铁路站场下顶进大跨度框架桥设计与施工技术

2014-05-07陶红红

铁道勘察 2014年3期

陶红红

(中铁上海设计院集团有限公司南昌院，江西南昌 330002)

以南昌市洛阳路下穿铁路框架桥工程为例，探讨桥址位于铁路站场下，采用盾构和管棚、管幕相结合掘进支护技术，解决大跨度连续框架桥顶进时的线路加固问题。

1 工程概况

南昌市洛阳路位于南昌站北侧，全长约1 500 m，其中下穿铁路框架桥长162.24 m，采用5 m+14.25 m+5 m三孔连续钢筋混凝土框架结构。下穿铁路框架桥共穿越南昌站既有10股道、车辆段5股道及配件厂专用线1股道，6组道岔，4个站台。框架桥中心线与京九铁路上行线法线斜交，斜交角度2°46′，交点里程为京九线K1444+403.2。其框架桥平面和横断面分别见图1、图2。

图1 框架桥平面

框架桥共分为9节，2～7节采用中继间法顶进施工，共长115 m。线路加固采用盾构和管棚、管幕相结合掘进支护，其余采用现场浇筑施工。框架桥预制场地设在洛阳路东侧，每节最大顶程为132 m，结构自重最大高达41 000 kN。

框架桥穿越地层主要为粉质黏土、粉砂及中砂层，地表水及地下水极其丰富。地表水主要是南昌站内各种生活用水以及大气补给降水，长年累月循环;地下水位在框架桥基底以上1.0 m左右，主要为赣江地表水的侧向补给，水量较大。

图2 框架桥横断面(单位:cm)

2 技术重点和难点

2.1 框架桥总跨度大

框架桥采用5 m+14.25 m+5 m三孔连续钢筋混凝土框架结构，总宽27.25 m。在不中断南昌站正常运营的条件下，若采用常规的便梁施工方法，不能满足线路加固要求。

2.2 线路施工行车限速不得小于80 km/h

南昌站位于江西省省会南昌市，是京九线上唯一的省会站和南昌铁路局客运一等站，是京九、沪昆铁路两条大动脉的交汇处，铁路枢纽地位愈加凸显。目前南昌站有4趟直通客车，线路允许最大通过速度为120 km/h，而施工行车限速不得小于80 km/h。

框架桥共穿越16股道、6组道岔、4个站台，在道岔区进行线路加固，除了传统的横挑纵抬外(线路施工行车限速25 km/h)，目前还没有其他较为成熟的经验。若特殊设计大跨度便梁架空线路，不仅要许多片纵、横梁，关键是由于道岔的存在，便梁无法安置，且施工限速最高只能达到45 km/h，故采取何种线路加固方案将直接影响到南昌站的安全运营，是该项目设计的重点和难点，也是该工程施工成败的关键。

2.3 既有排水渠防护

在框架桥南侧有一条穿越站场的市政排水渠，与框架桥的净距为1.7～5 m，且渠底位于新建框架桥基底之上，高差达6 m。排水渠日久失修，沉降缝易渗漏，这样极易造成框架桥在顶进过程中基底遇水变软而导致“栽头”或其他危及安全的突发事件，故如何确保既有排水渠安全也是该工程施工成败的一个制约因素。

2.4 框架桥施工难点

本工程位于南昌站内，施工场地狭窄，且站内道岔多、行人多、机具设备多、干扰大。其中框架桥共有6节顶进，长达115 m，3节现浇。自重大:顶进节段重量最大高达41 000 kN;顶程长达132 m;顶板覆土薄，为1.0～1.55 m厚的人工回填细石碴、炉碴等。故如何防止框架桥顶进过程对线路扰动引起轨道几何状态失稳以及框架桥产生“抬头”、“栽头”和轴线水平偏差现象，是本工程的又一技术难点。

3 设计和施工

3.1 盾构法掘进支护

根据现场调查，并结合南昌站的特殊性以及本工程的自身特点和难点:穿越股道多、道岔多、自重大、跨度大、顶程长、顶板覆土薄、安全风险控制难度大、工程质量要求严。对线路加固方案进行了多方面的研讨和多个方案的比选，并借鉴江西省已成功实施的几个工程实例，经综合考虑，最后采用盾构法掘进支护，线路施工行车限速可高达60 km/h。其盾构立面和墩柱剖面见图3和图4。

(1)盾构的主要构造及其作用

盾构是一座可移动的钢结构桥梁，它有着与框架桥同样的承载能力，合理利用中心土的天然支护能力是盾构暗挖支护的核心技术。它由钢柱、钢梁、盾壳、子盾构、液压推进系统和辅助机构六大部分组成。盾构装配在第一节框架桥前端，作为带土顶进时支撑路基及其上部荷载和支护周边土体，同时也担负顶推导向作用。

盾构的横向截面成简支梁桥，其外廓尺寸与框架桥外廓尺寸相同。盾构内侧的大断面中间土体，被墩柱分隔成若干个开挖面，而两墩柱间滞后挖掘的大断面中心土体从盾构入土直到出土前均保持1∶0.75坡度，并滞后子盾构掘进面约6 m开挖，与盾构共同平衡周边土体，成为掘进面的强大支护体系。

盾构母体中的子盾构由液压系统控制，单台体积1.5 m×0.75 m×0.22 m，错开推进。它们是掘进面上部土体的切削和临时支护器械，同时还担负减阻板的牵引作业。框架桥推进前顺坡清除底板前方部分中心土体，盾构母体随框架桥同步推进时，子盾构原推出部分被掘进面土体阻挡与子盾构箱体作相对运动，套回箱内，完成一盾构掘进工作循环。

(2)盾构的施工注意事项

盾构设计、制做:

盾构体是框架桥顶进期路基掘进的临时支护及导向装置，其强度除满足周边土压平衡外，同时承受支撑路基及其上部荷载。盾构长度及宽度应不小于框架桥总高和总宽，主梁净距控制在3～4 m;制作安装时，盾构几何尺寸必须标准，各部分连接可靠，且应具有一定的刚度，以确保由静活载所引起的竖向挠度不得超过Lp/400。

图3 1/2盾构立面和梁柱立面(单位:mm)

图4 盾构墩柱剖面(单位:mm)

滑板:

基坑开挖时严禁破坏基底持力层，滑板厚度应结合地基实际承载力，且最小厚度不应小于20 cm，平整度要满足框架顶进要求。为增加其底面的抗滑能力，每3 m加设地锚梁。

盾构安装前必须试顶框架，以确认滑板无粘连。试顶方法:使用油顶推动框架桥，行程3 cm。

后背:

根据计算的最大顶力确定顶进设备，千斤顶的顶力按额定顶力的75%计算，以保证一定储备量。液压油顶应尽量布置于框架底板边、中墙处，以便于液压纠偏。后背承受着顶进时的全部水平力，应有一定的安全储备，其设计宽度应为框架总宽的1.2倍以上，以满足宽限要求。

顶进挖土:

子盾构和墩柱内每次顶进前挖土进尺不应大于45 cm，严禁随便大量超挖。

在顶进过程中，盾构体内的中心土始终保持1∶0.75的坡度;墩柱两侧均设置剪力钢板，其斜边按1∶0.75考虑。为确保中心土的土压平衡能力，掘进时严禁超挖。

顶进原则:

为确保行车安全，施工过程中严格遵循“顶进不行车，行车不顶进”的原则，利用列车间隙时间顶进作业。

为确保顶进质量，应做到框架每顶一次，方向、高程精确测量一次，若有偏差，随即调整顶力或挖土方案进行纠偏。

3.2 既有排水渠防护

为防止既有排水渠在框架桥顶进时水渗漏而导致路基塌陷，同时防止框架桥在顶进时的轴线水平偏差现象，在两侧分别设置φ970 mm管棚，并泵入C20混凝土使其密实，同时两侧管棚外压入M30水泥浆，使其形成80 cm厚的水泥墙，保证框架两侧土体和线路稳定。

3.3 框架桥施工

结合现场情况和框架自身特点，为有效地控制线路位移和防止路基、轨道沉降，克服盾构长距离顶进和覆土薄引起的一些弊端等，线路采用管幕超前支护。其施工工艺:在距离框架顶板上20 cm处设置φ299 mm的管幕，间距35 cm，并压入M30水泥浆使其密实，同时在管幕进出口位置和站台间设置管幕横向连系梁，确保管幕的稳定。该工艺很好地避免了顶进过程中因漏碴而产生“空洞”和“抬头”现象而引起线路几何状态的失稳，有利于框架桥顶进方向和高程控制，基本不扰动既有道床和影响南昌站的正常运营。

同时，为防止框架桥在长距离顶进时产生“栽头”现象，在框架底部设置6根φ970 mm的导轨，并泵入C20混凝土使其密实，有利于控制框架顶进精度。实践证明，此法对箱体高程控制的应用效果非常成功。其框架桥管棚、管幕布置见图5。