下穿鐵路頂推框架橋施工技術研究與實踐探索

方鏡驊

中鐵一局集團有限公司 陜西 西安 710000

隨著城市交通需求的不斷增加，橋梁工程在各類交通建設項目中的地位日益凸顯。橋梁施工中經(jīng)常遇到的一個問題是需要在不影響現(xiàn)有交通，特別是鐵路交通的情況下進行施工。這就引出了下穿鐵路頂推框架橋施工技術的研究和應用[1]。頂推法是一種新型的施工方法，通過頂推設備將預制好的橋梁結構順序推出，既能保證現(xiàn)有鐵路交通的正常進行，又能滿足新橋的施工需求。然而，由于其施工過程復雜，對施工技術和設備的要求極高，因此，對下穿鐵路頂推框架橋施工技術進行深入研究，是橋梁施工領域的一個重要課題。

本工程位于貴陽花溪大道，新建道路分別與南西上、下行鐵路線斜交，與上行線交角為63.95°，與下行線交角為53.75°。南西上行線新建框架橋為4座，下行線新建框架橋為6座，框架均為獨立框架橋，采用頂推法施工。

本文根據(jù)項目實際施工對下穿鐵路頂推框架橋施工技術的原理及特點、具體施工步驟以及優(yōu)缺點進行詳細的探討，并提出相應的改進建議。目的是為了提高下穿鐵路頂推框架橋施工的效率和安全性，降低施工成本，同時為類似工程提供參考和借鑒。希望通過本文的研究，能夠推動下穿鐵路頂推框架橋施工技術的發(fā)展，促進橋梁施工技術的創(chuàng)新和進步[2]。

1 下穿鐵路頂推框架橋施工技術的原理及特點

在橋梁工程中，由于新建橋梁的位置常常需要穿越現(xiàn)有的鐵路，因此需在不影響鐵路正常運營的前提下進行施工。下穿鐵路的原理主要是通過預先施工好的隧道或者管道，在其下方進行施工，避免直接影響鐵路的正常運行。施工流程主要包括以下幾個步驟：

（1）樁基及D型便梁安裝施工：架空既有線路，保證線路正常運行。（2）開挖基坑施工：按照設計要求開挖基坑。（3）滑板及后背墻施工。（4）框架橋預制：按照正常工藝在線路外側預制框架橋。（5）頂推設備的安裝和調試：在預制部分施工完成后，需要進行頂推設備的安裝和調試。這包括液壓推桿、液壓油泵和控制系統(tǒng)等設備的安裝，以及設備性能的檢查和調試。（6）頂推作業(yè)：這是頂推框架橋施工的主要步驟，其中包括橋梁結構的頂推和位置調整，以及頂推過程的監(jiān)控和控制。（7）后續(xù)施工：這包括框架橋就位后的整體性檢查，以及線路恢復。

下穿鐵路頂推框架橋施工技術的應用，可以有效地解決鐵路和橋梁施工的空間沖突問題，使得橋梁施工在不影響鐵路正常運行的情況下進行，極大地提高了施工效率。同時，由于采用了預制的橋梁結構，也大大提高了橋梁施工的質量和安全性。

2 線路加固

為確保在框架頂進施工過程中不中斷鐵路運輸，在框架頂進穿越鐵路時需將軌道架空加固，鐵路列車限速通過。待最后一根支墩樁砼澆注完達到設計強度后，開始架設D型便梁，架設D型便梁的過程中，嚴格按照審批施工慢行及封鎖計劃請點。本工程主要采用D24、D16、D8 型便梁組合加固線路。

線路架空施工順序：測量放線→內側D型便梁就位→橫梁就位→外側D型便梁就位→固定鋼軌→線路調整。

（1）D型便梁就位

按計劃請點封鎖線路，將線路需架設D型便梁段道碴刨除，縱梁利用油頂、起道機等機械設備就位并支撐加固；D型便梁梁先放倒平放，其頂面底于枕木底面0.2m以上，以便抽換枕木，待墊穩(wěn)撐牢后，安裝聯(lián)結板及牛腿。

（2）抽換鋼筋砼枕

根據(jù)計劃每天請點封鎖線路，分作業(yè)組安裝橫粱并回填道碴搗實，安裝橫粱的位置應與軌枕位置一致,所以事先應將軌枕間距適當調整。由D型便梁兩端向中心排列抽換，抽一根軌枕，塞一根橫梁，在鋼軌下墊大塊絕緣橡膠板，防止軌道電路短路，影響信號和行車。塞入橫粱時要對準左側縱粱聯(lián)結板并定位，同時墊好橡膠軌墊，上好聯(lián)結緊固件。

（3）將D型便梁立起升高就位，并聯(lián)結全部橫梁。

（4）利用列車間隔逐段扒除道碴，安裝斜桿和所有聯(lián)結部件。

（5）限位措施

測定D型便梁放置位置，樁基澆注時預埋PVC管，待D型便梁安裝就位后，采用1.0m鋼軌插入預埋孔中，以防止D型便梁移動。

（6）D型梁監(jiān)控與養(yǎng)護

D型梁安裝架設完成至框架涵頂進就位、拆除線路加固防護設施恢復線路前，線路加固防護范圍必須設專人監(jiān)控與養(yǎng)護。D型便梁安設完畢后每天均需全部對扣件進行檢查、加固，并將相關整治記錄填寫在施工記錄本中。

3 下穿鐵路頂推框架橋施工

3.1 基坑開挖

按工程設計確定工作坑的尺寸，進行施工放樣，定出工作坑的位置，基坑開挖應避開雨季，并做好地表排水工作，防止雨水浸泡基坑。按順序分層次開挖，并預留30cm厚土層人工開挖，以免擾動基底土。工作坑基底應平整夯實，要注意對基底土質進行強度分析，保證基底具有足夠的承載力，否則須進行換填加固處理。

3.2 滑板及后背墻施工

滑板和后背墻是頂推框架橋施工過程中的關鍵組成部分，對于保證整個施工過程的順利進行具有重要意義。以下是滑板及后背墻施工的主要步驟和注意事項：

（1）滑板施工

a. 滑板澆筑：為減小頂推阻力，使框架涵頂進順利啟動，要求滑板頂面具有較高的平整度，如滑板砼澆筑存在局部不平處，應再用2cm素M10水泥砂漿抹面整平處理。

b. 潤滑隔離層施作：滑板潤滑隔離層由涂機油兩次+鋪塑料薄膜一層+滑石粉組成。首先將涂機油兩次攪拌均勻后，噴灑在滑板頂面，厚度約3mm，隨即用木板刮平。鋪上一層塑料薄膜，薄膜接縫處用塑料膠帶粘接使之成為整體，接縫壓茬20cm并使接茬口朝路基方向。為使?jié)櫥綦x層在箱涵預制時免遭破壞，最后面層應撒滑石粉。

（2）后背墻施工

后背墻作為箱體頂進工作重要環(huán)節(jié)，后背墻埋深在工作頂進框架底以下。后背梁施工包括修整土底模、鋼筋加工綁扎、側模制作安裝、砼攪拌、運輸、澆筑、振搗、養(yǎng)護等整套常規(guī)鋼筋砼工程的施工工藝。

3.3 頂推油泵選型及現(xiàn)場布置

頂推油泵作為頂推框架橋施工中的重要設備，其性能直接影響到頂推作業(yè)的效率和安全性。以下是頂推油泵選型及現(xiàn)場布置的主要內容：

（1）頂推油泵選型

推油泵的選型涉及到很多因素，包括頂推力、頂推速度、油泵效率、系統(tǒng)壓力等。以下是一個大概的計算過程：確定頂推力：頂推力的確定主要依據(jù)工程的實際需求和設計要求。頂推力的大小直接決定了頂推油泵的工作壓力和流量。確定頂推速度：頂推速度是指框架橋在頂推過程中的移動速度，它直接影響了頂推油泵的流量。具體的頂推速度應根據(jù)工程的實際要求和設計要求確定[3]。確定油泵效率：油泵效率是指油泵的有效功率與輸入功率之比。一般來說，油泵效率與油泵的類型、工作壓力、流量等因素有關，可以根據(jù)油泵的廠家提供的性能參數(shù)確定。確定系統(tǒng)壓力：系統(tǒng)壓力是指頂推系統(tǒng)在工作過程中的壓力，它直接影響了頂推油泵的工作壓力和流量。具體的系統(tǒng)壓力應根據(jù)工程的實際要求和設計要求確定。確定油泵類型：頂推油泵的類型主要有齒輪泵、葉片泵、柱塞泵等，不同類型的油泵其性能特點和應用范圍各不相同，應根據(jù)工程的實際需求和設計要求選擇合適的油泵類型。一旦以上參數(shù)確定，就可以使用以下公式來計算所需的油泵流量：

Q = F / (ρ·η·v)

其中：

Q 是油泵的流量，單位為立方米/秒（m3/s）或立方米/小時（m3/h）；

F 是頂推力，單位為牛頓（N）；

ρ 是液壓油的密度，單位為千克/立方米（kg/m3）；

η 是油泵的效率，為無量綱數(shù)值；

v 是頂推速度，單位為米/秒（m/s）。

然后，可以使用以下公式來計算所需的油法工作壓力：

P = F / A

其中：

P 是油泵的工作壓力，單位為帕斯卡（Pa）；

F 是頂推力，單位為牛頓（N）；

A 是頂推活塞的有效面積，單位為平方米（m2）。

通過以上計算，可以確定頂推油泵的基本參數(shù)，然后根據(jù)這些參數(shù)選擇合適的油泵。以上分析只是一種通用的方法，并不適用于所有情況。實際上，選型的過程可能需要考慮更多的因素，例如油泵的可靠性、耐用性、維護的便利性等。因此，在進行選型時，應當綜合考慮各種因素，并根據(jù)實際工程需求和條件進行適當?shù)恼{整。

在選擇頂推油泵時，需要考慮以下幾個方面的因素：

a. 推力需求：根據(jù)框架橋的重量和施工條件計算出所需的推力，以此為依據(jù)選擇油泵的型號和規(guī)格。

b. 油泵性能：應選擇性能穩(wěn)定、壽命長、維護方便的油泵。同時，油泵的工作壓力和流量應能滿足施工需求。

c. 品牌和服務：在滿足性能需求的前提下，應優(yōu)先選擇知名品牌和良好售后服務的產(chǎn)品。

（2）頂推油泵現(xiàn)場布置

頂推油泵的現(xiàn)場布置應滿足施工和安全需要：

a. 布置位置：油泵應布置在離頂推作業(yè)現(xiàn)場較近但又不影響作業(yè)的位置，便于操作和維護。油泵布置以涵身中心線為軸對稱設置，放在涵身底板尾部，與頂鐵設置方向相同并保證垂直于涵身底板后緣和分配橫梁。

b. 保護設施：周圍應設置防護設施，防止油泵受到撞擊和外界物體的侵入。

c. 連接管線：油泵與頂推設備之間的油管應采用高壓耐磨管，并安排在不影響施工和交通的位置。

總的來說，頂推油泵選型及現(xiàn)場布置是影響下穿鐵路頂推框架橋施工效率和安全的重要環(huán)節(jié)，應根據(jù)具體情況綜合考慮，確保施工順利進行。

3.4 框架橋頂推施工

在完成框架橋預制、滑板及后背墻施工之后，接下來就是進行頂推作業(yè)。以下是頂推作業(yè)的主要步驟：

（1）檢查作業(yè)前準備：在開始頂推作業(yè)前，需要對設備進行全面檢查，確保所有的部件都正常工作，無任何損壞或磨損。另外，還需要檢查油泵和油管的連接情況，確保無漏油現(xiàn)象。

（2）頂鐵接換：頂鐵安放必須保持與框架涵頂進軸線順直一致，與分配橫梁垂直，每列頂鐵要與千斤頂成一直線，各列頂鐵長度應一致。按頂進長度隨時更換或填補不同規(guī)格的頂鐵，為了保證頂鐵的受壓穩(wěn)定，避免發(fā)生崩鐵事故，頂鐵之間使用螺栓連接，并每隔6m設置一道分配橫梁作聯(lián)系梁使用，使傳力均勻及橫向穩(wěn)定。頂進時應注意觀察頂鐵受力情況，防止崩出傷人。

（3）頂推操作：開啟頂推油泵，使其產(chǎn)生推力，驅動頂推裝置將框架橋推向預定的位置。在頂推過程中，需要時刻監(jiān)控頂推力的大小，以避免超出設計范圍，導致設備損壞或施工安全事故。

（4）監(jiān)控頂推過程：在頂推過程中，應實時監(jiān)控框架橋的位移、速度和加速度等參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)并處理可能出現(xiàn)的問題。為準確測量和掌握涵身頂進的方向和高程，應在頂進的后方設置觀測站，及時觀測。觀測站的設置應離后背一定距離，以免后背變形而影響觀測儀器的穩(wěn)定。觀測站設經(jīng)緯儀及水平儀各一臺，一般需要設兩個縱向觀測站。在框架涵的頂板四個角上粘貼水平及方向標尺，用于頂進中的高程測量和方向偏差的觀測。在頂進過程中，框架涵每前進一頂程，即應對框架涵的軸線和高程進行觀測。并要詳細做好記錄，如發(fā)現(xiàn)偏差應及時通知頂進指揮人員采取措施，糾正偏差。施測過程，對水準基點及標尺等要經(jīng)常檢查，核對位置，如有變位或過大誤差時要及時校正。為避免洞內施工對觀測工作的干擾，在布置標尺的位置時，應使其位置能保證通視。如遇到地基條件變差、抗滑力增大等情況，應及時調整頂推力，以保證施工的順利進行。

（5）頂進糾偏：頂進全過程應加強對框架涵中心線、頂進方向及高程的測量監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)超出允許范圍的誤差必須立即修正?？蚣芎斶M就位后應確保中線誤差不得大于20cm，高程誤差不得大于頂程的1%，偏高不得超過15cm，偏低不得超過20cm。當發(fā)生方向偏差時，可充分利用方向墩設專人加換左右兩側與方向墩間的鐵板，每一頂程調整一次，必要時可縮短頂程。框架涵方向左右偏差的調整可使用增減一側頂進千斤頂?shù)捻斄Φ姆椒?，即開或關一側千斤頂閥門，增加或減少千斤頂頂力數(shù)。如向左偏，即關閉減少右側千斤頂，如向右偏則反之。

（6）頂推結束：當框架橋推到預定位置后，停止頂推油泵，完成頂推作業(yè)。然后，對框架橋進行詳細檢查，確認無任何問題后，開始下一階段的施工。

頂推作業(yè)是下穿鐵路頂推框架橋施工中的關鍵環(huán)節(jié)，其操作的正確與否直接影響到施工的效率和安全。因此，進行頂推作業(yè)時，必須嚴格按照施工規(guī)范和操作指南進行，確保施工的順利進行和施工質量的穩(wěn)定。

4 下穿鐵路頂推框架橋施工技術的優(yōu)缺點及改進建議

4.1 優(yōu)點分析

下穿鐵路頂推框架橋施工技術具有多種優(yōu)點。首先，它對鐵路交通的影響較小，基本不會對鐵路運營產(chǎn)生較大干擾。其次，由于采用了頂推技術，可以在鐵路上方進行施工，不需要進行大量的土方開挖工作，從而降低了施工難度和施工成本。再次，該技術具有良好的安全性，可以有效避免傳統(tǒng)施工方法中可能出現(xiàn)的地基坍塌等安全問題。

4.2 缺點分析

盡管下穿鐵路頂推框架橋施工技術具有多種優(yōu)點，但也存在一些缺點。最主要的是，這種施工方法對施工設備的要求較高，需要專門的頂推設備和專業(yè)的操作人員，這在一定程度上提高了施工成本。此外，頂推施工過程中可能出現(xiàn)的問題如頂推力過大、速度控制不當?shù)?，也可能對框架橋的結構安全產(chǎn)生影響。

4.3 改進建議

針對上述缺點，提出以下幾點改進建議：首先，應加強施工設備的研發(fā)和更新，提高設備的性能，降低施工成本。其次，應加強施工人員的培訓，提高他們的操作技能和安全意識。最后，應進一步完善頂推施工的相關規(guī)范和標準，對頂推力、速度等關鍵參數(shù)進行更嚴格的控制，以確保施工的安全和效率[4]。

總的來說，下穿鐵路頂推框架橋施工技術是一種具有廣闊應用前景的施工方法，但在實際應用中也需要不斷的探索和完善，以克服其存在的問題，充分發(fā)揮其優(yōu)點。

5 結論

本文通過對下穿鐵路頂推框架橋施工技術的研究與實踐探索，介紹了該技術在實際工程中的應用及其優(yōu)缺點。針對施工過程中可能出現(xiàn)的問題，本文提出了一系列的解決方案，包括支撐系統(tǒng)的設計、油泵選型和現(xiàn)場布置等。通過對該技術的分析和改進，可以更好地推進相關工程的施工。