵結(jié)構(gòu)合二為一形成永臨結(jié)合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，該永臨結(jié)合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可滿足主體箱涵結(jié)構(gòu)的施工安全性，同時(shí)也精簡(jiǎn)了施工工序和降低了施工成本。在施工過程中不需要拆除支護(hù)樁和拆換 D 型便梁及其它輔助構(gòu)件，避免了拆除施工及廢渣外運(yùn)期間存在的安全隱患，節(jié)省了大量材料和人工成本，降低了對(duì)周圍環(huán)境的干擾。

箱涵結(jié)構(gòu)的左右幅采用同步施工的方法。①鋪設(shè)混凝土墊層，并通過溜槽配合人工入模，再插入式振動(dòng)器振搗密實(shí)，最后進(jìn)行人工抹平；②箱涵底板施工包括定位放線、放線驗(yàn)收及修正、復(fù)核、鋼筋綁扎、模板支護(hù)與防水處理、澆灌混凝土、養(yǎng)護(hù)；③箱涵墻身及頂板施工包括墻身鋼筋綁扎、墻身模板、頂板模板支護(hù)與防水處理、頂板鋼筋綁扎、混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)；④支護(hù)樁表面進(jìn)行一定的鑿除處理，使其與厚度略小于箱涵隔墻寬度，并通過澆筑混凝土使其成為箱涵隔墻的一部分；⑤回填夯實(shí)：箱涵通道周圍分層進(jìn)行回填夯實(shí)處理；⑥回填區(qū)注漿：待回填夯實(shí)結(jié)束后進(jìn)行注漿處理，提升地基土的承載力和剛度。護(hù)壁鑿除現(xiàn)場(chǎng)施工如圖 11 所示。

圖11 護(hù)壁鑿除現(xiàn)場(chǎng)施工圖

箱涵結(jié)構(gòu)的制作模板均為木模，且表面覆膜，以確保表面光滑、平整；模板支架必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，能承受所澆混凝土的重力以及施工中可能產(chǎn)生的各種附加荷載。箱涵結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)施工如圖 12 所示。

圖12 箱涵結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)施工圖

6 結(jié)語

本施工技術(shù)是一種基于永臨結(jié)合設(shè)計(jì)方法的樁基-箱涵結(jié)構(gòu)體系，其具有施工速度快、經(jīng)濟(jì)成本低、環(huán)境干擾小等優(yōu)點(diǎn)，更好地滿足了市政道路工程中安全、綠色、環(huán)保的建設(shè)理念?；谒龅挠琅R結(jié)合結(jié)構(gòu)形式，箱涵結(jié)構(gòu)的左右幅可同時(shí)進(jìn)行施工，極大簡(jiǎn)化了施工工序，避免了倒邊施工情況的出現(xiàn)，也進(jìn)一步保障了施工效率及安全性。涉鐵施工是一項(xiàng)極敏感工程，施工前需與鐵路部門做好溝通，在施工工藝的選擇上需充分考慮對(duì)鐵路的影響，盡最大可能性減少對(duì)既有鐵路運(yùn)營(yíng)的干擾。Q