铁路框架桥顶进工程相关位移的测量与控制

陈达元 上海铁路局东华地铁公司

随着国民经济和社会的快速发展，地方交通道路与营运铁路的交叉与日俱增，为保证铁路运输安全，线路允许速度120 km/h的线路都进行了隔离封闭，新建公路与既有铁路交叉必须采用上跨或下穿的方案实施，因此铁路下穿顶进立交桥工程亦相应增多。合理组织实施框架桥顶进工程位移测量与控制是安全平稳、保质保量完成营业线施工的关键措施。本人结合近几年徐连地区几处采用D型低高度便梁（线路限速45 km/h）方案顶进框构桥工程实例做如下阐述。

1 D型便梁加固线路顶进框架桥基本顺序和位移测量控制关键点

施工基本顺序：测量放线→场地降水→顶进工作坑开挖→制作顶进滑板与后背梁→框架桥箱体预制→设置简易支墩、架设便梁→便梁支墩挖孔桩及系梁施工→架设便梁顶进箱体→线路回填、撤除便梁→恢复线路。

位移测控关键点：

①顶进工作基坑（围护桩、边坡）和路基本体变形测控。

②便梁梁端竖向位移、横向位移与便梁跨中竖向挠度、横向位移测控。

③线路轨道几何状态测控。

④立交桥箱体顶进期间中线与高程测控。

各项位移限值的设定标准见表1。

表1 位移限值的设定标准

2 位移的产生原因及测量方法、控制与调整措施

2.1 顶进工作基坑（围护桩、边坡）和路基本体变形

根据地质条件和挖土深度不同，设计一般采用桩基或放坡开挖相结合的方式，按照铁路营业线施工安全规定，基坑位移达到一定限值时视为边坡失稳，必须采取卸载、回填基坑、拉锚等抢险措施进行加固防护。为确保路基稳定和顶进基坑安全，基坑开挖前，在路肩及工作坑四周设置沉降观测桩，采用全站仪和水准仪在场地降水、基坑开挖、便梁架设期间进行沉降观测，并做好记录。观测频率根据不同时期应作相应调整，但每天不少于2次；基坑周围不得堆积材料、弃土等，以免影响基坑稳定；基坑开挖期间，应注意避免在该地段的进行大机稳定线路作业。

2.2 轨道几何尺寸变化

（1）线路轨道静态几何尺寸日常检查采用轨距尺、弦绳等工具，检查范围为便梁及便梁外各50 m线路。接车防护人员在每趟车通过前后应目视检查线路各1遍，线路检查人员按规定对责任地段每2 h对线路几何尺寸检查1次，随时做好记录。

（2）轨道几何尺寸超限的主要原因：道碴缺失、道床翻浆冒泥、路基下沉、扣件松动，无缝线路锁定轨温偏高。整治措施：在施工前对顶进施工范围及两端线路进行全面整修，扣件复拧，保证扣件压力；无缝线路区段对长轨条进行压力放散，调整锁定轨温；补充回填道碴，确保道床饱满密实；高温季节加强线路轨向、轨缝检查，必要时在桥面线路两端各50 m范围内从两端向中间对钢轨进行浇水降温，减少桥上钢轨温度应力。

2.3 便梁和便梁支墩

（1）便梁跨中位移观测采用弦绳和钢直尺进行，便梁梁端、便梁支墩采用全站仪及水准仪测量，观测次数每天不得低于2次，在便梁架设初期和线下土方开挖期间应适当增加观测次数，并做好测量记录。

（2）便梁跨中位移偏差的主要原因：便梁组装不规范，配件不齐；便梁超龄服役。改进措施：按标准组装便梁，牛腿与联结板的螺栓必须全部上紧，保证配件齐全有效；便梁架设完毕、桥下开挖土方前，水平斜拉杆必须安装到位并增设部分轨距拉杆加强便梁的整体性；便梁范围内尽量避免钢轨接头，减少列车通过时的冲击力；便梁使用过程中随时检查，上紧松动的扣件。

（3）便梁梁端竖向和横向位移：地基承载力不足或分离式支墩平面尺寸较小、支墩地基应力集中导致便梁架设初期支墩产生较大的沉降；列车通过时横向离心力作用产生横向位移。为了保证列车运行安全，在支墩顶面预埋横向限位角钢，防止横向位移；对支墩的动荷载和地基承载力进行检算，合理设置支墩的平面尺寸和埋置深度；便梁支座底面选择高强度钢板或硬木作垫座。

注意事项：每个支墩均应设置观测桩以观测便梁横向、纵向位移及支墩沉降，要重视相对支墩的不均匀沉降，以保证便梁工作状态完好。

2.4 框架桥箱体顶进

（1）为准确控制箱体顶进的方向和高程，在顶进工作坑后方30 m左右设置观测站，观测站设全站仪及水准仪，仪器中线方向与箱体设计中轴线平行，在框构顶板（或底板）四角及中线上用钢钉作标记，作为顶进高程和方向测量的观测点，箱体每前进一顶程，对箱体的轴线和高程进行观测，并做好记录，发现偏差及时通知顶进施工负责人采取措施纠正。

（2）产生偏差的原因：①箱体预留船头坡、滑板坡设置不合理，地基承载力不足，降水不到位、土体被水浸泡，顶进速度过慢。②顶镐应力不均、顶进设备安装偏差、土方超挖。调整措施：①根据地质情况将滑板顶面做成前高后低的仰坡，箱体底板前端设可调整箱体高低偏差的船头坡；挖土进尺及开挖面坡度根据土质情况和千斤顶的顶程确定，开挖坡面应平顺整齐，不得有反坡；顶进作业采取三班制连续施工。②顶铁安装应与顶力轴线一致并与横梁垂直；在顶进滑板浇筑的同时设置导向墩，保证箱体在脱离滑板前方向良好；挖土工作应与观测人员密切配合随时根据桥涵顶进方向和水平偏差采取超欠挖纠偏措施。

注意事项：顶进作业应将地下水位降至基底以下1.0 m进行，持续时间不得少于7天，地下水丰富地区尽量避开雨期施工；施工过程中随时观测既有线路和临近建筑物（房屋、供电、信号等设备）的状态变化，防止土方开挖和大面积降水引起线路、房屋、接触网立柱、信号杆件等设备基础下沉。

3 结束语

以上是铁路框架桥顶进施工位移测控工作的粗浅总结和分析，今后仍有以下事项值得我们进一步关注和探讨。

（1）路基沉降变形、围护桩变形位移限值必须经设计部门根据不同的地质条件、工程类别、行车条件并结合相关规范提出，不可千篇一律照搬规范条文，否则现场施工难以操作。

（2）D型施工便梁作为定型标准化构件，是目前顶进立交桥运用较为频繁的线路加固重要设备。便梁的跨中竖向挠度、横向位移安全值以及便梁的安全使用寿命如何确定，采用何种方法准确检测并鉴定便梁是否处于良好的工作状态仍然是一项课题。

（3）现行的位移测量方法大多采用简单仪器进行观测，采集到的数据具有局限性，不能体现被观测点位的三维空间变化，而且观测受地形的限制和天气、光线的影响，测量成果时效性差，且耗费大量的技术力量和劳动力。

（4）如果能够研发先进、完善的测量监控预报体系，辅以先进的设备 (例如GPS仪器等)，在现场测控点安装精密的感应装置，对应点位的位移信息能够即时反馈给项目有关人员，届时铁路顶进立交框架桥的施工管理水平将走上一个新的台阶。