斜交頂進涵結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工技術(shù)分析

丁 磊

中國鐵路設(shè)計集團有限公司，天津 300142

1 箱涵頂進施工方法及設(shè)計

1.1 施工方法

（1）正交頂進法。我國采用頂進法進行橋涵修筑是從建國初期，第一座使用頂進法修筑的橋涵為北京永定門地道橋，從20世紀60年代開始，我國大力修筑各種交通設(shè)施，頂進法常被用于鐵路沿線修建，后技術(shù)成熟，修建的橋涵數(shù)量逐漸增多、跨度變大，進橋涵的箱涵尺寸增大，孔徑從傳統(tǒng)的單孔逐漸衍生為雙孔、三孔和四孔等，頂部覆土的厚度也開始變薄。

（2）斜交框架頂進法。斜交框架頂進法包括正框架斜向頂進、正向頂進和斜框架斜向頂進等，不同的頂進方式有不同的應(yīng)用特點。如正框架斜向頂進法是在斜角角度較小的狀況下使用，對應(yīng)的箱涵常為多孔分離式小孔徑箱涵。目前我國穿越京哈線鐵路框構(gòu)涵為斜交框構(gòu)涵，通常在斜角度數(shù)值很小、鋼筋混凝土箱涵長度較大時使用。

1.2 施工設(shè)計

（1）高壓旋噴注漿加固地基。路基加固常用到高壓旋噴注漿式，跨框架頂施工期間會因基地軟弱出現(xiàn)線路懸空，這容易使線路出現(xiàn)開裂或坍塌，需及時進行地基加固，時速較高的鐵路對路基要求更高，受地質(zhì)因素影響，采用靜態(tài)注漿鉆孔無法滿足當前需求，為此需要采用高壓旋噴注漿方式提高路基壓實度，以此保證施工安全性。若開發(fā)初期存在固結(jié)體，則固結(jié)體可以將周圍土體壓實，以此增強土體自身的力學性能和抗滑能力；若土地較軟，則需要加大固結(jié)體的體積，以此提升地基的承載力和安全性。

（2）基坑支護結(jié)構(gòu)。在工程應(yīng)用中，基坑支護結(jié)構(gòu)常采用工字鋼樁襯板支護結(jié)構(gòu)，坑壁土側(cè)壓力會通過襯板傳遞給工字鋼樁后，通過腰梁達到頂撐或拉錨。連續(xù)鋼板樁支護結(jié)構(gòu)優(yōu)勢強度大，擋水性好。

（3）線路加固方法。線路加固方式多樣，如吊軌梁、扣軌梁和工字鋼等，這種方式常用于頂板以上無覆土或覆土層比較薄的頂進，吊軌則使用在凈跨度比較小的場景下，若箱涵尺寸比較大，則選擇橫梁加固方法。從鐵路提速后，傳統(tǒng)的加固方式無法滿足線路要求，橋梁工作者開始使用便梁加衡抬起梁的方式，增加了穩(wěn)定性但擾度大、養(yǎng)護不安全。

2 工程概況

遼西北供水工程為遼西北城鎮(zhèn)、縣級和工業(yè)園區(qū)等干旱缺水地區(qū)提供供水工程，擬建管線處于開原市城郊鄉(xiāng)附近與京哈鐵路線交叉，使用2根DN3200管線，工作壓力為1.4MPa，框構(gòu)涵位于距離京哈線K809+859.49m，頂進位置在無縫線路地段。地區(qū)地質(zhì)條件為沖洪積地貌，主要是由第四紀全新沖洪積物組織，地段地勢較為開闊，鐵路兩端地勢較為平坦。地下水為第四系孔隙潛水，常接受大氣降水補給，側(cè)向補給采用排泄的方式，地下水深度為4～9m，埋深高度大約在81.3m，在含水層常為園礫，滲透數(shù)值在70～100m/d。根據(jù)實際調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，該地區(qū)的地下水對混凝土結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出腐蝕特性。

案例工程使用整體頂進施工方式，箱體位于京哈線上行先橋址位于左側(cè)空地，按照設(shè)計文件，箱橋使用整體預(yù)制，采用縱橫抬梁的方法實現(xiàn)線路加固目標，具體施工方式需要根據(jù)設(shè)計圖紙在京哈線左側(cè)進行工作坑開挖，邊坡的設(shè)計要符合坡度。工作坑的深度需滿足設(shè)計圖紙的深度要求，并夯填碎石。完成C25混凝土底板養(yǎng)生結(jié)束后，設(shè)置潤滑隔離層，其由石蠟、機油和滑石粉組成。線路使用工字鋼縱橫抬梁法的方式對線路進行加固，施工支墩需在“天窗”內(nèi)施工，將無縫線路施工更換為200m長的標準軌，在完成施工后重鎖。

3 斜交框構(gòu)涵頂進結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 滑板結(jié)構(gòu)設(shè)計

在頂進橋涵施工中，滑板發(fā)揮著重要的作用，滑板在預(yù)制鋼筋混凝土箱涵、頂進橋涵中可作為施工墊層和隔離層，保證混凝土箱涵沉降均勻，實現(xiàn)土層的隔離，降低鋼筋混凝土箱涵與土壤間的摩擦力，確保頂進實施的有效性。目前滑板結(jié)構(gòu)有兩種形式，一種是滑板與后背梁相互連接，兩者可以視為一個整體，如圖1所示，在這樣的狀態(tài)下，滑板所要承受的拉力沿著頂進的方向減少，滑板與后背連接承受拉力達到最大值，會發(fā)生破壞，為了避免這一現(xiàn)象，需要增設(shè)鋼筋，以此增強滑板的抗拉能力；另一種是滑板與后背梁分離，滑板與背墻處于分離狀態(tài)，靠近背墻的地方，滑板所要承受的拉力達到最小值，另一端的拉力則達到最大值，此時滑板受力計算會增加施工的難度，如圖2所示。

圖1 滑板與后背梁整體式連接

圖2 滑板與后背梁分離式連接

3.2 頂力計算

頂進期間需要考慮箱涵與土層之間存在的摩擦阻力，為了減小摩擦阻力的數(shù)值，克服箱涵兩邊刃角上存在的抗力造成的影響，施工中阻力統(tǒng)稱為箱涵頂力，需對頂力數(shù)值進行估計后，選擇合適的頂進設(shè)備。按照《鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范》（TB 10002—2017）計算最大頂力，具體計算公式如下：

式中：Pmax為最大頂力值；K為系數(shù)；N1為箱涵頂上荷重（包括線路加固材料重量）；N2為箱涵自重；f1為箱涵頂上表面與頂上荷重的摩擦阻力系數(shù)；E為箱涵兩側(cè)土壓；f2為箱涵底板與基地土的摩擦系數(shù)；R為鋼刃角處正向阻力；A為鋼刃角正面積。

3.3 后背設(shè)計

后背設(shè)計期主要借助抵抗頂進時所產(chǎn)生的水平頂力，為了保證設(shè)計的穩(wěn)定性和剛度，在最大頂力作用下，不允許出現(xiàn)頂跨現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)，會造成橋涵出現(xiàn)頂偏現(xiàn)象，使得橋涵無法工作，增加設(shè)計成本。結(jié)合案例工程具體情況，設(shè)置橋上線路兩股，頂進施工使用橫抬梁加固線路，翼墻施工采用D16型便梁加固線路。滑板使用鋼筋混凝土，與后背梁連成整體結(jié)構(gòu)，滑板頂面選用直徑為8mm、縱橫間距為30cm的鋼筋，如圖3所示。

圖3 滑板及后背圖

3.4 線路加固

頂進橋涵在施工期對鐵路線路進行加固，目的是增強行車和施工安全性，在線路加固方法選擇時要綜合考慮多種因素，如降低運輸過程中的干擾，保障鐵路運輸安全，減少施工的復(fù)雜性等。若頂進橋涵凈跨度數(shù)值小于8m、孔徑較大時，則需要采用軌束梁法或工字梁束法，這期間為了避免橫移現(xiàn)象可使用鋼板脫殼法，穩(wěn)定涵頂覆土土層；若頂進橋涵凈跨度超過8m，則可以使用鋼吊軌加橫梁加固法或吊軌加縱橫梁加固的方法用于解決頂上無覆土或覆土層厚度不滿足要求的問題。

4 結(jié)束語

文章基于箱涵頂進施工方法和頂進設(shè)計理論分析京哈線頂進施工工程，在頂進施工計算中具體包括滑板設(shè)計計算、頂力計算后背墻尺寸，為施工設(shè)計提供了參考依據(jù)，同時深入研究了斜交頂進涵施工方案及頂進關(guān)鍵施工工序，可為同類型工程提供設(shè)計參考。