并行斜交框架橋頂進施工工藝控制

張勝利

（甘肅華澳鐵路綜合工程有限公司 蘭州鐵路局工程公司，甘肅 蘭州 730050）

0 引言

截至2022年底，我國鐵路運營總里程達到15.5萬km，高速鐵路運營里程達到4.2萬km。根據(jù)《中國公路規(guī)劃報告》，到2030 年，我國還將建設(shè)近3 萬km 的高速公路、建設(shè)或改造升級9 萬km 其他公路。全國公路網(wǎng)正逐步形成，我國的公路建設(shè)在今后10 年將持續(xù)擴大規(guī)模。在不斷提升交通運輸運營能力的情況下，鐵路網(wǎng)和公路網(wǎng)的規(guī)模都在進一步擴大，在2個路網(wǎng)規(guī)模擴大過程中，有大量的公鐵立交工程。在公鐵立交工程中，框架橋頂進施工占大多數(shù)，營業(yè)線框架橋頂進施工任務(wù)既要保證鐵路運營安全，又要按時、保質(zhì)完成施工任務(wù)，對施工安全和質(zhì)量提出了較高要求，其中并行斜交框架橋在頂進施工中既要保證斜交的角度合適、并行高程誤差小，還要保證沿鐵路線方向的位移在允許偏差范圍內(nèi)，即在頂進過程中不發(fā)生“頂偏”的現(xiàn)象，還要減少或消除“扎頭”“抬頭”的問題，以免在框架橋頂進施工中橋頂與施工便梁發(fā)生碰撞。經(jīng)實踐總結(jié)，通過改善相關(guān)施工工藝可以大大提升并行斜交框架橋頂進施工的安全和質(zhì)量控制水平，以控制各項指標在允許的誤差范圍內(nèi)，從而保障并行斜交框架橋的頂進施工的安全和質(zhì)量。

1 項目概況

彭陽—大橋村高速公路吳家堡樞紐立交框架橋下穿天華鐵路工程為高速公路下穿鐵路，設(shè)計2-14.0 m 框架橋下穿鐵路線路，并行斜交62.5°，主線立交框架橋橋址處里程為天華線K110+525 m，框架橋單幅長度為11.0 m，框架結(jié)構(gòu)高9.6 m，結(jié)構(gòu)寬度16.4 m，軌頂至框架底距離10.46 m，框架橋自身質(zhì)量達到1 600 t。箱形橋頂進完成后，對兩側(cè)開挖及塌落部分采用素混凝土澆筑回填，補換道砟并鋪設(shè)Ⅲ型橋枕后安裝護輪軌，框架橋線路兩側(cè)設(shè)置防護欄桿和防落網(wǎng)?？蚣軜蝽斶M施工過程見圖1。

圖1 框架橋頂進施工過程

2 施工工藝簡介

2.1 流程

框架橋頂進施工工藝流程見圖2。

圖2 框架橋頂進施工工藝流程

2.2 控制偏差

框架橋頂進施工工藝控制偏差（扎頭、抬頭、方向）見表1［1］。

表1 框架橋頂進施工工藝控制偏差

3 頂進施工工藝控制

3.1 高程偏差控制

并行框架橋下穿鐵路施工中高程控制是施工工藝控制的重要環(huán)節(jié)［2］。高程偏差過大，使框架橋的美觀、豎向線型都受到影響，給道路和橋梁銜接造成一定困難，增加工程成本，同時偏差過大也不利于既有鐵路養(yǎng)護?？刂撇⑿锌蚣軜虻母叱?，不僅要在頂進階段控制，施工全過程都要控制，按施工進程可將控制分為頂進前控制、頂進中控制。

3.1.1 頂進前

采用設(shè)置滑板延長、設(shè)置橋體船頭坡及加裝鋼刃角、基底注漿加固等措施?？蚣軜蝾A(yù)制、頂進在滑板上進行，為保證橋身的各項頂進數(shù)據(jù)準確，要求滑板澆筑時各項數(shù)據(jù)符合設(shè)計要求，使滑板具有一定強度，即滑板首先要能承載橋身質(zhì)量，其次要求頂進過程滑板不發(fā)生橫向破壞?？v橫梁板結(jié)構(gòu)是滑板通常采用的結(jié)構(gòu)形式，布設(shè)20 cm 的單層鋼筋網(wǎng)片，但實際施工中，框架橋體頂進脫離滑板約2/3 處后，滑板前端的一部分容易被破壞，影響頂進。因此，通常將滑板前端1/3處3～5 m設(shè)置成30 cm的雙層鋼筋網(wǎng)片混凝土板，提高其抗折能力。由于框架橋自質(zhì)量，原土地基密實度不夠，在框架橋重心移出滑板后，通常會出現(xiàn)“扎頭”，為杜絕此現(xiàn)象，通常將滑板做成1‰～3‰的仰坡。仰坡根據(jù)土質(zhì)情況設(shè)置，軟弱土質(zhì)地基時采用高限值，堅硬土質(zhì)地基時采用低限值。

為提高橋身頂進效率、降低阻力的影響，通常將橋體底面前端澆筑成斜坡形狀，如三角形形狀，坡的高度一般為6～8 cm，長度一般為1.2～1.8 m。

在整個施工過程中，橋身底板前方需要預(yù)先設(shè)置好鋼板，當(dāng)橋身“扎頭”現(xiàn)象嚴重時，需要通過鋼刃角糾偏，鋼刃角的安裝要滿足頂進實際需要。如橋身開始出現(xiàn)較嚴重的“扎頭”現(xiàn)象時，施工人員需立即準確測量扎頭尺寸，將鋼刃角安裝到相應(yīng)位置。

3.1.2 頂進中

在框架橋附近設(shè)置觀測站，配備全站儀和水準儀各1臺，用于觀測框架橋身的軸線和標高測量，框架橋每頂進一段距離，測量1次橋身的軸線和高程，如果發(fā)現(xiàn)問題需要立即分析改正。因出現(xiàn)“抬頭”或“扎頭”的高程失控而造成頂進高程控制出現(xiàn)誤差時，進行施工工藝控制可消除偏差。

3.1.2.1 糾正框架橋身“抬頭”

（1）采用減小鋼刃角角度、增加底板下取土量或在框架橋前端增加配重等措施以糾正框架橋抬頭，具體調(diào)整量根據(jù)需調(diào)整的高度確定。

（2）超挖橋身前端的部分，尺寸與橋身寬度相等；具體調(diào)整量根據(jù)需調(diào)整的高度確定。

（3）將鋼刃角兩側(cè)適當(dāng)挖寬20～30 cm，若兩側(cè)鋼刃角處挖土寬度不夠，也易造成框架橋“抬頭”現(xiàn)象。

3.1.2.2 糾正框架橋身“扎頭”

（1）當(dāng)框架橋出現(xiàn)“扎頭”時，增加橋體前段滑板厚度，讓框架底板前端、側(cè)刃角與滑板完全緊密貼合，形成向上土坡，逐步頂進調(diào)整。

（2）基底開挖時，預(yù)留一定厚度土體，利用船頭坡將高出部分土體壓入框架橋底，糾正“扎頭”現(xiàn)象，具體調(diào)整量根據(jù)需調(diào)整的高度確定［3］。

（3）在框架橋前端設(shè)計安裝鋼刃角，減少全斷面挖土量，采用強制切土法施工，擴大受力范圍，準確頂進。

（4）框架橋安裝的鋼刃角入土后，在保證既有線安全的情況下，現(xiàn)場施工管理人員通過各種手段提高頂進速度，不間斷作業(yè)，減少框架橋 “扎頭”速率。

（5）如基底土質(zhì)軟弱時，可根據(jù)情況換鋪30～50 cm厚的卵石、碎石、砂夾石、澆筑一定厚度速凝混凝土、地基注漿或施做擠密樁、砂樁等方法加固地基，通過改善地基的相關(guān)強度參數(shù)，避免或減少“扎頭”現(xiàn)象。

3.1.3 應(yīng)急措施

（1）高程超出允許偏差上限時，應(yīng)立即停止頂進，查明原因，針對具體情況制定措施。一般是由于滑板隆起所致，此時應(yīng)該在框架橋前方重新施作滑板，待滑板達到強度后再開始頂進。

（2）高程超出允許偏差下限時，應(yīng)立即停止頂進，查明原因，針對具體情況制定措施。一般是由于滑板長度不夠或者前方地基松軟導(dǎo)致框架橋“扎頭”，此時應(yīng)該續(xù)接滑板或者對前方地基進行換填處理。

3.2 方向偏差控制

線路加固后，進行箱形橋開挖頂進，在框架橋尾部設(shè)置8 臺600 t 頂鎬對箱形橋進行頂進，能夠滿足橋身對頂進力量的要求，頂進時開挖、運輸土方要與頂進施工作業(yè)交叉，采用挖掘機開挖、人工配合。加強對路基的監(jiān)控并做好安全防護，確保線路穩(wěn)定，為確保鐵路行車安全和施工安全，橋身頂進前，按照既有線運營要求，需要提前報施工限速計劃，批準后才可頂進。

在并行框架橋頂進施工過程中，必須定時對線路進行檢查，確保列車安全運行?；疖嚱?jīng)過施工作業(yè)地點時，施工人員要立即停止作業(yè)，密切觀察線路變化。傳力柱設(shè)置數(shù)量、順向平直、接觸面垂直、柱間間隙在頂進施工過程中對方向偏差影響很大，需要項目施工人員特別注意。

（1）澆筑框架橋滑板時，在滑板上預(yù)制框架橋左右兩側(cè)均勻設(shè)置鋼筋混凝土導(dǎo)向墩，頂進施工過程中利用導(dǎo)向墩側(cè)頂糾正方向偏差，導(dǎo)向墩截面見圖3。

圖3 導(dǎo)向墩截面

（2）設(shè)置固定觀測站，實時進行中線測量，每頂進1次都記錄測量結(jié)果，判斷其方向偏離程度。當(dāng)框架橋在滑板上前進時出現(xiàn)偏差，利用已經(jīng)設(shè)置好的導(dǎo)向墩調(diào)整方向；脫離滑板后，用調(diào)整左側(cè)或右側(cè)頂力、改變頂鐵左右側(cè)長度、側(cè)面多余挖土或減少挖土等方法進行調(diào)整，或者可以在橋身前面附加沿橋身寬度方向的支撐進行頂進調(diào)整。正確的操作程序是：箱形橋向左邊傾斜時，需要增加箱形橋左邊的頂力，減小箱形橋右側(cè)頂力；利用另外一種方法將右邊的千斤頂停下；在開挖時增大一側(cè)的挖土量，讓一側(cè)騰空，另一側(cè)相反，以慢慢調(diào)整方向偏差。

（3）安放傳力柱時，每頂進4 m，在頂鐵最前面牢固放1道分配梁，確保傳力柱不發(fā)生位移，傳力柱的方向必須和頂進過程中力的方向一致，才能達到頂進的最大效率，柱間支承面保持密貼，如果觀察到頂鐵開始變形、移位時，應(yīng)停止施工，進行檢查，分析原因，確保后續(xù)頂進正常。

3.3 安全控制

（1）在既有線施工，必須制定安全控制措施，編制應(yīng)急預(yù)案，向全體施工人員做好安全培訓(xùn)、技術(shù)交底、安全交底，確定施工人員走行線路、學(xué)習(xí)相關(guān)規(guī)定和其他施工要求［4］。

（2）按鐵路局集團公司已經(jīng)批準的施工計劃準備施工工作，設(shè)置有效防護，做好線路防脹、防斷及防洪和基坑防塌工作［64］。

（3）做好既有線設(shè)備防護，特別是光電纜及接觸網(wǎng)線支柱、信號設(shè)備、通信設(shè)備等防護，嚴格機具管理、規(guī)范材料堆碼，防止侵入限界。施工開始前，與既有設(shè)備管理單位溝通協(xié)調(diào)非常重要，需與相關(guān)單位（設(shè)備管理單位）簽訂施工安全協(xié)議，在多個設(shè)備管理相關(guān)單位的監(jiān)督指導(dǎo)下施工，維護施工安全［4］。

（4）施工時盡量加快進度。杜絕亂挖前方土方，每次進尺控制在0.8 m 以內(nèi)。開挖坡度一般設(shè)置為（1∶0.50）～（1∶0.75）時較合理。頂進時如果有列車通過，停止挖土，所有人員必須盡快撤離工作面，并觀察前方土方斷面變化。

（5）如果頂進設(shè)備出現(xiàn)故障，導(dǎo)致頂進不能按計劃進行時，應(yīng)立即停止挖土和頂進，按規(guī)定做好必要的防護措施，避免強行頂進。

（6）挖土要和頂進同步進行，邊挖邊頂進邊觀察，分析數(shù)據(jù)，隨時更正頂進方案。頂進到設(shè)計位置時，一般情況下，橋身邊線和中線偏差需在20 cm以內(nèi)，而高程偏差在頂程的1%以內(nèi)即為合理，同時，偏高、偏低各不大于15、20 cm。

（7）施工人員頂進施工前先確認頂進設(shè)備周圍不能有人，以防油管漏油及頂鐵崩出傷人。

（8）框架橋頂進到位后，采用砂夾石拌合水泥或注漿填實框架橋兩側(cè)與路基的縫隙，保證施工后的框架橋沉降值在可控范圍內(nèi)，避免危及鐵路行車安全［5］。

3.4 千斤頂設(shè)置及計算

以該工程為例，進行千斤頂設(shè)置計算。該框架橋自質(zhì)量1 500 t，千斤頂推力F≥1.25倍框架橋自質(zhì)量+摩擦力，其中摩擦力=цG（ц為滑板與框架橋底板的摩擦系數(shù)，G為框架橋自質(zhì)量）［6］。

則：F≥1.25×1 500+1 500×0.5=2 625 t。

因此，在框架橋尾部設(shè)置6 臺500 t 頂鎬對框架橋進行頂進，產(chǎn)生的推力可以滿足頂進施工要求。

4 結(jié)束語

并行斜交框架橋頂進施工過程中的施工工藝控制是整個工程中最復(fù)雜的環(huán)節(jié)，施工難度較大。通過對2-14.0 m 箱形橋下穿天華鐵路工程頂進施工工藝改進，為鐵路營業(yè)線并行斜交框架橋頂進施工工藝控制及保證既有線行車安全積累了經(jīng)驗，可為同類下穿鐵路既有線并行斜交框架橋的頂進施工提供參考。