谈跨铁路无卸载箱涵顶进施工技术

杨 书 伟

(山西省第三建筑工程公司，山西 长治 046000)

谈跨铁路无卸载箱涵顶进施工技术

杨 书 伟

(山西省第三建筑工程公司，山西 长治 046000)

以晋城市太岳街道路工程为例，根据其具体工程概况，采用箱涵顶进施工技术，编制了专项施工方案，并经过详细的计算，严格按照施工方案组织施工，顺利完成了箱涵施工，保证了工程施工质量，为类似工程积累了经验。

箱涵，顶进，横梁，纵梁，竖向变形

1 工程概况

本工程为晋城市太岳街道路工程，穿越晋煤集团古矿铁路专用线，该铁路专用线为单线非电气化铁路，其钢轨型号为50 kg/m，轨枕为钢筋混凝土枕。道路穿越铁路部分为框架桥，主体采用12.5 m+(16 m-16 m)+12.5 m四孔分体式框架结构，中孔联体框架每孔净宽均为16 m，边孔净宽12.5 m。边孔与中孔结构间距为0.3 m，框架桥中心线与古矿专用线的夹角为75°，箱桥平面为平行四边形，框架桥中心顶板顶面距离铁路轨底最小距离为0.8 m。

框架桥正截面总宽为64.6 m，框架长度为13 m；框架桥中孔结构总高10.5 m，结构净高8.3 m，顶板厚1.0 m，底板厚1.2 m，中墙、边墙厚均为1.0 m；顶板加腋采用0.5 m×1.5 m，底板加腋采用0.5 m×0.5 m；框架桥边孔结构总高10.5 m，结构净高8.5 m，顶板厚0.9 m，底板厚1.1 m，边墙厚1 m；顶板加腋采用0.4 m×1.2 m，底板加腋采用0.5 m×0.5 m。

2 施工准备

1)施工前，将受影响的直埋光、电缆向两侧各开挖250 m，施工范围内的光、电缆挑出并用槽钢双扣防护，固定在架空加固纵梁外侧的横梁上。

2)顶进设备液压系统安装及预顶试验结果符合要求。

3)架空前在钢轨轨腰上标明纵梁的中心位置，并用油漆标出架空时横抬梁的位置，枕木间距进行调整，同时在轨腰上标出纵梁就位后的梁端线和横梁向上距轨腰的限界距离。

4)架空材料准备:派专人联系架空设备的来源，确定运输方式，保证各项材料按时到场，架空设备利用汽车运至晋城火车站待命，用轨道车运至施工现场安装。

3 顶进前准备

工作坑土方采用机械施工，挖至标高上约0.3 m，人工清底。

在工作坑内进行滑板、锚梁、导向墩、后背钢筋绑扎，浇筑混凝土滑板，采用商品混凝土，汽车输送泵进行。按要求设置混凝土导向墩。混凝土强度等级采用C25，滑板高度20 cm。在灌注混凝土时，用直径12 mm钢筋头埋入混凝土内，分成1.0 m方格网，控制高程；利用混凝土吸水机配合收面，控制滑板顶面平整度和光滑度。

在滑板长度方向每米挂一道线绳，作为石蜡厚度的控制标准，而后均匀洒一层约2 mm厚的柴油与石蜡的液体混合物。石蜡凝固后，在其表面撒一层0.2 mm～1.0 mm厚的滑石粉，而后沿纵向铺上两层塑料薄膜，薄膜接缝处压槎不小于0.3 m。

4 顶进验算

1)穿横梁。

本工程架空采用“横抬纵挑”法，普通横梁采用3703横梁，间距小于0.6 m，作为纵梁支点的横抬梁组采用3703杆件组成，如图1所示。

[3703]横梁验算：在支点桩拆除时，支点桩处纵梁将荷载传递到[3703]横梁后，经[3703]横梁传递到箱涵和支点。假设支点桩拆除时箱桥边缘距离支点桩边缘0.6 m，进行[3703]横梁的验算，如图2所示。

R取纵梁验算时支点反力的最大值，R=57.108 t。

最大弯矩M=57.26 t·m。

施工中每处横抬梁为2组[3703]，共4片。

最大应力σ=M/W=57.26×104/(1 721×10-6×4)=83.18 MPa<170 MPa。

最大挠度f=RC(3L2-4C2)/48EI=57.108×104×1.2×(3×7.32-4×1.22)/(48×2.1×1011×37 856×10-8×4)=0.006 9 m

所以[3703]横抬梁满足要求。施工中架空支点桩距离箱涵前沿超过0.6 m时不得拆除。

2)纵梁就位。

横梁穿设到位后，利用轨道车进行纵梁就位，抓紧时间与横梁进行连接，钢梁升降时两侧做好支撑，由专人看护，防止钢梁倾倒。

纵梁采用Ⅰ100工字钢，距离古矿铁路专用线中心线外侧2.2 m，均为一片置于横梁上。纵梁接长使用专用节点板及高强螺栓可靠连接，横梁与纵梁使用专用配件可靠连接，为确保线路横向稳定，在钢轨外侧与纵梁间每隔2 m须设木支撑。

纵梁应力计算：Ⅰ100工字钢纵梁惯性矩I=787 228 cm4，W=14 180 cm3，[3703]I=37 856 cm4，W=1 721 cm3；钢枕重量0.277 t/根。

现有轨道为P60轨，钢筋混凝土枕。限速为45 km/h，验算按60 km/h。

纵梁所受恒载有(每片)：

铁路、轨枕重量0.06+0.23/0.6/2=0.252 t/m。

横抬梁重量0.277/0.6/2=0.231 t/m。

纵梁自重0.375 t/m。

总恒载为q1=0.252+0.231+0.375=0.858 t/m。

纵梁计算跨度取L=8 m，α=0.5。

铁路标准活载换算均布活载为q2′=15.13 t/m。

冲击系数：验算速度为60 km/h，所以V=60 km/h。

冲击折减系数υ=V/(2VKP-V)=60/(2×80-60)=0.6(VKP=80 km/h)。

冲击系数：1+υμ=1+0.6×28/(40+L)=1.35。

每片纵梁承受活载为q2=(1+υμ)q2′/2=1.35×15.13/2=10.21 t/m，如图3所示。

在恒载、活载的作用下R=44.272 t。

最大弯矩M=(q1+q2)L2/8=88.544 t·m。

最大应力σ=M/W=88.544×104/(14 180×10-6)=62.44 MPa<170 MPa。

最大挠度f=5(q1+q2)L4/(384EI)=5×11.068×104×84/(384×2.1×1011×787 228×10-8)=0.003 6 m

纵梁计算跨度取L=12 m，α=0.5(顶进边孔箱桥时纵梁最大跨度)。

铁路标准活载换算均布活载为q2′=13.12 t/m。

冲击系数：验算速度为60 km/h，所以V=60 km/h。

冲击折减系数υ=V/(2VKP-V)=60/(2×80-60)=0.6(VKP=80 km/h)。

冲击系数：1+υμ=1+0.6×28/(40+L)=1.32。

每片纵梁承受活载为q2=(1+υμ)q2′/2=1.32×13.12/2=8.66 t/m，如图4所示。

在恒载、活载的作用下R=57.108 t。

最大弯矩M=(q1+q2)L2/8=171.324 t·m。

最大应力σ=M/W=171.324×104/(14 180×10-6)=120.82 MPa<170 MPa。

最大挠度f=5(q1+q2)L4/(384EI)=5×9.518×104×124/(384×2.1×1011×787 228×10-8)=0.016 m

3)反后背桩反力计算。

反后背桩验算两部分内容，如图5所示，桩身抗弯验算和桩身稳定性验算如下(内摩擦角φ=30°，土容重γ=1.8 t/m3)，反后背桩受力如图6所示。

a.桩身抗弯验算。

横抬梁下设四氟板滑动支点，横抬梁与四氟板间摩擦系数取μ=0.066 4。

从纵梁验算知横抬梁传递给支点的最大竖向力为R=57.108 t。

则横抬梁传递到反后背桩的横向力f=μR=0.066 4×57.108×2=7.58 t。

架设桩端固结在土体中，则距离桩底6.5 m处为桩体最大弯矩处，且Mmax=fL=7.58×8.96=67.92 t·m，W=πd3/32=0.169 56。

σ=Mmax/W=67.92×104/0.169 56=4.006 MPa<[σ]=8.5 MPa。

b.桩身稳定性验算。

主动土压力a1=γh1tg2(45°-φ/2)=1.8×4.4×0.33=2.64 t/m2。

主动土压力a2=γh2tg2(45°-φ/2)=1.8×10.9×0.33=6.54 t/m2。

则Ea=(a1+a2)h0/2=(2.64+6.54)×6.5÷2=29.835 t/m。

计算得：h=2.79 m。

被动土压力p1=γh1tg2(45°+φ/2)=1.8×6.5×3=35.1 t/m2。

则Ep=p1h1/2=35.1×6.5÷2=114.075 t/m。

横抬梁传递到反后背桩横向力对桩底取力矩：

Mf=fL=7.58×15.46=117.19 t·m。

主动土压力对桩底取力矩：

MEa=1.2Ea·h=1.2×29.835×2.79=99.89 t·m。

被动土压力对桩底取力矩：

MEp=1.2Ep·h=1.2×114.075×6.5÷3=296.595 t·m。
Mf-MEa=117.19-99.89=17.3 t·m

所以反后背桩不会绕桩底转动，桩身稳定性满足要求。

5 设备安装及试顶

计算中孔箱涵最大顶力为4 680 kt/m，中孔顶进共需320 t顶镐15台备用2台，1台油泵，油管路接头加O形橡胶密封圈，各支管间平行布置，人工操作油路流向操作台应急控制阀，主、支油管路铜管，高压软管配合使用。箱身底板端部安装δ=20 mm厚的钢板确保顶进时千斤顶和框架端部混凝土接触面不受损坏，前端安装护板。

试顶时由项目工程师统一指挥，施工人员操纵所有的千斤顶一起顶出，箱身起动，记录压力表读数。从试顶开始到顶进期间，顶进方向和框架轴线一致。

6 箱涵顶进

1)普通横抬梁从铁路轨底穿过，横抬梁与钢轨之间必须可靠绝缘。

2)在线路钢轨下面掏槽，按照横抬梁间距逐次穿入，并调节到同一高度，横梁与钢轨之间用绝缘胶垫，并严格遵循“隔六穿一”的规则。

3)根据箱桥预制实际情况，采用两次架空方案，第一次架空顶进中孔，线路架空加固长度为每侧64 m，第二次架空顶进两个边孔，线路架空加固长度为每侧32 m。

4)在框架顶进的过程中，随着框架不断地向前移动，横梁一端深入到顶板中，在顶板搭设枕木垛作为横梁支点，当支点桩影响框架桥继续顶进的时候，拆除支点桩，纵梁加设在框架桥上，对应纵梁在框架桥上的支承位置，需要设置安全并且可靠的滑动支点，滑动支点对应框架桥上的滑动线末位须在框架桥内预埋钢板。

5)为了限制纵梁横向位移，帽梁对应纵梁两侧预埋短钢轨，钢轨与纵梁腹板间隙采用硬木填塞。

7 顶进挖土施工

顶进挖土施工采用PC220挖掘机2台，ZL50装载机1台，顶进挖土采用机械与人工配合，开挖坡度设置为1∶0.5，每次开挖进尺为0.6 m，挖土顶进三班不间断连续作业。

千斤顶对布置在靠近墙端，中孔顶进共需320 t顶镐15台备用2台。一台油泵安放在箱涵靠墙一面，各类顶镐、传力柱、分配梁采用25 t吊车吊装。

挖运土与顶进循环交替进行，每前进一顶程，即切换油路，并将顶进千斤顶活塞恢复原位，按顶进长度补放小顶铁，更换长顶铁，安装横梁。

当框架底板挖土完成一进尺长度时，开动油压泵使千斤顶受液压而产生顶力，推动箱身前进，当千斤顶顶进到限位时，控制操作系统将活塞退回原位，在空档处增放顶铁，顶铁用钢轨及钢板焊接而成，长度为1 m,2 m,4 m不等在顶进的过程中及时更换，以待下次开镐。循环往复，直至就位。

8 监控与验查

箱涵顶进过程中，每天定时观测箱涵底板上设置的观测标钉高程，计算相对高差，展图，分析竖向变形，对中边墙测定竖向弯曲；定期观测箱涵裂缝及开展情况，重点监测底板、顶板、中边墙等部位变形情况。

9 结语

穿铁路的箱涵施工，采用箱涵顶进技术，编制专项施工方案，进行了详细的计算，严格按照施工方案组织施工，能够按照设计及规范要求完成施工，保证了工程施工质量，为以后类似工程积累了经验。

Discussion on jacking construction technology of crossing-railway unloading box culvert

YANG Shu-wei

(Shanxi 3rd Building Engineering Company, Changzhi 046000, China)

Taking Tai-Yue highway engineering of Jincheng city as an example, according to specific project general situation, the paper adopts box-girder jacking construction technology, compiles special construction scheme. Through specific calculation, it strictly controls construction organization, successfully finishes box girder construction, and guarantees engineering construction quality, which has accumulated experience for similar engineering.

box girder, jacking, horizontal beam, vertical beam, vertical deformation

1009-6825(2014)36-0166-04

2014-10-13

杨书伟(1980- ),男，工程师

U445

A