同源高速公路下穿大秦铁路14 m-14 m双孔框架地道桥顶进施工方案

王宏民

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

1 工程背景

本工程位于山西省大同市，同源高速公路下穿大秦铁路，在大秦铁路K29+553处顶进2-14 m框架桥，大秦铁路是国内2万吨级重载长大列车运煤专线，电气化无缝线路，行车间隔小，列车载重大，铁路要点困难，对施工的安全和组织要求相当高。框架桥穿越大秦铁路上下行线2股道，线间距4.2 m，轻载线60 kg/m钢轨，重载线75 kg/m钢轨，混凝土枕，直线区段。结构采用两孔联体式框架结构，净跨为2-14 m，公铁交角为80.21°，在不中断既有铁路线行车的条件下，采用顶进法施工。

2 技术标准

a）本桥设计荷载按铁路列车设计活载图式“中-活载”设计[1]，列车限速45 km/h，公路汽车荷载按公路-I级[2]。结构总高度8.7 m，净高6.8 m，竣工后使用高度5.1 m。结构各部尺寸：底板1.0 m，顶板0.9 m，中墙0.9 m，边墙1.0 m，顶板加腋（0.5×1.5）m，主体长16.41 m，宽30.9 m，前端刃角悬臂长4.5 m，后端尾墙长3.03 m，人行道悬臂板长度2.03 m。框架桥沿公路方向全长23.94 m，顶进三角左右各一块长13 m。

b）框构及顶进三角块采用C35抗渗P8混凝土，钢材使用HRB335与Q235钢筋，滑板及后背采用C20钢筋混凝土，出入口设置C25混凝土挡土墙，保证路基安全稳定，桥上两侧设置钢栏杆，C25钢筋混凝土双电缆槽。

c）框架桥采用顶进法施工，最大顶力5 052 t，顶程32.8 m。

3 地质条件

桥址处地貌属桑干河冲积平原区，地形平缓，大秦铁路路基高度4 m，地面以下5.3 m均为粉土，地基承载力120 kPa，框架桥基底位于该层中，施工范围内无地下水影响。

4 施工方案及流程[3]

4.1 挖孔桩施工

为保证大秦铁路运营的安全，在框架桥工作坑开挖前，先对线路北侧防护桩及后背挖孔桩进行施工，在主体预制同时对线路南侧防护桩、支撑桩及抗横移桩进行施工。

线路北侧C25钢筋混凝土防护桩16根，南侧18根，桩长17 m，间距1.75 m；后背C25钢筋混凝土挖孔桩20根，桩长9 m，滑板下埋深5 m，密排布置；支撑桩8根，桩长7 m，间距4 m；在主体前设间距4 m的抗横移桩8根，桩长10 m。挖孔桩直径均为1.25 m，采用间隔挖孔法，至少间隔一根桩开挖；桩孔开挖采用人工分节挖土法，每节开挖深度1 m。

4.2 工作坑开挖

工作坑开挖深度为轨底以下9.9 m，原地面下5 m，开挖线距离路基坡脚2 m，从工作坑外边线分层全断面开挖，人工配合刷坡，沿既有线路边坡坡度按1∶1开挖，井壁采用喷锚防护，打入2 m长φ20锚固钢筋，间距1 m，挂300 mm×300 mm φ6钢筋网，喷射混凝土。工作坑尺寸宽出主体边缘各1 m，留出排水沟和导向墩的位置。

4.3 滑板施工

工作坑开挖至基底，确认基底承载力后，铺设碎石垫层20 cm并浇筑C20滑板混凝土，顶面顶进方向预留0.3%坡度，滑板设间距3 m尺寸35 cm×45 cm地锚梁。

滑板混凝土终凝前将其压光以减小启动摩擦力，浇筑后第二天开始在顶面设置润滑隔离层，顶面洒3 mm厚滑石粉，横向铺塑料布隔离层，布间搭接0.2 m以上。隔离层上抹1∶3水泥砂浆层，滑板两侧距箱体外缘20 cm设1.5 m长旧钢轨导向墩，外露0.4 m浇筑于墩坑内。

4.4 框架主体预制及防水层施工

主体施工前根据现场土质调整船头坡，分底板、边墙及顶板两阶段预制，模板均采用定制9015钢模板，角隅配竹胶板，顶板排架采用碗扣脚手架及钢支撑，支立顶板模板时设30 mm的预拱度，主体采用C35P8抗渗混凝土，浇水养护时间不少于14 d。

防水层采用冷作式防水涂料，先顶板后边墙，在主体养护7 d后进行，顶板保护层为C40钢纤维混凝土，防水层冷涂完毕后浇筑保护层，并设0.5%流水坡。

4.5 后背施工

后背采用C20钢筋混凝土分配梁1.5 m×2.5 m×32.9 m，埋深自滑板面下1 m，密排布置直径1.25 m人工挖孔桩，桩长9 m，滑板下埋深5 m，分配梁由人工开挖，后背垂直于顶进方向，且与底板三角块平行。

4.6 顶进前注浆加固土体

大秦线为高填路基，且重载列车通过频率高，为保证列车安全运行，顶进前对框构两侧5 m路基进行注浆加固。通过注浆管将水泥浆液分层均匀地注入地层中，浆液以填充和挤密的方式排出土体颗粒孔隙，将原土体胶结成整体。

水泥浆液配比为1∶1；注浆孔距1.2 m，直径5 cm，梅花型布置，有效深度为线路下9.5 m，注浆顺序为先帷幕孔后中间孔，注浆压力控制在0.3～1.0 MPa，为防止铁路隆起，线路下2 m不进行注浆，且注浆接近路基面2 m时，压力减小到0.3 MPa以下，并减小注入率。

4.7 既有线路加固

线路加固采用纵挑横抬法，允许行车速度为45 km/h。

a）纵向采用3-5-3吊轨梁（图1），既有线路钢轨外侧为3扣轨，道心为5扣轨。吊轨使用P50轨，φ22U型螺栓及扣板与枕木连接，吊轨长60 m，两端各伸出主体外15 m，接头错开1 m以上，线路加固各3-5-3扣轨在使用前进行磨耗量的检测，总磨耗量不大于15 mm。

图1 框架桥线路加固横断面图

b）横向为I50b工字钢横抬梁（图2），横梁间距0.9 m。扣轨范围内线路为混凝土枕，间距60 cm，按照隔六穿一原则间隔穿入3.3 m枕木，隔6根混凝土枕拆除1根，新枕木穿入后底部填满捣实。

工字钢横抬梁槽分4次开挖，间隔3根工字钢位置，即每隔6根枕木开挖一道工字钢槽，先用枕木支垫，由一侧逐根穿入，横抬梁由两根I50工字钢用夹板及高强螺栓连接，接头置于线路主轨外，错开1.5 m，横抬梁前端伸出线路10.9 m，顶在抗移桩上，后端伸出线路8.9 m。工字钢穿入后与3扣轨用卡子连接，使线路与加固体系成为一个整体。桥上穿38道，桥两侧各穿10道，横抬梁直接托在主轨下，为保证不影响轨道电路，在钢轨及扣轨下加垫绝缘胶垫与3.3 m通长硬木板。

图2 框架桥线路加固纵断面图 （单位：m）

c）横梁上设工字钢纵梁（图3），道外为3扣I512工字钢纵梁，道心为3扣I45b工字钢纵梁，纵横梁间用U型螺栓连接。横抬梁穿完后，调整起平，线路上间隔3 m横排枕木，人工将纵梁工字钢翻至指定位置安装U型螺栓及扣板，翻工字钢时，充分利用列车间隔，纵梁搭接接长，两端搭设枕木垛支垫。

顶进期间横抬梁下设置滑车，滑车走向同顶进方向，每道横梁下设6道滑车，滑车置于主轨与3扣轨间，滑车与横梁间用枕木垛及木楔打紧，箱体顶进时打松木楔，来车或出土停顿时打紧木楔。

图3 框架桥线路加固工字钢纵横连接断面图

4.8 框构顶进

a）根据公铁路夹角、最大顶力配置顶镐数量，采用斜向顶进的施工方法。最大顶力5 052 t,配置320 t顶镐，按额定顶力的70%计算顶力，根据桥体最大顶力及纠偏顶力计算，布置320 t顶镐24台，备用1台。本桥角度为80.21°，两侧三角块各布置12台，顶镐后端垫20 mm厚钢板。

b）箱体在滑板上空顶时，控制箱身的轴线方向，保证刃角吃土前的方向准确。刃角吃土后，加快出土速度，保持箱身不断顶进，如由于特殊原因被迫停止箱身顶进时，亦应间续地顶动箱身，以防箱身阻力增大。

c）顶进作业利用列车运行间隙进行，严禁在列车通过线路时顶进。每次顶镐顶进长度为0.5 m，更换顶铁长度均为0.5 m，依次累加，每隔8 m顶铁设一道横梁，使传力均匀及横向稳定。

d）刃角坡度为1∶0.5，每次进尺1.2 m，顶进1.0 m，保持上开口不大于1.5 m，勤挖快顶，每24 h平均顶进4.0 m。

e）顶进就位允许偏差 中线方向小于等于20 cm，偏高小于等于15 cm，偏低小于等于20 cm。顶进方向和高程的调整措施如下：

（a）防偏斜措施 加强中线测量，及时用增减顶镐，增加刃角正面阻力，侧面超欠挖等方法调整。

（b）防抬头措施 两侧挖土宽度不足，易造成箱身抬头，故可在两侧适当超挖，抬头量小，可把开挖面挖到与箱底面平，如抬头量较大，则在底刃角前超挖20～30 cm，宽度与箱身相同，同时使上刃角不吃土，在顶进中逐步调整。

（c）防扎头措施 在基底适当欠挖，吃土强制顶进，挖土时，开挖面基底保持在箱身底板顶面以上8～10 cm，利用船头坡将高出部分土壤压入箱底，纠正扎头。

4.9 顶进后路基注浆固化

a）顶进前在箱体外侧分别设置4道注浆管，采用φ32钢管带花孔顺桥体全长布置，随桥体顶进路基土中，顶进就位后利用框架尾部管端向桥体两侧土体压浆，保证箱体两侧路基的密实度，防止路基沉陷。

b）顶进就位后慢行点内，在桥体两侧路基土中钻孔下花管再次对影响范围路基土体固化，每股线路桥体两侧5 m范围内布7根注浆管，梅花型布置，间距1.2 m，φ32钢管，注浆有效深度9.5 m，扩散半径0.6 m，浆液采用水泥水玻璃双液浆，注浆压力为0.3～1.0 MPa。

4.10 刃角补齐施工、桥面系施工

框架桥顶进就位后，进行刃角补齐和挡墙施工，补齐材料与主体相同，刃角与主体钢筋采用搭接焊连接；出入口设C25混凝土挡墙，保证路基稳定；框架桥两侧设钢栏杆，栏杆内侧设挡碴网和双孔电缆槽。

5 注意事项

a）整个施工过程中所有料具一律距钢轨外侧4 m以上，保证行车和人身安全，杜绝“红光带”的发生。

b）为防止线路在顶进过程中的横向移动，保持线路的几何尺寸，在桥顶板上间距3 m预埋拉环，用8台10 t倒链将横梁与框架顶板连接，随时顶进随时拉紧，同时将线路加固工字钢横梁前端顶在抗横移桩上固定。

c）施工前对施工范围无缝线路进行应力放散，施工结束后在设计锁定轨温范围内重新放散和锁定线路。

6 结语

同源高速公路下穿大秦铁路14 m-14 m双孔框架地道桥工程已于2011年顺利建成并投入使用，目前运营状况良好，最受关注的2万吨级重载铁路在不中断既有铁路线行车的条件下，采用顶进法施工的方案是合理可行的，希望此文能为国内其他类似工程提供良好的借鉴作用。

随着我国交通建设的蓬勃发展和科学技术的不断创新，今后公铁线路交叉的型式和施工方法也将不断更新和改进，在本工程施工方案的选择上，我们还专门请地道桥“盾构工法”的发明人共同研究了盾构施工的可行性，但鉴于大秦铁路的特殊性最终采用了比较保守的线路加固方案，希望今后盾构工法在其他工程上能得以应用，将大大提高施工的机械化程度，降低工人劳动强度，节约工程造价，这也是施工工法的发展方向和趋势。