明挖空頂工法在下穿鐵路中的應(yīng)用

【摘要】明挖空頂法以D型施工便梁臨時架空鐵路線路為基礎(chǔ)，采用明挖法挖除軌道下土石方，然后將預(yù)制好的框架涵空頂至既有鐵路線下方。結(jié)合具體工程實(shí)例對明挖空頂法的方案確定、施工工藝方法等作詳細(xì)敘述，為同類施工條件下的工程施工提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】明挖空頂法；下穿鐵路；基坑維護(hù)；頂進(jìn)作業(yè)

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 11.107

1、工程簡介

該下穿鐵路通道工程道路里程為K0+855～K0+940，起點(diǎn)是鷹廈鐵路東側(cè)枋湖工業(yè)小區(qū)，終點(diǎn)是鐵路西側(cè)路肩外，全長85米，設(shè)計為城市次干道，框架橫斷面采用雙孔圓弧形斷面，單洞框架寬11.35m。頂進(jìn)段框架長度為23.5米，兩框架間距為4米。鐵路下基坑分左右洞開挖，單個基坑寬度為12.1米，基坑開挖深度最深處為13.5米。下穿通道與鷹廈鐵路平面交角為62°，左洞與鷹廈鐵路相交于鐵路里程K687+890，右洞與鷹廈鐵路相交于鐵路里程K687+907.7。圖1為頂進(jìn)段框架橫斷面圖。

鷹廈線設(shè)計時速為250km/h，隧道穿越段路基為寬枕碎石道床，是國家Ⅰ級雙線電氣化干線鐵路，框架涵下穿鷹廈鐵路影響寬度為40m。

2、方案比選

明挖空頂法、淺埋暗挖法和頂進(jìn)法是目前國內(nèi)下穿既有鐵路施工最常應(yīng)用的施工方法，下面做出對比。

2.1頂進(jìn)法

頂進(jìn)法穿越既有鐵路線路是一項較成熟的施工方法，已被廣泛使用。采用頂進(jìn)法施工的情況主要是在有較好地基承載力和較大框架橋跨度的時候。該施工方法具有對既有鐵路行車的干擾小，多孔框架橋組合時可以分孔施工，易于控制框架橋施工質(zhì)量以及較短的施工總工期等特點(diǎn)。而本工程下層土質(zhì)為粉質(zhì)粘土，地基承載力較差。

2.2淺埋暗挖法

當(dāng)對地面沉陷要求極為嚴(yán)格的情況下，埋深較淺的地下工程修建時，淺埋暗挖法是最為適宜的城市地下工程施工方法，該施工方法是采用新奧法的基本原理，并且采取多種輔助措施來加固圍巖，開挖后即時加強(qiáng)支護(hù)、封閉成環(huán)，使支護(hù)和圍巖共同形成聯(lián)合支護(hù)體系。我公司采用淺埋暗挖法下穿既有鐵路較成功的案例有杏林大橋C標(biāo)采用管幕法下穿鷹廈鐵路。此方法施工工序多，工期較長，無法滿足“1.15”恢復(fù)動車進(jìn)島的工期節(jié)點(diǎn)。

2.3明挖空頂法

明挖空頂法的施工基礎(chǔ)是施工便梁臨時架空鐵路線路，先開挖好鐵路路基，然后再將預(yù)制好的框架結(jié)構(gòu)頂進(jìn)下穿既有線。明挖空頂法與其他施工工藝相比較，是比較新的施工工藝，其特點(diǎn)主要有造價較低，較好的安全性，且施工工期較短。根據(jù)本工程的具體特點(diǎn)，從多個方面對上述方案進(jìn)行對比，詳見下表1。

經(jīng)對上述三種方案進(jìn)行比較分析，著重考慮工期并兼顧其他各方面因素，最終確定采用明挖空頂法開挖鐵路路基，空頂預(yù)制框架涵以實(shí)現(xiàn)安全、快速下穿鷹廈鐵路。

3、明挖空頂施工方法

線路下部分框架施工順序：施工準(zhǔn)備工作→鐵路設(shè)備遷改和保護(hù)→人工挖孔樁施工→架設(shè)D24施工便梁→開挖線路下基坑→滑板制作→頂進(jìn)段框架涵預(yù)制→框架涵頂進(jìn)→防水層及保護(hù)層施工→回填壓實(shí)→拆除D24施工便梁→恢復(fù)鐵路正常運(yùn)行。

施工中重難點(diǎn)主要有以下幾項：基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、人工挖孔樁、D24施工便梁架設(shè)、頂進(jìn)作業(yè)。

3.1基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

下穿鐵路段基坑最大開挖深度為13.5m，鐵路線下基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用人工挖孔樁、型鋼擋板、噴射混凝土、圈梁、錨索等支護(hù)方式進(jìn)行加固，其施工主要步驟：①對場地進(jìn)行平整和清理，并開挖孔樁；②開挖第一層土方，并同時支護(hù)型鋼擋板；③圈梁施工，同時對兩孔之間的孔樁及土體進(jìn)行加固處理；④第二層土方開挖，，同時進(jìn)行型鋼擋板施工；⑤第三層土方開挖至坑底（預(yù)留20cm人工清理），同時進(jìn)行型鋼擋板施工，并盡快澆筑鋼筋混凝土，制作滑板。圖2為既有鐵路線下基坑開挖現(xiàn)場施工。

3.2人工挖孔樁

由于既有線路的限制，需要人工開挖鐵路范圍內(nèi)的基坑，其施工主要步驟為：①對定樁位和高程進(jìn)行放線；②對第一節(jié)樁孔的土方進(jìn)行開挖，并進(jìn)行護(hù)壁鋼筋和模板安裝；③對第一節(jié)護(hù)壁進(jìn)行混凝土澆筑，并對樁位的中心軸線進(jìn)行檢查；④對垂直運(yùn)輸架進(jìn)行架設(shè)，并安裝電動葫蘆、吊桶、照明、活動蓋板、水泵和通風(fēng)機(jī)等；⑤對第二節(jié)樁孔的土方進(jìn)行開挖（修邊），然后拆除第一節(jié)模板，并進(jìn)行第二節(jié)護(hù)壁鋼筋和模板安裝；⑥對第二節(jié)護(hù)壁進(jìn)行混凝土澆筑，并對樁位的中心軸線進(jìn)行檢查；⑦以此類推，逐層施工直至開挖至樁底并擴(kuò)底；⑧進(jìn)行檢查驗(yàn)收后，在孔內(nèi)安裝鋼筋籠并放置混凝土溜筒或者導(dǎo)管，然后對樁身混凝土進(jìn)行澆筑，需要隨澆隨振，最后預(yù)埋樁頂鋼筋。

本工程人工挖孔樁施工中，由于地質(zhì)條件較差，在孔深超過10m后普遍出現(xiàn)孔底涌出淤泥的現(xiàn)象，在施工中總結(jié)出了一套有效的應(yīng)對措施：孔底有淤泥出現(xiàn)后，每一模完成時應(yīng)用混凝土封底，再次開挖時，先用風(fēng)鎬破除孔底混凝土，迅速開挖50cm左右，立模澆筑護(hù)壁砼，同時用混凝土封底，待下次開挖時，重復(fù)該步驟，直至穿過淤泥層。

3.3施工便梁架設(shè)

在開始明挖基坑施工前，考慮到本工程的具體特點(diǎn)，需要采用臨時施工鋼便梁對既有鐵路軌道進(jìn)行加固。采用直徑1.5m擴(kuò)底人工挖孔樁作為支撐樁；采用8φ15.24預(yù)應(yīng)力鋼絞線進(jìn)行錨固，拉錨樁采用直徑1.0m擴(kuò)底人工挖孔樁。共架設(shè)4組D24低高度鋼便梁，布置形式采用丙式低位，雙線雙跨架設(shè)。相連兩跨之間設(shè)置便梁支墩，采用直徑1.5m擴(kuò)底人工挖孔樁。為保證左右洞便梁的穩(wěn)定性，在兩跨之間的便梁樁與相鄰的圍護(hù)樁樁頂澆筑冠梁，并對中間土體進(jìn)行，使其形成一個整體，以增加便梁樁的穩(wěn)定性。

便梁架設(shè)前，應(yīng)由工務(wù)部門對無縫線路進(jìn)行應(yīng)力放散，在安裝便梁的過程中，應(yīng)注意軌道電路的絕緣保護(hù)，防止出現(xiàn)“紅軌”狀況。用路用列車在封鎖點(diǎn)內(nèi)將鋼便梁運(yùn)到施工現(xiàn)場，人工架設(shè)前，需要確認(rèn)已完成便梁支墩澆筑且強(qiáng)度滿足要求。施工完成后采用路用列車封鎖點(diǎn)內(nèi)吊運(yùn)拆除便梁。

3.4頂進(jìn)作業(yè)

3.4.1頂進(jìn)段框架預(yù)制及頂進(jìn)后背、滑板的施工

基坑開挖至坑底約0.2m時，改用人工開挖，以防超挖。人工開挖至設(shè)計深度并經(jīng)驗(yàn)收合格后，盡快澆筑滑板混凝土，滑板頂用M10水泥砂漿抹平，要求平整度≤3mm，并在面上涂厚度5mm的石蠟，然后一層撒滑石粉，頂部鋪上一層油毛氈，并抹一層水泥砂漿用來保護(hù)?；宓撞吭O(shè)置50×50cm的錨梁，錨梁間距3.2m。

滑板施工的同時，進(jìn)行頂進(jìn)后背的制作。后背長33m，寬1m，高2.7m（高出滑板頂1.2m），后背與工作坑底板連為整體。圖3為頂進(jìn)后背及滑板示意圖。

頂進(jìn)段框架涵長23.5m，臺車每模12m，分兩次澆筑完成，前后澆筑段中間設(shè)置施工縫。使用光面竹膠板作為預(yù)制框架涵的外層模板，并分兩階段來澆筑。第一階段澆筑底板砼，當(dāng)?shù)装屙艔?qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的70%后，再進(jìn)行框架上部砼的澆筑。

3.4.2框架涵頂進(jìn)

框架涵預(yù)制完成后，左右線分別一次性頂進(jìn)到位，頂程55米。頂進(jìn)段框架涵全長為23.5m，混凝土614m3，根據(jù)框架涵重量、摩擦系數(shù)等進(jìn)行計算，總頂力為1600t，需配置320t千斤頂6臺。在設(shè)置千斤頂?shù)臅r候，要參照主體結(jié)構(gòu)底板頂塊混凝土的軸線，分別將3臺千斤頂設(shè)置在兩側(cè)。

在正式頂進(jìn)作業(yè)前，應(yīng)先進(jìn)行一次試頂，試頂以頂動涵身為止，因此在試頂時要加強(qiáng)涵身中線、水平和縱向位移的監(jiān)測，觀察頂進(jìn)后背及底邊的變化。

3.4.3線位控制及線位矯正

因?yàn)橄浜捻斶M(jìn)方式是斜交正頂，所以在頂進(jìn)的過程中箱身會受到逆時針方向的轉(zhuǎn)動彎矩?？梢酝ㄟ^兩側(cè)千斤頂不對稱加力的方式來矯正箱身，從而達(dá)到抵抗轉(zhuǎn)動彎矩的目的。在頂進(jìn)施工過程中，要測量對每個千斤頂行程中的頂進(jìn)長度，若線位發(fā)生了偏差，則要及時改變兩側(cè)千斤頂?shù)膲毫沓C正線位。

3.4.4傳力結(jié)構(gòu)設(shè)計

在壁厚14mm、直徑630mm的鋼管兩端焊接好法蘭盤后用作傳力柱。根據(jù)千斤頂行程及頂推距離，準(zhǔn)備4米、1.4米、0.2米鋼管若干。在頂推施工中將頂推鋼管傳力柱進(jìn)行連接形成整體，分配梁采用32工鋼按照8米一道進(jìn)行安裝。圖4為頂進(jìn)作業(yè)現(xiàn)場施工。

3.4.5箱涵軸線糾偏措施

頂進(jìn)過程須對涵身進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，如出現(xiàn)偏差及時糾正，確保涵身在頂進(jìn)中不偏離設(shè)計軸線、高程符合設(shè)計要求。在頂進(jìn)的過程中，對箱涵軸線與設(shè)計軸線的偏差情況進(jìn)行隨頂隨測，并在每次回頂后及時調(diào)整千斤頂?shù)耐屏?，具體操作方法為：加大偏移軸線一側(cè)千斤頂?shù)耐屏?，需要緩慢進(jìn)行加載，觀察到箱涵軸線端點(diǎn)位于設(shè)計軸線上后，則停止推力加載，然后全部千斤頂進(jìn)行同時加載并控制加載速度，保證千斤頂按照頂力計算比例進(jìn)行加載。

結(jié)語：

在本工程施工前，項目部制定了詳細(xì)的施工方案和應(yīng)急預(yù)案以應(yīng)對可能發(fā)生的緊急狀況，并且參建各方對方案和預(yù)案進(jìn)行了多次推演，保證了其的科學(xué)性和合理性。施工過程中采取了多種措施來保證工程施工安全順利地進(jìn)行，比如在便梁架設(shè)拆卸、框架涵試頂、頂推等施工過程中采取全員定崗。本通道在8條下穿通道中是工期最緊、施工難度最大的通道，在采用明挖空頂法工藝施工后，在保證安全、質(zhì)量的前提下，大大的縮短了工期。實(shí)踐證明，明挖空頂法與傳統(tǒng)施工工藝相比，具有施工工期短、安全性好、造價低等特點(diǎn)，在特定條件下具有很高的推廣意義。

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作者簡介：

劉青青（1983.09-），女，漢族，陜西安康人，本科學(xué)歷，工程師，研究方向：土木工程。