斜交框构桥顶进施工技术

张先锋，张景平

(1.聊城三山公路工程监理有限公司，山东聊城 252000；2.东阿公路管理局，山东聊城252200)

1 工程概况

国道105线聊城段下穿邯济铁路，立交桥为105国道穿邯济铁路而设，公路与铁路均为直线，交叉法向角为21.73°，该桥为8.62 m+17.23 m+8.62 m三孔钢筋混凝土框架结构，净跨为8.0 m+16.0 m+8.0 m，快车道净高为5.2 m，慢车道净高为3.5 m。框架结构主体全高7.9 m，边中墙0.9 m，顶、底板厚均为1.1 m，框构桥外沿底宽38.07 m。

铁路荷载采用：中-活载；

公路荷载采用：公路-Ⅰ级。

该桥基底设计压应力为200 kPa，基底容许承载力120 kPa，设计采用框构桥内静力压桩加固地基。由于框构桥外沿底宽较大，顶进过程中包括压桩、埋设排水管道施工，开挖面暴露时间较长，需采取铁路线路架空加固措施，保证铁路运输和工程施工安全。

2 施工技术与控制技术

框构桥顶进施工主要按线路加固、框构桥顶进、框构桥内压桩、埋设排水管、拆除线路加固设施的顺序进行，工作的难点和重点为线路加固和框构桥顶进施工。框构桥预制在线路北侧，考虑框构桥预制需跨雨季施工，工作坑靠线路一侧按1：1.7的坡度进行开挖。为保证框构桥顶进施工作业时列车运行安全和施工安全，同时也保证顶进施工质量，采取必要的铁路线路加固及框构桥顶进的技术措施。

2.1 顶进后背及滑板工程

框构桥顶进施工中选用钢板桩、钢轨桩和砌石挡土墙后背。该工程采用单排钢轨桩后背。钢轨桩后横向满排双层枕木，钢轨桩前设C30钢筋混凝土后背梁，以增加后背整体性和分配顶力。后背填土采用三七灰土，机械夯实。

滑板又称工作坑底板。该工程所在地，由于地质情况较差，工作坑底板基底采取换填50 cm砂夹碎石垫层，滑板采用混凝土浇筑而成，板厚20 cm。板下设置数道混凝土地锚梁，以增加滑板抗滑力，避免框构桥顶进时，滑板滑移。工作坑内顺顶进方向设置排水沟和集水井，排除坑内积水。沿工作坑两侧及铁路路基两侧布置多口直径40 cm大口井抽排地下水，将地下水降至工作坑底板下1.0 m。

滑板浇筑完毕后在其上设置润滑层：将石蜡和机油按一定比例混合加热后，均匀涂抹至滑板顶面，石蜡上铺设塑料薄膜，薄膜搭接顺顶进方向，并不小于20 cm。为避免滑板上焊接钢筋烧伤薄膜，在薄膜上抹一层2 cm厚的砂浆保护层，滑板表面要平整并压光，以利于框构桥顶进时顺利起动。

2.2 线路加固

2.2.1 线路加固方案

下穿铁路框构桥顶进施工，对铁路线路的加固卸载常用两种方法。一是采用施工便梁架空线路；二是采用纵横抬梁法加固线路。前者稳定性好，受力情况明确，列车通过时线路方向、轨距、水平状态保持较好，但受施工便梁跨距限制(现在国内施工便梁最大跨距为24 m)，无法用于大跨度框构桥顶进时的线路架空；后者虽不受跨距限制，但稳定性较差，受力情况复杂，列车通过时线路方向、轨距、水平状态较差，一般情况下要求列车限速35 km/h运行。

由于该桥全长36.3 m，无法采用施工便梁架空线路，同时该桥桥体顶进施工中须进行静力压桩加固地基，顶进作业周期长，顶进开挖面易坍塌，采用纵横抬梁法不易保证线路稳定。

针对该工程实际情况，该桥顶进施工采用一种全新的铁路线路加固方法——纵横梁加固法。此法采用长15.75 mⅠ100工字钢作为纵梁，纵梁沿桥长连续布置4组，每组纵梁采用两榀Ⅰ100工字钢布置于线路两侧。每组纵梁两端设置直径1.5m钢筋混凝土挖孔桩支点，横梁采用Ⅰ40工字钢，其一端用U型螺栓于纵梁相连，另一端置于已预制好的框构桥顶板上(见图1)。桥体顶进前，将线路荷载由横梁全部转移至纵梁上，铁路路基处于卸载状态。框构桥顶进过程中逐排拆除纵梁钢筋混凝土挖孔桩支点。框构桥顶进到位后，拆除纵梁，恢复线路。顶进施工中列车在该施工点限速45 km/h。

图1 纵横梁加固结顶进施工示意图

2.2.2 施工前的准备

在线路两侧施工纵梁支撑桩，支撑桩为直径1.5 m钢筋混凝土桩，采用人工挖孔。支撑桩位置根据纵梁长度及加固线路长度确定，距线路距离不得侵入铁路限界，设计桩长根据承载力计算确定。

线路架空前先将线路轨枕按75 cm间距抽换成钢筋混凝土桥枕，每2.5 m增加一根轨距拉杆以控制轨距，同时安装护轮轨。为加强架空设备的整体稳定性，在Ⅰ100工字梁两端分别增设一辅助枕木跺，尺寸不小于2.5 m×2.5 m×0.6 m。

2.2.3 线路加固

线路加固的范围应不小于框构桥外轮廓宽度和框构桥两端加固长度之和，框构桥两端的加固长度按照框构桥底身外不小于1：1坡度计算。该桥线路加固长度63 m。

线路加固施工时，首先将纵梁吊放置已施工完毕的挖孔桩支墩上，按铁路轨道的方向和水平精确对正找平后将各纵梁间用钢板连接。安放纵梁时应注意防止工字钢梁侵入铁路限界，并注意设置防工字钢梁倾倒措施。利用已预制完成的框构桥顶放置Ⅰ40工字钢，随后将横抬梁逐片垂直穿越铁路轨道，用Φ20U型螺栓和∠75×75×10角钢与纵梁相连接。横梁单根长12 m或12 m+6 m，每组两榀，间距按照75 cm均匀布置。横梁与铁路钢轨间放置橡胶垫板，在纵梁工字钢与铁路钢轨轨腰之间，每间隔2 m设置一道10 cm×10 cm木支撑，用来防止线路位移，保证线路方向。

为防止框构桥顶进时，线路加固设备发生横移，同时补充纵梁支墩承载力不足，在框构桥设计桥位以外设置一道辅助纵梁。辅助纵梁采用三榀15.75 mⅠ100工字梁连接而成。工字梁端设直径1.5 m钢筋混凝土桩支撑辅助纵梁，桩顶预埋防横移角钢。横抬梁同辅助纵梁采用用Φ20U型螺栓和∠100╳100╳10角钢连接。横抬梁在预制框构桥一侧预留较长部分，保证在框构桥顶进时，横抬梁置于框构桥顶板上。

2.3 框构桥顶进

2.3.1 顶进设备安装及调试

顶进设备安装前，对液压系统、传力设备的各项性能进行检测，避免在顶进过程中设备出现机械故障。

框构桥顶进顶力根据桥体自重、铁路线路设备及加固设施重量、地基情况及框构桥所穿越铁路路基等情况进行检算确定。桥体最大顶力通常出现在桥体顶进就位前，一般为桥体重量的1.2～1.4倍。斜交桥顶还应考虑因斜交、不对称侧向土压力而引起的附加顶力。施工中按顶镐额定顶力的70%配置顶镐数量，合理科学地布置顶镐。安装好全部液压系统，包括顶镐、油泵、油箱、管路，以及配套辅助设备后，进行检查调试，使其运转正常，以满足顶进需要。

2.3.2 试顶与顶进

试顶力按桥体最大顶力的0.4～0.8倍组织实施，试顶时慢慢增加顶力，每加压一次需稳定几分钟，对设备、滑板、后备、框构进行检查，在一切正常的情况下正式顶进。若出现问题，应停止顶进，并检查、分析问题。当框构桥前刃脚进入路基边坡时，开始挖土，利用列车运行间隙进行顶进作业。

2.3.3 挖土与运土

由于在铁路行车线下施工，为确保铁路路线行车安全，该项工程顶进刊采用小型机械人工配合挖土，汽车运土。

(1)挖掘量根据土质情况，每次的进尺控制在50 cm左右，禁止超挖，按千斤顶顶程的大小进行挖掘，保证开挖土稳定的关键是使框构桥刃脚切入土内，保证土基切入深度不小于10 cm。

(2)挖土时掌握土坡的平整，并保持与框构桥刃脚坡度一致，坡率一般控制在1:0.5，严禁出现逆坡和垂直开挖。

(3)挖土工作必须与观测工作紧密配合，根据框构桥顶进时的偏差情况，随时改进挖土方法。当列车通过时或顶进设备有故障时，停止挖土。

2.3.4 顶进方向和高程控制

测量观测是顶进施工过程中的重要工作，直接关系框构的顶进质量。框构桥顶进施工前布置一个中线和水准测量控制网。框构桥顶进施工中，每完成一个顶程，就要进行一次中线方向和水准测量，正确分析测量数据，采取措施及时进行纠偏。采用的控制措施为：

(1)控制挖土：多挖土的一侧阻力小另一侧可适当少挖土而增加阻力，即可纠偏。

(2)及时调整顶搞的工作台数及位置，使两侧顶力不等从而达到纠偏目的，实施时应逐渐纠正。

(3)采用两套不同的液压系统，在顶搞对称布置的情况下，用不等压的方式形成纠偏力矩进行纠偏。

(4)滑板预留坡度和加大刃脚阻力，可防止框构“扎头”。

(5)在底刃脚前方适当向下超挖1～2 cm，可纠正框构“抬头”。

(6)控制顶镐的着力点，使顶镐的合力低于或高于摩阻力的合力，对防止框架“扎头”和“抬头”也能起到一定的作用。

3 结语

该桥施工中所采用的纵横梁法加固铁路行车线，在框构桥顶进施工中，线路加固设施受力明确，线上作业少，线路稳定，线路方向及水平、轨距始终保持良好的状态，保证了工程施工安全和铁路行车安全。该施工方法特别适合铁路提速以后的单线及多线铁路线下顶进大跨度框构桥施工。

该桥施工由于采取了上述施工技术和措施，使桥体在顶进中和顶进后的方向和高程均符合规范要求。一般来说，框构桥顶进施工重点是保证线路稳定安全及桥体高程和方向的控制。要控制好这几个方面，必须针对工程的特点(环境、地质、工程情况)制定相应的预防措施，并在实际顶进过程中加强观测，对观测数据及时正确地分析，一旦发现异常情况，立即采取相应的处理措施，以免产生不良后果。