下穿既有鐵路箱涵改擴(kuò)建施工技術(shù)

魏健偉（中鐵二十四局集團(tuán)上海鐵建工程有限公司，上海 200042）

1 工程概況

浙江省嘉興市嘉善縣體育路下穿某鐵路立交橋改擴(kuò)建工程位于嘉善縣城區(qū)，為南北向城市道路。主線下穿某鐵路，為箱涵結(jié)構(gòu)，鐵路外側(cè)為 U 型槽結(jié)構(gòu)與箱涵連接。設(shè)計(jì)道路全長 366 m，設(shè)計(jì)寬度為 28.8 m；體育路與滬昆鐵路斜交，道路中線與鐵路法線交角 4°。既有滬昆鐵路有上行線、下行線和牽出線 3 個(gè)股道，與道路交叉處鐵路為直線，線間距 5.04 m，最低軌底標(biāo)高為 4.26 m。

下穿某鐵路原有箱涵為 4.5 m + 8.0 m + 4.5 m（凈寬）3 孔（分離式）。本次下穿某鐵路立交改擴(kuò)建內(nèi)容為將原有西側(cè) 4.5 m 箱涵破除，在該側(cè)對(duì)稱新建 4.5 m + 8.0 m 的 2孔分離式箱涵。其中，1.0～4.5 m 箱涵長 25.1 m（含 3 m連體 U 型槽），箱身凈寬 4.5 m，外圍寬 5.4 m，凈高 6.2 m，頂板厚 35 cm，底板厚 45 cm，腹板厚 45 cm。其中，1～8 m 箱涵長 22.1 m，箱身凈寬 8 m，外圍寬 9.3 m，凈高 5.8 m，頂板厚 50 cm，底板厚 70 cm，腹板厚 65 cm?？蚣苤黧w采用穿 C 40 防滲鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。箱涵采用支架法分兩次澆筑，第一次澆筑底板及底板以上 70 cm 墻板，第二次澆筑其余墻板及頂板。

新建箱涵采用鐵路外側(cè)預(yù)制、頂進(jìn)法施工。頂進(jìn)工作坑位于鐵路南側(cè)，長度 41.60 m，寬度 15.30 m，開挖深度5.91 m，頂程 38.00 m，按施工圖設(shè)計(jì)基坑采用圍護(hù)鉆孔樁同止水高壓旋噴樁相結(jié)合的形式。

2 既有箱涵破除方案選擇

在頂進(jìn) 1～8 m 箱涵前需對(duì)既有 4.5 m 箱涵進(jìn)行破除，破除方式采用鎬頭機(jī)鑿除。箱涵破除可選擇直接在線路下方進(jìn)行鑿除，也可嘗試將箱涵頂出線路以外進(jìn)行鑿除。通過安全、技術(shù)、進(jìn)度以經(jīng)濟(jì)方面的分析可知，線路下鑿除方案技術(shù)難度方面不存在問題，但由于機(jī)械在線路下作業(yè)面受限，功效較低，預(yù)計(jì)將箱涵全部鑿除需要 20 d。由于該項(xiàng)作業(yè)是在營業(yè)線慢行條件下施工，慢行時(shí)間較長，且對(duì)影響鐵路行車安全風(fēng)險(xiǎn)較大。如將箱涵頂出線路以外鑿除，則不需要在營業(yè)線慢行條件作業(yè)，降低了鐵路行車安全的影響，且線路外鑿除不占用總體頂進(jìn)的工期，如頂出順利，1 d 即可完成工作。但由于既有箱涵年代久遠(yuǎn)，無相關(guān)資料可查詢，技術(shù)上可能存在一定難度。經(jīng)綜合考慮，最終選擇了線路外鑿除的方案，在技術(shù)上做好充分探究和準(zhǔn)備。

3 總體方案的實(shí)施

本次下穿既有線箱涵改擴(kuò)建總體方案的核心是頂進(jìn)施工，而頂進(jìn)施工成功的關(guān)鍵是確保鐵路行車安全和箱涵就位的質(zhì)量控制。總體方案實(shí)施主要步驟是簡易支墩制作 D 24型便梁架設(shè)線下開挖、條形支墩制作便梁縱移，線下開挖加固。0～4.5 m 箱涵頂進(jìn)便梁縱移既有箱涵頂出地基加固，1～8 m 箱涵頂進(jìn)線路回填、恢復(fù)。合理編制施工計(jì)劃，充分考慮線路加固與頂進(jìn)工作坑及箱涵預(yù)制施工的同步性和銜接性，高效利用鐵路慢行時(shí)間。

3.1 線路加固

3.1.1 簡易支墩施工

在條形支墩線下開挖施工前，便梁架設(shè)采用簡易支墩。簡易支墩尺寸為 1.5 m × 1.5 m（線路外側(cè)）及 1.5 m × 2.5 m（線路間）。結(jié)構(gòu)由下至上分別為 10 mm 碎石墊層，50 cm 厚 C 40混凝土，并設(shè)置雙層鋼筋網(wǎng)片，鋼筋為φ14 cm @ 150cm?；采厦驿佋O(shè) 10 cm 碎石墊層，然后鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片，澆注混凝土，采用人工搬運(yùn)混凝土料澆注。

3.1.2 便梁架設(shè)、縱移及拆除

本次總體施工方案中，先架設(shè) 3 孔 D 24 型便梁制作條形支墩；再人工采用千斤頂、運(yùn)梁臺(tái)車縱移便梁，用于 2 個(gè)箱涵的頂進(jìn)（含既有箱涵頂出）。全過程 3 孔便梁，共架設(shè)3 孔次，移梁 6 孔次。便梁架設(shè)做好接地、觀測點(diǎn)及便梁限位器。在便梁架設(shè)及拆除過程中需要鐵路慢行 45 km/h，且在穿鋼枕、便梁架設(shè)（含組裝）及拆卸時(shí)需要封鎖，軌道車架設(shè)便梁作業(yè)同時(shí)需要接觸網(wǎng)停電。

（1）穿鋼枕作業(yè)。封鎖點(diǎn)開始，清除軌枕間道砟至枕木底（深度以能穿入鋼枕為宜）。為充分高效利用封鎖時(shí)間，鋼枕預(yù)先擺置線路旁相應(yīng)位置。穿鋼枕時(shí)，采用軟橡膠墊包住軌底，以防鋼枕同時(shí)搭接鋼軌出現(xiàn)紅光帶。

（2）便梁架設(shè)。便梁采用軌道車運(yùn)輸，每次架設(shè) 1 孔便梁。接到線路封鎖命令后，軌道車運(yùn)至施工地，由軌道吊安裝架設(shè)就位。在安裝過程中，注意避免觸碰接觸網(wǎng)及其立桿。

（3）便梁組裝。先將縱梁調(diào)整高度，組裝兩端第一根鋼枕，再組裝鋼枕時(shí)須逐擋進(jìn)行。作業(yè)過程中避免組拼成一側(cè)完成、另一側(cè)空缺的現(xiàn)象，造成左右股道鋼軌受力不均的不安全狀態(tài)。采用高強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料 D 24 新型扣件，可先按隔 4 擋定位安裝一擋，再逐擋安裝?？奂颁撜斫M裝完成后，全面檢查扣件狀態(tài)，壓板是否可靠、絕緣膠墊是否密貼。同時(shí)，再全面緊固一次鋼枕螺栓。便梁組裝完成后，由鐵路電務(wù)部門對(duì)便梁進(jìn)行絕緣測試、接地檢查，并做好記錄和簽認(rèn)。

（4）便梁縱移。第 1 次便梁架設(shè)是為條形支墩施工做線路加固，待條形支墩達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之后進(jìn)行移梁。第 1次移梁將 3 孔便梁同時(shí)移至支墩上及既有 4.5 m 箱涵上，縱移距離約 6 m。第 2 次移梁將 3 孔便梁同時(shí)移至新頂進(jìn)1.0～4.5 m 箱涵及既有 8 m 箱涵上，縱移距離約 12 m。移梁作業(yè)采用千斤頂及運(yùn)梁臺(tái)車方式進(jìn)行人工縱移。步驟如下。① 便梁拆解前，先在縱梁兩端以內(nèi)約 4 m 處（第 6 根鋼枕）、鋼軌上方約 15 cm 位置各拼裝 1 根鋼枕，如圖 1所示。② 將原 37 根鋼枕與縱梁拆解，在每片縱梁的兩端利用千斤頂將兩片縱梁向上頂起；并將運(yùn)梁小臺(tái)車置于上方的鋼枕下，回落千斤頂，如圖 2 所示。③ 通過人力將縱梁推移至指定位置后，利用千斤頂頂高縱梁，抽出小臺(tái)車、落梁，然后拆除軌道上方兩根鋼枕，拼裝 37 根鋼枕。

圖1 移梁步驟 1

圖2 移梁步驟 2

（5）便梁拆除。在便梁區(qū)域回填道碴并搗實(shí)，使線路基礎(chǔ)處于受力狀態(tài)，再拆除鋼枕與縱梁的連接。便梁拆解過程中，需線路工隨時(shí)檢查軌道幾何狀態(tài)，不斷調(diào)整。便梁構(gòu)件全部撤除后，及時(shí)補(bǔ)充道碴、搗固、養(yǎng)護(hù)線路，使線路恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。

3.1.3 條形支墩制作

條形支墩施工流程為放樣架設(shè)便梁線下放坡開挖高壓旋噴樁加固鋼筋綁扎、立模、澆筑支墩回填搗實(shí)。

條形支墩采用與線路正交制作，線路下拉槽深度 3.0 m，然后采用密排φ60 cm 高壓旋噴樁加固基底，樁長12 m?；准庸掏瓿珊螅M(jìn)行回填 10 cm 碎石墊層、鋼筋綁扎作業(yè)、立模、澆筑 C 25 混凝土?；炷翝仓瓿珊筮M(jìn)行養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度達(dá)到要求后拆除模板，回填土及素混凝土（永久性三角區(qū)），恢復(fù)線路。

線下拉槽采取 1∶1 放坡開挖。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及施工要求，開挖深度為軌底下去 3 m，支墩兩側(cè)留有 0.5 m工作面，即基底開挖寬度為 3.5 m，軌底開挖寬度為 9.5 m。施工全過程進(jìn)行路基沉降觀測。在線下拉槽作業(yè)時(shí)，挖掘機(jī)指揮及司機(jī)必須高度警惕，嚴(yán)防挖掘機(jī)碰撞便梁的下端，以免造成對(duì)既有線行車安全的影響。

3.2 滑板、后靠背施工

頂進(jìn)工作坑開挖完成、箱涵結(jié)構(gòu)預(yù)制前進(jìn)行滑板及后靠背的施工。該臨時(shí)結(jié)構(gòu)也是頂進(jìn)施工的關(guān)鍵。待滑板強(qiáng)度滿足施工要求，在其上進(jìn)行箱涵預(yù)制。

3.2.1 滑板結(jié)構(gòu)及控制要點(diǎn)

（1）滑板結(jié)構(gòu)層如圖 3 所示。

圖3 滑板結(jié)構(gòu)層

（2）控制要點(diǎn)如下。① 滑板混凝土的表面需要光滑，以減少摩阻力，在滑板澆筑抹平后用 M 10 砂漿壓實(shí)抹光。②為保證滑板的抗滑能力，保證箱涵頂進(jìn)時(shí)不會(huì)帶走滑板，錨梁深度必須滿足設(shè)計(jì)要求。③ 滑板頂面的坡度為無坡度。

3.2.2 后靠背施工

（1）土體開挖。后背梁底標(biāo)高為滑板頂面以下75cm，滑板頂面上部高 80 cm。土體開挖要嚴(yán)格控制標(biāo)高，一次開挖到位，不得超挖進(jìn)行回填，減少原土體擾動(dòng)。

（2）后靠背清理。后靠背采用間距 95 cm。φ80 cm 鉆孔樁結(jié)構(gòu)形式，后背梁鋼筋綁扎前對(duì)鉆孔樁間隙處土體進(jìn)行清理干凈，頂進(jìn)施工前采用半干濕砂將后背梁與后靠背之間的間隙灌填密實(shí)。

（3）鋼筋綁扎。滑板縱向主筋端頭設(shè)置成 L 形，并與后背梁豎向鋼筋進(jìn)行牢固焊接?？v向主筋軸線必須與頂進(jìn)方向一致，不得歪斜、彎曲。縱向鋼筋全部采用電焊焊接。

（4）混凝土澆筑。與滑板同時(shí)澆筑，澆筑時(shí)必須振搗密實(shí)。

3.3 箱涵頂進(jìn)施工

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際，優(yōu)化作業(yè)工況。箱涵頂進(jìn)順序如下：先頂進(jìn) 1.0～4.5 m 箱涵，此時(shí)，D 24 型便梁架設(shè)在條形支墩和既有 4.5 m 箱涵頂；再縱移便梁至新建 1.0～4.5 m 箱涵頂和既有 8 m 箱涵頂，頂出既有 4.5 m 箱涵，頂進(jìn)新建1～8 m 箱涵；便梁縱移前，在新建 1 .0～4.5 m 箱涵內(nèi)，對(duì)應(yīng)便梁在箱涵頂支撐位置，加設(shè)φ609 mm 鋼管支撐，以確保新建箱涵結(jié)構(gòu)不受施工影響。

3.3.1 頂進(jìn)技術(shù)參數(shù)及油頂布置

頂力計(jì)算如式（1）所示。

式中：F—最大頂力，kN；

K—系數(shù)，采取 1.3 摩擦因數(shù)；

μ—箱身底部與基底土體摩阻系數(shù)，取 0.8；

N—箱體自重，kN；

E—箱身兩側(cè)土壓力，kN；

f—箱涵側(cè)面與土體摩阻因數(shù)，取 0.7。

箱身兩側(cè)土壓力E計(jì)算如式（2）所示。

式中：γ—土體自重，取 17 kN/m3；

H—箱涵兩側(cè)土壓力高度，m；

Ka—土壓力系數(shù)，取 0.5；

L—頂進(jìn)箱體長度，m。

由式（2）可知，1.0～4.5 m 箱涵總重 647 t，計(jì)算最大頂力F=9 835 kN，理論配備油頂數(shù)量為N=F/9.8/200=5臺(tái)，實(shí)際頂進(jìn)時(shí)采用 6 臺(tái) 200 t 油頂進(jìn)行施工，1 臺(tái)備用。油頂間距 0.9 m ，對(duì)稱布置于箱涵后端與后靠背之間，由后靠背提供支撐反力，控制箱置于后背梁上位置。

既有 4.5 m 箱涵經(jīng)計(jì)算其總重約 562 t。由式（1）、式（2）計(jì)算得出頂力F=5 845 kN，理論配備油頂數(shù)量N=2.9≈3，實(shí)際頂進(jìn)時(shí)采用 6 臺(tái) 200 t 千斤頂進(jìn)行施工，其中2 臺(tái)作為備用。油頂間距 0.9 m 對(duì)稱布置于既有箱涵后端與新建 1～8 m 箱涵前端之間（1～8 m 箱涵后端與后靠背之間采用千斤頂施力加緊），通過新建 1～8 m 箱涵傳遞反力?？刂葡渲糜谛陆?1～8 m 箱涵內(nèi)前端位置。在實(shí)際頂出作業(yè)中，讀表計(jì)算起動(dòng)力約為 4 100 kN，箱涵頂出比預(yù)想順利。

1～8 m 箱涵總重 1 057 t。由于頂進(jìn) 1～8 m 箱涵時(shí)，箱體兩側(cè)均為框架，不存在土體，故箱身兩側(cè)土壓力E為 0，計(jì)算最大頂力F=10 993 kN。理論配備油頂數(shù)量為N=F/9.8/200=5.6≈6，實(shí)際頂進(jìn)時(shí)采用 8 臺(tái) 200 t 油頂進(jìn)行施工，2 臺(tái)備用。油頂間距 0.9 m 對(duì)稱布置，控制箱置于后背梁上位置。

3.3.2 頂進(jìn)施工流程

（1）施工流程。準(zhǔn)備工作→檢查安裝頂力設(shè)備→試頂→頂進(jìn)→更換頂鐵、加放管樁→測量校正→挖土、運(yùn)土（循環(huán)作業(yè)）。

（2）組織檢查。頂進(jìn)作業(yè)，成立頂進(jìn)作業(yè)工作小組，全面檢查各項(xiàng)準(zhǔn)備工作,包括箱身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、線路加固、后靠背結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、頂進(jìn)設(shè)備布置情況、現(xiàn)場照明布置、液壓系統(tǒng)安裝及試驗(yàn)情況、觀測體系的建立、與鐵路行車單位聯(lián)系情況等。

（3）準(zhǔn)備工作就緒，先進(jìn)行試頂以獲取實(shí)際工況數(shù)據(jù)與理論對(duì)比。試頂正常后，開始正式頂進(jìn)，頂進(jìn)過程中加強(qiáng)對(duì)線路進(jìn)行監(jiān)測。頂進(jìn)過程中吊機(jī)停放于后靠背西側(cè)，采用25 t 吊機(jī)吊裝頂進(jìn)設(shè)備。

3.3.3 頂進(jìn)過程中監(jiān)測及糾偏措施

箱涵內(nèi)頂面軸心處設(shè)置軸線測量標(biāo)牌，標(biāo)牌中心刻度為 0，左右各標(biāo)注刻度 –20 cm、+20 cm?？蚣軆?nèi)側(cè)墻 4個(gè)角位置底板以上 1 m 處用紅漆進(jìn)行高度標(biāo)注，用以控制框架頂進(jìn)過程中左右標(biāo)高。頂進(jìn)方向及標(biāo)高控制采用全站儀，儀器架設(shè)在后背梁上與框架頂進(jìn)軸線重合。頂進(jìn)前讀取原始讀數(shù)并記錄。頂進(jìn)時(shí)進(jìn)行連續(xù)觀測及時(shí)掌握有關(guān)數(shù)據(jù)，每個(gè)頂程觀測一次。測量人員、挖掘機(jī)防護(hù)員、頂進(jìn)設(shè)備操作手隨時(shí)溝通，以便及時(shí)糾偏。頂進(jìn)全過程中派人監(jiān)測。糾偏方法如表 1 所示。

表1 糾偏方法

3.3.4 頂進(jìn)挖土

箱涵頂進(jìn)采取帶土頂進(jìn)，頂進(jìn)前進(jìn)行拉槽挖土，挖槽深度為便梁以下不超過 3 m。頂進(jìn)時(shí)進(jìn)行第二次挖土，挖土采用 2 臺(tái) 0.4 m3挖掘機(jī)，2 臺(tái) 1 m3挖掘機(jī)進(jìn)行。線路外采用大挖掘機(jī)挖運(yùn)土方，線路下挖土采用小挖掘機(jī)結(jié)合人工在頂進(jìn)時(shí)對(duì)中線進(jìn)行抽槽挖土。開挖底面高于箱身底面 5～10 cm，根據(jù)箱涵頂進(jìn)時(shí)高程調(diào)整。挖土指揮與監(jiān)測人員保持聯(lián)系，隨時(shí)根據(jù)箱涵頂進(jìn)的偏差情況以調(diào)整挖土方式。

頂進(jìn)挖土專人指揮，嚴(yán)格按照監(jiān)測結(jié)果挖土，挖土人員與觀測人員緊密配合，不可發(fā)生信息中斷情況。列車通過時(shí)，挖掘機(jī)停止工作，人員退出至開挖面 1 m 以外，土方裝入自卸汽車外運(yùn)。

3.3.5 頂進(jìn)就位在頂進(jìn)前要嚴(yán)格對(duì)鐵路兩側(cè)頂進(jìn)就位線準(zhǔn)確放樣，并用石灰線灑出，保證頂進(jìn)過程中的控制。在頂進(jìn)即將完成時(shí)，鐵路兩側(cè)就位線處各站一名技術(shù)員，保持與頂進(jìn)設(shè)備操作人員、挖土人員對(duì)講機(jī)聯(lián)系，保證頂進(jìn)就位準(zhǔn)確，誤差不超過2 cm。

3.3.6 頂進(jìn)注意事項(xiàng)

（1）箱涵在工作坑內(nèi)滑板上頂進(jìn)時(shí)，注意箱身的中軸線方向，頂管（傳力管樁）前須增加橫向連系梁。

（2）頂進(jìn)工作小組之間交接時(shí)，對(duì)油頂設(shè)備及液壓系統(tǒng)、傳力裝置、后靠背及平臺(tái)等進(jìn)行檢查，掌握頂進(jìn)箱涵的方向及高程狀態(tài)。在頂進(jìn)過程中，全程做好記錄，隨班交接，以利于箱身頂進(jìn)控制。

（3）頂進(jìn)箱身在列車運(yùn)行間隙進(jìn)行，列車通過線路時(shí)暫停頂進(jìn)。頂進(jìn)挖土人員和人員制定聯(lián)系制度，使洞內(nèi)外密切配合，以確保施工安全。

（4）頂進(jìn)時(shí)，頂管和后背梁上不準(zhǔn)站人，以防止頂管崩出引起意外傷人。

（5）安放頂鐵或頂柱時(shí)保持與頂進(jìn)軸線順直一致，與橫梁垂直，每行頂鐵和頂管與千斤頂成一直線。

（6）頂進(jìn)前采用槽鋼對(duì)箱體前端止水帶進(jìn)行保護(hù)。

（7）加強(qiáng)線路路基位移、高程觀測，保證線路行車安全。對(duì)工作坑以及后靠背也要進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測觀察，保證基坑穩(wěn)定。

（8）頂進(jìn)作業(yè) 24 h 連續(xù)作業(yè)，施工前注意關(guān)注天氣情況，避開雨天施工。

4 結(jié) 語

經(jīng)過方案上的優(yōu)化、安全質(zhì)量控制措施有效落實(shí)、施工組織上的全面部署，本次下穿既有線箱涵改擴(kuò)建施工進(jìn)展非常順利。箱涵頂進(jìn)質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)，對(duì)鐵路行車干擾時(shí)間以及安全影響程度小于預(yù)期，節(jié)約了工期、降低了施工成本，為同類施工項(xiàng)目積累了經(jīng)驗(yàn)。