既有线斜交盖板涵接长施工的侧向顶进框架法

2014-03-23

石家庄铁道大学学报(自然科学版) 2014年2期

(中铁十二局集团第七工程有限公司,湖南长沙 410004)

0 引言

斜交盖板涵是我国在早期铁路设计时期较多采用的一种涵洞形式，其优点是结构形式简单整体性好，对地基不均匀沉降有较好的适应性；盖板可预制，施工方便工期短，因而使用范围广。近年来随着铁路增建二线工程的建设，斜交盖板涵的接长施工也随之出现。对于较大孔径(3～6 m)的涵洞，斜交盖板涵接长施工面临着安全风险高、工期长、施工难度大的特点，尤其在软土地基和高地下水位的情况下这些问题尤为突出，采用钢筋混凝土框架涵则能解决这些问题。目前，在既有线下顶进箱涵施工技术广泛运用[1]，在复杂条件下的施工技术[2]和质量控制[3]的研究能满足施工需要，然而在使用框架箱涵接长既有铁路斜交盖板涵方面，尚需要研究以满足施工实际需要。

为满足既有线施工实际需要，提出采用侧向顶进框架涵接长既有铁路斜交箱涵法，针对实际既有线盖板涵工程项目，在施工方案比选、框架涵设计计算、实施过程方面，对本文方法进行探索，确保工程施工安全。

1 工程概况

石门至长沙铁路增建第二线工程在桩号K65+064.00设置一孔4.00 m钢筋混凝土斜交盖板箱涵，箱涵结构中心线与铁路中线相交45°，新建二线铁路需对该涵洞进行接长，新建涵洞位于软土路基上，涵中心距既有涵洞中心14.58 m，孔径4 m，长12.65 m。此涵洞是地方百姓出行的主要通道，车流量较大。接长涵施工时需要拆除既有涵洞的翼墙及其它附属结构，而拆除部分恰处于路基边坡处,对路基边坡稳定有一定影响。涵洞接长施工必须在保证营业线行车安全及运输任务的前提下进行。工程现场见图1。

2 侧向顶进框架接长既有线斜交盖板涵方案

2.1 方案的构思

常规施工方案一般先拆除既有涵洞梯形盖板节，对铁路进行加固，再支架现浇施工接长部分涵洞。该方案因拆除部分盖板，造成铁路运输安全风险高，现场条件使得线路加固与墙后填土施工难度大，进而使得质量隐患多，且工期慢，迫切需要一种安全、可行、经济、高效的施工方案，减少对既有线运营的干扰。

根据工程实际情况，提出将接长后的涵洞设计修改为钢筋混凝土框架涵，采用在距离线路一定距离的场地整体式现浇预制框架，使用侧向移位顶进方式移动到设计位置后，完成八字墙附属设施施工。这样，即可避免拆除既有斜交盖板涵的附属工程及线路边坡，避免了对线路运营有安全隐患的施工作业。方案设计见图2。

图1 工程现场图图2 方案示意图 (单位：cm)

2.2 施工程序及主要施工设备

本施工方案的总体施工顺序为：施工前准备→工作坑施工→涵身预制及后背制作→顶进施工→八字墙附属设施施工→清理施工现场。

实施本施工方案，需要框架涵预制设备、完成顶进施工的千斤顶设备、提供顶推力的工字钢横梁和钢轨顶柱。

2.3 施工方案设计

根据工程项目实际，将原盖板涵修改为框架涵，其中涵身长12.65 m，净跨径4 m，净高5 m，顶板厚0.4 m，底板厚0.55 m，侧墙厚0.45 m，顶板倒角0.9 m×0.3 m，底板倒角0.3 m×0.3 m，如图3所示。

图3 框架涵三视图(单位：cm)

图4 框架涵有限元模型

图5 框架涵验算结果

现场基础位于Ⅲ级硬塑黏土层，基本承载力200 kPa，回填30 cm厚C20素混凝土垫层。其中土的压缩模量为7 MPa，内摩擦角在10°～30°之间。据此，选取单位横向涵长建立平面杆系有限元模型(见图4)，共60个单元，在底板与侧墙单元的节点上设置弹性地基边界，在顶板单元施加纵向列车荷载，在底板单元施加横向汽车荷载，并考虑施工期和成桥后的混凝土收缩徐变等作用，计算最不利工况下结构内力，并依据规范进行配筋。图5的验算结果表明，本框架涵满足规范[4-5]要求。

为完成侧向顶进，需设置顶推后背以提供反力。为传递框架涵顶推力，在后背设置直径1 m的钢筋混凝土挖孔桩，并在后背填土以增加桩基础的水平抗力；为保证挖孔桩的共同受力，设置钢筋混凝土后背梁，如图6所示。

3 方案实施与技术经济比较

3.1 方案的实施

框架涵的预制中，外模采用组合钢模板，内模采用大面积钢模板。外侧模板用方木和钢管支撑，内模用碗扣式满堂脚手架支撑。涵身混凝土分3个阶段施工，先灌筑箱身底板(包括下梗肋)，当底板强度达到设计强度的70%后，再绑扎上部钢筋，灌筑两侧边墙至约3/4高度，最后再灌筑上部剩余边墙及顶板(包括上硬肋)；两侧边墙施工接缝处预埋连接短钢筋，同时两边墙施工缝相互错开，使之不在同一水平面上，以利于框构承受剪力。

千斤顶的布置以箱体中心线为轴对称设置。为防止箱底板因直接承受顶力而压碎，在顶镐与箱底板尾部接触处设置一块20 mm厚的承压钢板，承压钢板下端焊接钢板托盘,千斤顶放置在钢板托盘上，以避免千斤顶与底板接触造成刮板现象。在框架后方离后背稍远距离处设立观测站以观测框构顶进时的中线和水平偏差；在框构洞内四个角上进行高程测量，顶进方向偏差的观测在框构一侧的前后端各用环氧树脂粘设一个标尺进行；为观测顶进中后背的变形情况，在后背梁两端设立标尺，进行后背变形观测。施工现场如图7所示。