斜交大跨度框架頂進(jìn)D 型便梁線路加固及頂進(jìn)技術(shù)

王金龍WANG Jin-long

（中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司，西安 710038）

1 工程概況及重點(diǎn)及難點(diǎn)

武深高速公路始興聯(lián)絡(luò)線下穿贛韶鐵路立交工程，下穿處為贛韶鐵路區(qū)間段，鐵路為單股道，電氣化鐵路，預(yù)留復(fù)線，復(fù)線線間距擬采用4.0m。下穿處贛韶鐵路里程為K105+044，框架橋中線與鐵路中線斜交61°，框架橋主線中心樁號(hào)為K27+757.65。設(shè)計(jì)采用2-13.75m×6.8m 的框架橋作為道路下穿鐵路通道，單個(gè)框架結(jié)構(gòu)外部尺寸為15.75m×9.1m，框架長(zhǎng)24.0m，左右幅框架凈距0.2m，框架頂面距離既有軌道的軌面約1.9m，采用頂進(jìn)法施工。

2 線路加固方案及防護(hù)措施

兩個(gè)框架橫向尺寸（即跨度）大，且與鐵路中線斜交61°，框架外緣在鐵路線路方向的投影寬度達(dá)36.244m。大跨度線路加固技術(shù)難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。且贛韶鐵路運(yùn)營(yíng)繁忙，施工封鎖要點(diǎn)困難，要求線路加固、框架頂進(jìn)等的施做盡量減少對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)的干擾，即線路加固及框架頂進(jìn)的施做盡可能不在天窗內(nèi)進(jìn)行，以降低封鎖要點(diǎn)次數(shù)及時(shí)長(zhǎng)。

經(jīng)對(duì)線路加固的各種材料及方案進(jìn)行綜合比選，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)及設(shè)計(jì)情況進(jìn)行方案的優(yōu)化及改進(jìn)。最終決定線路架空防護(hù)采用D 型施工便梁，所采用的施工便梁系工廠制造的定型產(chǎn)品，以確保質(zhì)量。并根據(jù)施工流程的安排，線路加固及框架頂進(jìn)分兩階段進(jìn)行。

第一階段：先采用D 型施工便梁按D20 邊跨+D24 中跨+D12 邊跨對(duì)鐵路線路進(jìn)行加固，架空股道后在D24 中跨頂進(jìn)右幅框架橋，如圖1、圖2 所示。

圖2 第一階段線路加固平面圖

第二階段：待右幅框架頂進(jìn)就位后拆除右幅D20 邊跨和D24 中跨，再采用D12 邊跨+D24 邊跨架空股道后在D24 中跨頂進(jìn)左幅框架橋，如圖3、圖4 所示。

圖3 第二階段線路加固立面圖

圖4 第二階段線路加固平面圖

線路加固支墩設(shè)置：現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)為泥質(zhì)粉砂巖，根據(jù)地基承載能力及施工條件，設(shè)置10 根樁徑為1.8m，入土深度為8m 的挖孔樁作便梁支墩。第二階段的路線加固D24中跨的右側(cè)2 處支點(diǎn)需設(shè)立在已就位的右幅框架頂部，因框架頂板承載力不足，在右則框架內(nèi)設(shè)置臨時(shí)鋼支撐對(duì)支點(diǎn)處的框架頂板實(shí)施加固，鋼支撐由厚16mm 的端頭鋼板及φ1400×5mm 鋼管焊接而成，φ1400×5mm 鋼管管內(nèi)澆筑C20 素砼。支墩及鋼支撐結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 框架橋孔樁支墩及鋼支撐斷面圖

3 施工總體安排及施工步驟

在鐵路右側(cè)的工作坑內(nèi)預(yù)制框架，同時(shí)進(jìn)行支墩挖孔樁施工，先施工1#～8#人工挖孔樁，完成第一階段線路加固，然后頂進(jìn)右幅框架橋；再施工9#、10#人工挖孔樁并拆除5#～6#人工挖孔樁及D 型便梁，施工墊塊及鋼支撐，施做第二階段的線路加固，頂進(jìn)左幅框架橋。

4 線路加固及架空防護(hù)

4.1 施工前準(zhǔn)備

到鐵路部門辦理相關(guān)手續(xù)。并制訂詳細(xì)施工計(jì)劃，確保施工期間鐵路行車安全。在頂進(jìn)過程中進(jìn)行鐵路線路及地表沉降的監(jiān)控，中嚴(yán)格控制地表的沉降和隆起。

既有線施工安全遵照文件“鐵運(yùn)[2012]280 號(hào)及廣運(yùn)發(fā)[2018]105 號(hào)文”有關(guān)規(guī)定辦理。

4.2 挖孔樁支墩施工

支墩孔樁開挖前，在孔旁墩堆碼碴袋擋攔道碴，保護(hù)道床。線路每側(cè)5 根共設(shè)10 根孔樁，采取兩側(cè)孔樁交錯(cuò)開挖，以降低對(duì)既有線的影響。按路局有關(guān)規(guī)定，進(jìn)行既有線物理隔離防護(hù)，確保行車安全及施工人員安全。為了確保鐵路路基及孔壁的穩(wěn)定，孔樁每循環(huán)開挖深度控制在50cm，并隨時(shí)進(jìn)行護(hù)壁施做，護(hù)壁采用C20 鋼筋混凝土。鋼筋籠采用孔內(nèi)綁扎的形式，避免大型機(jī)械施工給既有線的運(yùn)營(yíng)帶來安全隱患?；炷猎诎韬险景韬?，攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸，導(dǎo)管法澆筑。

4.3 便梁組裝

便梁安裝為線路封鎖時(shí)間內(nèi)的作業(yè)項(xiàng)目，施工作業(yè)順序及技術(shù)如下：①軌枕間距調(diào)整：按施工便梁的橫梁安裝位置調(diào)整既有線的軌枕位置及間距（670mm）。即將軌枕調(diào)整至橫梁的中間空隙處。抽出多余軌枕。②橫梁插放：扒出橫梁穿插處的部分道碴，以便順利穿放橫梁，橫梁用定位角鋼進(jìn)行定位，安裝鋼軌扣件，并注意絕緣橡膠墊的安放。③縱梁安放：清除便梁的縱梁安裝處的道碴，采用軌道車進(jìn)行縱梁的吊裝，縱梁就位后，進(jìn)行牛腿、連接板等的安裝。此時(shí)，臨時(shí)松開鋼軌扣件，縱梁與橫梁聯(lián)結(jié)完成后再將鋼軌扣件固定。為了防止D 型施工便梁移動(dòng)，在支撐樁頂部預(yù)埋螺栓與便梁固定。④路線整修、養(yǎng)護(hù)：便梁安裝并檢查合格后，對(duì)道床進(jìn)行補(bǔ)碴并搗實(shí)，達(dá)到列車放行要求后解除封鎖，放行列車。

4.4 框架橋主體船頭坡及刃角設(shè)置

船頭坡：為避免框架頂進(jìn)過程出現(xiàn)端部扎頭的問題，在框架的頂進(jìn)前端施做船頭坡。

刃角：在框架的前端設(shè)置刃角，刃角能夠起到切土、擋護(hù)及導(dǎo)向功能。本項(xiàng)目在框架的兩側(cè)安設(shè)刃角，刃角采用角鋼與鋼板（10mm 厚）制作而成。在框架的前端兩側(cè)砼內(nèi)預(yù)埋螺栓以與刃角連接固定，兩刃角外緣寬度需相對(duì)框架寬度不能出現(xiàn)負(fù)差值，以避免增大頂進(jìn)阻力。

因框架為斜交頂進(jìn)，框架后端砼面與頂進(jìn)方向呈斜交。在框架橋后端增設(shè)C30 鋼筋砼楔形塊，楔形塊高1.2m，使砼承力面與頂力方向垂直。

5 頂力計(jì)算

5.1 框架橋設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算

單個(gè)框架橋?qū)挾葹?5.75m，高度為9.1m，截面尺寸見圖1 所示。

5.1.1 框架橋截面面積

S1=15.75×9.1-13.75×6.8+2×0.85×0.5/2+2×0.3×0.3/2=50.3m2

5.1.2 框架橋表面積及重量計(jì)算

框架橋頂面面積：S2=15.75×24=378.0m2

框架橋底面面積：S3=15.75×24=378.0m2

框架橋單側(cè)側(cè)面面積：S4=9.1×24=218.4m2

自重計(jì)算：框架橋長(zhǎng)24m，C30 鋼筋砼容重取26kN/m3，則有：G=26×24×50.3=31387.0kN

5.2 框架橋頂力計(jì)算

分析頂進(jìn)工況，可知，當(dāng)框架全部頂進(jìn)入土?xí)r，所需頂力為最大，采用下式計(jì)算頂力：

P=K[N1f1+（N1+N2）f2+Ef3+RA]

式中：P—最大頂力（kN）。

K—系數(shù)，采用1.2。

N1—框架橋頂上總荷載，由于線路采用便梁架空，線路、便梁及列車荷載均由支墩承擔(dān)，故框架橋頂上荷載為上覆路基土體及道碴，上覆路基及道碴作用在框架橋頂上的重量荷載經(jīng)計(jì)算為30.6kN/m2，則有N1=30.6×378=11566.8kN。

N2—框架橋自重，N2=31387.0kN

f1—框架橋頂表面與土體的摩阻系數(shù)，取0.2（為減阻，框架頂面設(shè)置—通長(zhǎng)鋼板）。

f2—框架橋底與底層土的摩阻系數(shù)，取0.75（為確保頂力足夠，取大值）。

E—框架橋兩側(cè)土壓力。

f3—箱體側(cè)面摩阻系數(shù)，取0.75。

R—刃腳正面阻力，取550kN/m2

A—刃腳正面積，50.3m2

框架橋完全入土后兩側(cè)土壓力計(jì)算：

框架橋兩側(cè)土壓力按庫侖壓力計(jì)算（墻后土取r=1.9t/m3，φ=35°，系數(shù)Ka 經(jīng)計(jì)算為0.27），框架橋頂上覆蓋層荷載換算成當(dāng)量土層高度為h1=30.6/19=1.61m。

則框架橋上部邊緣處受到的主動(dòng)土壓力：

P頂=γh1Ka=19×1.61×0.27=8.26kPa

框架橋下部邊緣處的主動(dòng)土壓力

P底=γ （h1+10.1）Ka =19 ×（1.61 +9.1）×0.27 =54.94kPa

平均主動(dòng)土壓力為：

P平=（P頂+P底）/2=（8.26+54.94）/2=31.6kPa

得框架橋兩側(cè)面承受的總主動(dòng)土壓力為：E=2×218.4×31.6=13802.88kN

則：P=1.2×（11566.8×0.2+（11566.8+31387）×0.75+13802.88×0.75+550×50.3）=87055kN。

根據(jù)千斤頂?shù)臋C(jī)械性能，配備26 臺(tái)500 噸穿心式臥式千斤頂，其最大頂力為：N=5000×26×0.7=91000kN＞87055kN，可滿足要求。

6 框架頂進(jìn)施工工藝及技術(shù)措施

6.1 安放頂鐵、頂柱

按頂進(jìn)行程配備足夠長(zhǎng)度的頂鐵及頂柱，且頂鐵、頂柱需有不同的長(zhǎng)度配置，以滿足填補(bǔ)不同長(zhǎng)度的空隙。

頂鐵、頂柱安裝軸線要順直，且與頂進(jìn)、千斤頂施力方向一致。頂柱接長(zhǎng)每到6m 時(shí)，設(shè)置1 道通長(zhǎng)橫梁，以確保受壓頂柱的彎曲穩(wěn)定，使頂力均勻傳送。

6.2 頂進(jìn)系統(tǒng)安裝

安裝時(shí)對(duì)設(shè)備、儀器進(jìn)行全面質(zhì)量檢查。合格后安裝頂進(jìn)系統(tǒng)，油泵、油箱安置在框架橋內(nèi)部邊側(cè)，隨頂進(jìn)時(shí)同時(shí)移動(dòng)。

6.3 挖土及出土

人工配合小型挖機(jī)、裝載機(jī)挖土。挖土進(jìn)尺不得超過30cm，并嚴(yán)禁出現(xiàn)超挖。開挖掌子面的寬度較框身外緣小10cm，使框架能夠保持切土頂進(jìn)，確保軸線控制?？蚣艿撞勘Ａ?～10cm 高的土體，使底部切土頂進(jìn)，避免框架扎頭。

6.4 拆除架空設(shè)施及線路恢復(fù)養(yǎng)護(hù)工作

頂進(jìn)框架至設(shè)計(jì)位置后，及時(shí)封鎖要點(diǎn)進(jìn)行D 型便梁線路加固結(jié)構(gòu)的拆除及線路恢復(fù)的施工。

7 結(jié)束語

本項(xiàng)目采取了以上D 型施工便梁兩階段加固既有鐵路，左右框架分幅頂進(jìn)的方案。該項(xiàng)目從開始便梁加固線路、完成左右2 幅框架頂進(jìn)至恢復(fù)線路正常通行僅用時(shí)17d。不僅安全、高質(zhì)量地完成了頂進(jìn)施工任務(wù)、得取了較好的經(jīng)濟(jì)效益，且有效縮短頂進(jìn)施工對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)干擾時(shí)間，保證了武深高速公路按時(shí)開通。