頂進框架橋下穿既有鐵路施工技術分析

王月

摘要 文章以葉赤鐵路擴能改造工程K37+293雙孔12 m頂進框架橋為依托，闡述了框架橋的頂進施工技術，對頂進施工準備、頂進過程與頂進質(zhì)量控制措施等進行了詳細介紹。該橋采用大開挖頂進法，在整個施工過程中，既要確保鐵路線路的安全，也要保障框架橋工程的施工質(zhì)量。實踐證明，這一工法行之有效，技術可實施性強，為工程順利推進奠定了基礎，也為以后的同類工程提供了參考。

關鍵詞 框架橋；頂進技術；下穿鐵路；質(zhì)量控制

中圖分類號 U445.462文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）03-0034-04

0 引言

在以往的鐵路建設中，由于受場地設計因素的制約，使得一些公路與鐵路出現(xiàn)了平交道口，隨著鐵路運輸事業(yè)的發(fā)展，平交路口存在的交通安全隱患這一問題也凸顯出來，且影響通行效率。要解決這一問題，需將平交改為立交，即采用預制箱體頂進施工法下穿鐵路，在不影響既有鐵路正常運營的情況下進行施工。

1 工程概況

K37+293頂進框架橋位于內(nèi)蒙古自治區(qū)寧城縣天義鎮(zhèn)境內(nèi)，既有道口里程為K37+220，該次改造將原道口K37+220平交道口封閉，在K37+293處新建2孔12 m頂進框構橋。頂進框構橋共下穿3條股道，下穿葉赤線及2條鑄件專用線，結構全跨度（鐵路方向）為26.7 m，凈寬24 m，凈高4.5 m，該框架橋中心線與葉赤鐵路交角為90 °，頂進工作坑設置在鐵路東北側，由東北向西南頂進施工。如圖1所示。

K37+293框架橋采用大開挖頂進法，即在鐵路線路一側設置工作坑，在其底板上預制好框架涵身及后背，然后用千斤頂作用于后背頂推箱身前進，隨挖隨頂，將箱身頂?shù)筋A定位置。

2 框架橋頂進施工技術

2.1 框架橋頂進前準備工作

K37+293頂進框架橋主體結構已提前完成預制，由安質(zhì)部負責對施工人員進行安全教育與安全技術交底，做好各項記錄，并與供電段、電務段、工務段等設備管理單位做好現(xiàn)場對接，對需要遷改及防護的管線進行現(xiàn)場確認，并對遷改方案達成統(tǒng)一意見。

2.1.1 勞動力、機械設備及應急物資的準備

頂進前項目部召集所有參建人員，進行統(tǒng)籌安排，人員、機械設備、車輛、觀測儀器等是否滿足施工需要，施工用電及其線路檢查、應急物資是否到位，將責任落實到人。

2.1.2 頂進設備的檢查

電源電壓是否符合要求、插頭和電纜是否有破損、開關和保險裝置是否正常；高壓油泵、千斤頂?shù)葔毫嶒炇欠窈细?、壓力能否達到規(guī)定標準、油管和油嘴是否漏油、控制閥門是否靈活、油箱油位是否充足；頂鐵的型號、長度及數(shù)量的配置是否滿足施工要求[1]。

2.1.3 觀測點設置

觀測點設置在后背墻的受力影響范圍之外，同時配置防雨照明設施。在箱體頂板前、后端各設三個水平觀測點，用于測量框架涵高程和水平偏差，在箱體前后端頂板立面上畫出中線點和標尺，用于測量方向偏差[2]。如圖2所示。

2.1.4 啟動試頂

試頂工作一般以頂動框架涵移動0.3 m左右為宜，試頂時，頂力最好控制在橋涵自重的0.4～0.8倍左右，但剛開始需慢慢加壓，每個階段加壓后等待5 min，然后檢查設備、滑板、后背墻、涵體等部位是否正常，正常后再繼續(xù)加壓，直到框架涵開始移動為止，試頂完成后，需全面檢查設備和結構，沒問題后再進行頂進作業(yè)。

2.2 施工流程

下達封鎖命令—拆除鋼軌、灰枕—土方開挖、外運—涵身頂進施工—涵身兩側回填級配碎石—恢復線路—其他附屬工程。

2.2.1 封鎖命令下達及斷軌

封鎖命令下達后，按照鐵路部門的技術規(guī)范要求，先斷軌，拆掉連接鋼軌的扣件，然后把鋼軌、灰枕移走，斷軌完成后，立即對路基進行開挖，同時頂進施工隊也開展頂進的相關工作。

2.2.2 土方開挖

（1）線路開挖前，對施工區(qū)域內(nèi)探明的各種管線進行遷改，對不能遷改的按照設備管理單位要求進行架設，做好防護工作后開始施工。

（2）技術人員根據(jù)工作坑及框架涵尺寸測量開挖線，用白灰做好標記，并在開挖線外側1.5 m處安裝鋼管臨邊防護，高度1.2 m，間距3 m，豎桿長2 m，打入地面下0.8 m，采用扣件連接，欄桿搭設要穩(wěn)固、牢靠，欄桿外側用密目網(wǎng)封閉。

框架涵的頂進速度主要受挖土和運土效率的影響，因此，挖掘作業(yè)要使用機械化設備，比如挖掘機、裝載機等，工人協(xié)助機械進行挖掘和裝載出土，自卸汽車運輸土方，機械化作業(yè)配合人工，提高了整個頂進的速度。

開挖頂進前方的土方時，設計標高300 mm內(nèi)由人工清挖，禁止超挖。

由于受地理條件限制，在封鎖命令下達后，施工前期使用兩臺挖掘機從線路西南側進行土方挖掘作業(yè)，配合運輸車將挖出的土方運離現(xiàn)場。待后期隨著工作面的擴大，配備4臺挖掘機同時開挖，加快施工進度。

挖方出土后，測量開挖的底平面，嚴禁進尺超挖和底平面土方欠挖。每班開挖進尺約0.5 m，堅持“短進尺，快開挖，勤頂進”的原則，并控制開挖土方數(shù)量，防止路基出現(xiàn)塌方等災害。土方開挖現(xiàn)場如圖3所示。

2.2.3 框架橋正式頂進施工

該框架橋自重約11 344 t，根據(jù)設計圖紙顯示：框架橋最大頂力61 613.658 kN，設計頂程42.95 m，頂進挖土約7 364 m3，共用時間43 h進行頂進施工，后背采用漿砌片石后背墻及鋼筋混凝土后背梁。

（1）頂進后背。頂進后背由M10漿砌片石后背墻、鋼筋混凝土后背梁、后背鋼板（Q235鋼板、厚20 mm）、后背自然土四部分組成，并在后背墻頂部放置砂袋反壓回填。漿砌片石后背墻長28.7 m，寬4 m，高4 m，后背梁采用C25鋼筋混凝土澆筑，長28.7 m，寬1.2 m，高2 m，并在后背梁靠近框架身側預埋Q235鋼板，為保證后背整體受力，將后背梁與滑板鋼筋相互連接，使之連接為一個整體，后背梁深入地下0.8 m，外露1.2 m，后背梁、后背墻在框架橋頂進就位后拆除。

（2）頂進設備布置、安裝及調(diào)試。頂進施工設備一般由兩部分組成：一是動力部分，包括千斤頂、高壓油泵、高壓油管、高壓閥門等；二是傳力部分，包括后背、傳力柱、橫梁等[3]。

根據(jù)設計圖紙?zhí)峁┑淖畲箜斄Υ_定頂進設備，并備用千斤頂。已知框架最大頂力為61 613.658 kN，采用500 t液壓千斤頂。需要配備的千斤頂?shù)呐_數(shù)為N=Pmax/（nt）=61 613.568÷（500×9.8×0.7）≈18（臺）。為了保證順利施工，備用2臺設備，故該框架橋共需千斤頂20臺。

頂進設備以框架涵中心線為軸線，兩側各布置9臺千斤頂，如圖4所示。

（3）頂進施工。頂進施工分為兩個階段進行，第一階段為線路外側滑板到路基刷坡坡腳位置的空頂階段，第二階段為既有線鐵路下方“吃土”頂進階段。

當箱身在工作底板上未到達路基坡腳位置時（空頂階段），頂進程序如圖5所示。

當箱身與路基接觸后（破土頂進），頂進程序如圖6所示。

頂進時啟動液壓站，向油缸提供高壓液壓油，液壓油進入千斤頂液壓缸，推動活塞桿向前移動，使千斤頂受到液壓產(chǎn)生頂力，推動框架不斷前進，頂程通常為800 mm?？蚣軜蚯斑M后，液壓油倒流，千斤頂活塞回收，并安裝頂鐵，然后進行下次頂進，重復上述步驟，直至框架橋體就位。如圖7所示。

當土方開挖接近框架涵底面時，應預留開挖面高于涵體底面5～10 cm，如土質(zhì)較為松散，則應提高開挖底面的高度，涵體兩側應采用垂直開挖的方式，開挖形成的坡面應平整齊全，不可出現(xiàn)逆坡。涵體兩側應有一定程度的欠挖，欠挖的原則是保證兩側切入原有土層至少10 cm，以使框架涵能夠頂進切入兩側土層。

（4）測量觀測。頂進測量是頂進施工中的重要環(huán)節(jié)，直接關系到頂進施工的成敗，整個頂進施工過程中，測量信息傳遞要準確、及時、快速。頂進過程中要對頂進的時間、距離、頂力、油表的讀數(shù)，千斤頂開動的數(shù)量、高程、中線等進行記錄，為下一次挖土頂進時采取糾偏的措施提供依據(jù)[4]。

頂進期間測量觀測分為白班和晚班2組，兩班交接時，對相關的測量數(shù)據(jù)及頂進施工情況，要進行詳細的記錄，形成書面資料。

（5）頂鐵的安裝、調(diào)換及橫梁安裝：頂鐵采用4根舊鋼軌焊接而成，兩端焊接厚20 mm的鋼板，其長度規(guī)格有：20 cm、25 cm、30 cm、40 cm。該項目采用的傳立柱也是由舊鋼軌和鋼板組焊而成，其長度規(guī)格有：4 m、1.5 m、1 m、0.8 m、0.5 m。當頂程大于4 m時，要用長立柱更換短頂鐵，同時，在傳立柱前端安裝橫聯(lián)梁，為防止頂鐵接長以后產(chǎn)生向上拱起，可以采用加壓砂袋或土方的方式進行加固。

2.2.4 框架橋兩側回填級配碎石

頂進過程中框架橋兩側少量吃土頂進，頂進完成后兩側若有空隙采用回填級配碎石，并在框架橋兩側12 m范圍內(nèi)進行壓漿處理，對于頂進過程中路基出現(xiàn)的空隙進行封堵，以提高承載力，使其更加堅固。

2.2.5 線路恢復

線路恢復時先回填底砟，采用人工配合機械的方式進行攤鋪，壓路機碾壓，保證底砟的攤鋪厚度。同時，在線路后方按照設計要求，由人工配合機械組裝軌排，軌排鋪設到位后，鋪設面砟，并用搗固機進行搗固，搗固完成后進行鋼軌焊接，鋼軌焊接完畢，測試合格后，再次進行搗固。

線路恢復完畢后，安排專人對線路內(nèi)施工遺留的雜物全部清理干凈，經(jīng)設備管理單位驗收合格后，方可開通線路。

2.2.6 其他附屬

框架橋頂進到位后，施工橋上欄桿、電纜槽、框架橋排水設施，安設擋碴塊和擋碴網(wǎng)等附屬工程。

3 頂進質(zhì)量控制措施

框架涵頂進時，涵身的高程和軸線方向容易出現(xiàn)偏差，在頂進過程中要特別注意，一旦發(fā)現(xiàn)問題應立即糾正，確保其符合規(guī)范要求。

3.1 頂進軸線糾偏方法

（1）可以通過調(diào)整涵身兩側千斤頂?shù)臄?shù)量，改變其頂力的大小來達到糾偏的目的，但是不可一步糾正到位。

（2）當涵身斜度較小時，可通過調(diào)整軸線兩側的油壓來達到糾偏的目的。

（3）通過涵身兩側土體的超、欠挖來進行糾偏，例如，當土體偏向左側時，多挖左側土方，減小左側的阻力可達到糾偏的目的[5]。

3.2 頂進高程糾偏方法

（1）當涵身高程偏高的時候，可在底板前方超挖些土方，使其涵身逐漸調(diào)整歸位；當因挖土寬度不夠，或側板切落土方較多而造成底部切土量過大，抬高涵身時，應按斷面挖土到位，減小側板切土土方量，及時清除塌落的土方。

（2）當涵身高程偏低的時候，頂進過程中產(chǎn)生扎頭現(xiàn)象，可通過增大側板的切土方量，并加大墻體附近船頭坡的吃土量，以達到糾偏的目的，也可通過在底板前澆筑速凝混凝土或者換鋪碎石、混凝土碎塊等進行糾偏。

4 結語

框架橋頂進施工是當前鐵路改造常用的施工技術，尤其適用于既有鐵路線的改造，該文對葉赤鐵路擴能改造工程k37+293雙孔12 m頂進框架橋工程施工頂進技術進行了研究，通過科學合理地運用頂進技術，既保證了既有線路的正常運行，又有效解決了既有線路和地方線路的交叉問題，并最大限度地降低了對鐵路運輸?shù)挠绊憽?/p>

參考文獻

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[2]賈立宇. 框架橋頂進施工技術研究[J]. 工程建設與設計， 2022（10）： 174-176.

[3]徐斌， 李若銘. 下穿既有鐵路框構橋頂進施工技術研究[J]. 黑龍江交通科技， 2022（4）： 105-107.

[4]劉振彪. 淺析既有鐵路線頂進箱涵施工技術[J]. 中國高新科技， 2021（19）： 34-35.

[5]高東坡. 軟弱地層框構橋頂進施工技術要點分析[J]. 交通世界， 2021（35）： 90-91.