连续D便梁整体架空逐孔支墩转换顶进施工技术

申 佩（中铁二十五局集团第三工程有限公司，湖南长沙410000）

连续D便梁整体架空逐孔支墩转换顶进施工技术

申 佩（中铁二十五局集团第三工程有限公司，湖南长沙410000）

时代在进步，城市的发展日新月异，城市道路的规划拓展经常会与老旧铁路形成交叉，遇到公路下穿既有铁路的情况一般采用框架涵施工。选择合理的框架涵施工方案能够降低对既有线的行车干扰，保证既有铁路行车安全，同时还可以加快施工进度，保证施工工期和降低施工成本。常德市尚德路下穿石长铁路工程通过多部门综合相关因素综合分析，最终确定采用了连续D便梁整体架空逐孔支墩转换顶进施工方案；并详细叙述了方案从线路防护到架空加固、顶进作业、行车防护、拆除架空等施工步骤。

框架涵；线路防护；D型便梁；线路架空；支墩转换；顶进

1 工程概况

常德市尚德路下穿石长铁路工程位于尚德路与石长铁路交汇处。

尚德路与石长铁路交叉点处里程为公路K5+262.9=石长线K102+294，交角为79.58°。采用8m+12m+12m+8m四孔顶进框架贯穿铁路东西侧道路。

新建顶进框架为四孔独立框架，框架与框架间留10cm施工空隙，框架桥内机动车道行车净高不小于5m，非机动车道与人行道净高不小于3.5m，框架顶板至轨底覆土厚度不小于1.2m。铁路荷载为中-活载，道路荷载为公路-1级，设计车速为60km/h，人群荷载为5.0kN/m2。顶进框架桥出入口两侧设混凝土挡墙连接。

2 施工方案比选

参考其他类似工程的施工方法，主要包括封锁拆除线路明挖施工、架空线路现浇施工、架空线路顶进施工等，其中架空线路顶进施工又有多种施工方法。结合该框架涵跨径大、孔数多、工程量大、施工周期长、石长铁路运输较繁忙及涵洞两端地形条件等因素综合分析各方案可行性，经过比选最终确定最优施工方案。

2.1 封锁拆除铁路明挖施工

该方案是将拟建涵洞位置铁路股道全部或者部分封锁，将钢轨、轨枕拆除移走，然后用大型机械设备进场将涵洞基坑挖好再进行涵洞浇筑施工，混凝土达到龄期后回填基坑、过渡段，恢复线路，适用于火车站股道比较多或者铁路已经废弃的地段进行涵洞施工。

该方案优点是操作简单、施工费用小。但该涵洞所处石长铁路K102+294位置为铁路区间，只有上行、下行两股道，不具备铁路转线和长时间封锁施工的可能性，方案不可行。

2.2 架空线路整体现浇施工

该方案是将涵洞所在位置线路架空，然后将线路下方土石方挖除弃走，清理出涵洞基坑位置进行框架涵原位整体现浇，待混凝土达到龄期后回填基坑、过渡段等，拆除架空恢复线路。

该方案施工对当地干扰较小，施工用地面积小。缺点就是架空后才能进行框架涵现浇施工和混凝土龄期养护，施工时间较长，相应对线路影响时间长，干扰大；且架空设备占用时间长，费用比较大。

2.3 逐孔架空线路顶进施工

该方案是在线路外侧挖掘工作坑，将框架在工作坑内全部预制好，并同步做好顶进后背等相关设施，框架预制的同时做好线路防护及架空第一孔框架所在线路。等各方面条件具备后对线路封锁要点，顶进一孔框架到位就及时回填补碴并移动框架上面的D便梁到下一孔框架位置，之后重复直至四孔框架全部到位。

该顶进方案较传统路基涵洞工程具有结构性能优良、工期短、线路下方开挖量小、安全可靠且对既有线运营影响小、恢复快等优点；此外D便梁使用组数少、周转效率高。缺点就是需准备工作坑场地，施工占地面积较大，但该处涵洞施工预制坑场地可以直接利用线路外侧尚德路路基，不需要额外征地；要点次数多，审批麻烦。

2.4 连续D便梁整体架空逐孔支墩转换顶进施工

该方案大体施工步骤跟线外预制逐孔架空线路顶进施工类似，主要区别在于采取一次性整体架空四孔框架所在线路并将单幅纵梁连成整体，待框架全部顶进到位后再进行线路恢复。

该方案相比上一个方案的优点是工期更短 （可缩短约1/ 3）、对既有线运营影响更小（要点次数大幅减少、D便梁稳定性上升）、更为节省道砟及基坑回填材料。该方案的缺点是需要的D便梁数量较多。

根据以上施工方案比选，综合考虑工期长短、方案可行性、经济合理性和安全可靠度等条件，决定采用连续D便梁整体架空逐孔支墩转换顶进施工方案。

3 总体施工方案

顶进框架桥在石长铁路东侧设工作坑预制，石门至长沙方向四孔框架依次编号为框架Ⅳ、框架Ⅰ、框架Ⅱ、框架Ⅲ，顶进顺序为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。

线间距为7.5m，纵向设置4排各7根共计28根支点桩。横向编号由东往西依次为Z1、Z2、Z3、Z4，纵向编号由北往南依次为-1、-2、-3、-4、-5、-6、-7。

在副跨外侧分别设置纵向6根横向2根共4组32根边坡防护桩保证路基稳定。边坡防护桩施工时与线上支点桩错开施工。

线路架空上、下行线石门方向副跨采用D16型整体式便梁，长沙方向副跨采用D12型整体式便梁。

主跨采用拼装式连续D16便梁架空，纵向支点桩布置间距不大于16.4m（D16便梁梁长16.4m）即可保证梁体稳定性。取ZX-2与ZX-3间距10.928m，ZX-3与ZX-4间距16.4m，ZX-4与ZX-5间距13.911m，ZX-5与ZX-6间距12.111m，框架Ⅰ处于ZX-3与ZX-4正中间以保证其顶进时能顺利就位。

框架Ⅰ顶进到位后，将ZX-4支墩转换至框架Ⅰ上，破除ZX-4支点桩，开始顶进框架Ⅱ；框架Ⅱ顶进到位后，将ZX-5支墩转换至框架Ⅱ上，破除ZX-5支点桩，开始顶进框架Ⅲ；框架Ⅲ顶进到位后，将ZX-3支墩转换至框架Ⅰ上，破除ZX-3支点桩，开始顶进框架Ⅳ。

4孔框架全部到位后进行基坑回填、涵顶补碴并拆除架空恢复线路。

图1 挖孔桩平面示意图

3.1 人工挖孔桩施工

施工顺序：挖孔桩施工考虑两线间的挖孔桩距离间距1.4m左右，以及施工受电气化柱影响，采用分两批次进行。第一批施工的为Z1-1、Z1-3、Z1-4、Z1-5、Z1-6、Z1-7、Z2-1、Z2-2、Z2-3、Z2-4、Z2-5、Z2-6、Z2-7、Z4-1、Z4-2、Z4-3、Z4-4、Z4-6、Z4-7及D1、D3、D4电化柱挖孔桩；第二批施工的为：Z1-2、Z3-1、Z3-2、Z3-3、Z3-4、Z3-5、Z3-6、Z3-7、Z4-5、D2号桩。

线上挖孔桩为：32根φ1.8m，L=15m；线下边坡防护挖孔桩（1.8×1.8m）32根，长度15m，施工时与线上挖孔桩错开施工。

线上挖孔桩（支点桩）护壁采用C25钢筋混凝土、桩身采用C30钢筋混凝土。其施工工艺流程为：施工准备→测量放样→人工挖掘成孔、支护→清基→C30混凝土封底→相关单位进行质量验收→钢筋笼制安→相关单位进行质量验收→灌注混凝土。

线下挖孔桩（防护桩）护壁采用C25钢筋混凝土，桩身采用C25钢筋混凝土。其施工工艺流程为：施工准备→测量放样→人工挖掘成孔、支护→清基→C30混凝土封底→相关单位进行质量验收→钢筋笼制作→吊装钢筋笼→相关单位进行质量验收→灌注混凝土。

3.2 线路架空加固

3.2.1 线路加固方案

线路架空主跨采用D16连续D型便梁 （拼装式），长度53.25m（挖孔桩间距不大于16.4m）；线路架空上、下行线石门方向副跨采用D16型便梁，长沙方向副跨采用D12型施工便梁。

3.2.2 上、下行线线路架空平面图

图2 架空加固平面示意图

3.2.3 施工行车防护方法

线路加固及框架顶进施工在区间正线上、下进行，施工期间需封锁线路作业及慢行作业。

慢行期间在施工点设2名防护员，分别在上、下行方向负责接车，并带齐有关防护用具，随时与驻站联络员保持联系，在每趟列车经过施工地点前吹笛并加对讲机提示。封锁期间设3名防护员，施工地点1名，两端800m处各1名。

3.2.4 便梁安装

（1）便梁的运输方式

便梁及配件由汽车运送至施工现场。

（2）起重设备选择及概况

根据现场实际情况以及查看吊车性能表后，本次两线间便梁吊装拟选择两台220t全液压汽车起重机。在配重50t、支腿全伸展的情况下，臂长为30～40m，工作幅度16m，额定起重量20t。线路外侧便梁拟选择两台130t全液压汽车起重机吊装。

吊机摆设地点：石长线上、下行吊机分别设于K102+294两侧路基边下，两台吊车距离30m；距离路肩边4.8～5.0m处。

（3）封锁线路，人工穿钢枕施工，封锁点毕，开通线路，仍执行原限速45km/h。事先在钢轨上标识横梁的位置，按混凝土枕间距，每空混凝土枕穿一根钢枕，开挖一空穿一根，穿一根加固一根，与钢轨接触面垫好绝缘板，如此反复逐次施工，严格控制水平和方向，确保行车安全，其两端与纵梁联结，联结方法采用高强螺栓与纵梁联结拧紧。

（4）纵梁安装就位

D型施工便梁纵梁吊装前摆放位置：根据地形条件及道路条件等优势，预先将两线的纵梁及上行线外侧纵梁摆放在上行线外侧安全及便于起吊的位置。下行线外侧纵梁摆放在下行线外侧安全及便于起吊的位置。

两线间D型施工便梁纵梁吊装安排：两线间的（上行、下行）主跨纵梁整体（长53.25m，重30.1t）吊装，利用2个垂直“天窗”采用两台220t的吊车抬吊安装到位，两线间的（上行、下行）两端的副跨D12、D16型施工便梁（D12：长12.4m，重4.7t；D16：长16.4，重7.4t）利用1个垂直“天窗”采用两台220t的吊车安装到位。

图3 两线间上下行线主跨吊装平面示意图

图4 两线间上下行线副跨吊装平面示意图

线路外侧D型施工便梁吊装安排：下行线外侧主跨施工便梁分成两段（长26.625m，重15t）吊装，采用两台130t吊车分别吊装（一个“V”天窗点内）完成；副跨长沙方向D12纵梁及石门方向的D16纵梁分别采用130t吊车吊装（一个“V”天窗点内）完成；上行线外侧主跨施工便梁分成两段 （长26.625m，重15t）吊装，采用两台130t吊车分别吊装（一个“V”天窗点内）完成；副跨长沙方向D12纵梁及石门方向的D16纵梁分别采用130t吊车吊装（一个“V”天窗点内）完成。

图5 下行线主跨吊装平面示意图

图6 下行线副跨吊装平面示意图

（5）纵、横梁连接

纵梁吊装到位后，立刻进行纵横梁的连接施工。联结板将牛腿与横梁联结，牛腿及联结板上均应上满螺栓，弹簧垫圈亦不得漏装；纵横连接完毕后，拧紧螺栓，随时检查，上紧松动的螺栓，待全部拼装齐全后，须将全部螺栓进行加力，尤其是主要构件联结部位的牛腿及联结板上的螺栓，全部上满并同时上紧，紧度适中，以免破坏弹簧垫圈应有的作用（弹簧垫圈置于螺帽与平垫圈中间）。

3.3 框架顶进

顶进顺序：顶进框架Ⅰ→框架II处支墩转换→顶进框架II→框架III处支墩转换→顶进框架III→框架Ⅳ处支墩转换→顶进框架Ⅳ→拆除架空便梁及恢复线路。

为使千斤顶及后背均匀受力，在后背前方与框架底板各布设钢横梁。顶进时油压泵站放置在框架底板上，千斤顶、顶铁轴线要一致。

3.3.1 框架试顶

试顶的目的是继续检查一下顶进设备是否正常，顶力是否均匀，后背、滑板及箱体有无异状，并使框架与滑板分离。试顶时，油泵应逐渐加压，每次生压后还要稳定10min，并对设备及滑板、后背梁等发生的裂缝情况进行检查。

（1）各有关部位及观测点均应有专人负责随时检查变化情况；

（2）开泵后，每当油压升高5～10MPa时，须停泵观察，发生异状及时处理；当油泵油压表升高35MPa时，应立即停止试顶，加千斤顶后再重新试顶；

（3）当千斤顶活塞开始伸出，顶铁压紧后应即停顶，经检查各部位无异常现象时，可再开泵，直至桥身起动。

3.3.2 挖土及出土

在顶进框架时利用一台斗容1.1m3PC220挖掘机进行分层挖土并用铲车及后八轮运输车运至场外，及时对挖出的顶进通道用速凝混凝土进行换填，换填基础达到强度后，立即进行框架顶进。

挖土注意事项：

（1）挖土中发现管道、电缆及其他埋设物应及时报告，不得擅自处理；

（2）挖土时不得暴露挖孔桩支墩，若支墩暴露，则可能造成支墩失稳，危及行车；

（3）列车通过时应停止挖土，挖土及配合人员撤离开挖面1.0m以外，挖土时如发生坍方，影响行车安全，应迅速组织抢修加固，现场布置预留抢险通道，配备抢险材料。

3.3.3 框架顶进

顶进工作的过程是：开动高压油泵，使千斤顶产生顶力，通过传力设备，借助于后背的反作用力，推动框架前进。框架前进后，回镐使千斤顶复原，然后在空挡处填放顶铁，进行下次顶进，如此循环往复，直至框架就位。顶进时应注意以下几点：

（1）框架起动后，开始为不切土的空顶，但此时需要注意控制好框架顶进的方向，切不可麻痹，以免造成偏差，造成纠正困难。

（2）要严格控制中线偏移和水平高差，每顶一镐都要进行观测，及时进行纠偏。

（3）安放顶铁、千斤顶要做到三个一致，及轴线一致、长短搭配一致、位置一致。为减少顶铁自由长度和增加稳定性，每间隔4～8m顶铁设横梁一道 （横梁用工字钢或H型钢加工）。每行顶铁间用方木顶紧。

（4）顶进过程中要对中线、高程、油表读数、千斤顶开动台数、顶力、顶进时间、顶进距离要每一顶程都要进行观测和记录，以供分析和为下一次顶进时采取纠偏措施提供依据。

3.3.4 测量

顶进时框架的准确就位是本次顶进的施工难点及重点，因此测量工作尤其重要。

要准确掌握框架顶进的方向和高程，在顶进的后方设置观测站，观测站应离后背一定距离，以免后背变形而影响观测仪器的稳定，观测站设经纬仪及水平仪各一台。

在顶进过程中，框架每前进一顶程，即应对框架的轴线和高程进行观测，并要做好详细记录，如发现偏差应及时通知顶进指挥人员采取措施，进行纠正。

施测过程中，对水准点及标尺等要进行经常检查，核对位置如有变位或过大误差时要及时校正。

3.3.5 纠偏

纠偏是指在顶进框架的过程中出现的方向及高程的偏差进行纠正使之回复到设计位置的各种措施，由于本次框架顶进框架基础是换填速凝混凝土，高程在换填混凝土要测设好，以便于顺利顶进，但框架方向的控制及纠偏是本次顶进施工的难点，可从以下几个方面进行纠偏和调整：

（1）框架在空顶阶段容易发生方向偏差，在顶进东西两侧框架时要充分利用导向墩进行方向控制，一镐一调整。如方向偏差太大，导向墩难以控制，可用200t千斤顶进行调整，以保证框架入路基土后的设计方向。

（2）框架进入路基后，若方向出现偏移可利用以下方法进行调整。

（3）增减一侧千斤顶的顶力：即开或关一侧千斤顶阀门，增加或减少千斤顶顶力数。如向左偏，即关闭减少右侧千斤顶，如向右偏则反之。

（4）轮流开动两边高压油泵调整：如向左偏就开左侧高压油泵，向右偏就开右侧高压油泵。

（5）顶铁调整：在加换顶铁时，可根据偏差的大小，将一侧顶铁楔紧，另一侧顶铁楔松或留1～3cm的间隙。如框架前端右偏，即将右侧顶铁楔紧，左侧顶铁预留间隙，开泵后，则右侧先受力顶进，左侧不动。

（6）在框架前端加横向支撑来调整，支撑一端支在框架边墙上，另一端支在开挖面上，顶进时迫使其向被顶一侧调整。

3.3.6 拆除线路架空

（1）框架顶进到位后，对框架两侧空缺区和框架顶部（顶进前可先在顶部预填河砂不少于200mm）回填砂、石料、并捣实。

（2）根据批准的封锁、慢行计划，到附近车站办理相关手续。先拆横梁连接配件、后拆纵梁，拆梁前，必须先备有足够的道碴和运碴工具，每拆一根梁后，马上回填道碴边填边捣，拆除步骤与安装相同。

（3）拆除线路架空便梁期间，养路工班应加强技术力量，勤检查，勤捣实，发现线路不良处时应妥善处理，特别是对线路较大的起道，必须严格遵守营业线起道规定，严禁起高道。

（4）更换桥枕及安装护轮轨

更换桥枕：便梁的拆除在框架顶进就位及翼墙完成施工后，按与安装相反的程序进行。拆除前要先将横梁下的道碴串捣密实，先拆除纵梁，再拆除横梁。抽横梁时同样按照“隔六抽一”的方式将钢枕及铺枕换抽为设计要求的桥枕，将道碴夯实，多次提高压平，加强线路捣固，直至不再下沉，并达到要求标高为止。

安装护轮轨：桥枕更换完成后，在“天窗”点进行护轮轨安装；安装时注意先安装护轮轨直股部分，最后安装两端梭头，梭头安装完毕后进行绝缘检测，合格后方可开通线路。

4 结束语

常德市尚德路下穿石长铁路工程为常德市尚德路开通建设的节点工程，从2016年7月1日正式进场施工挖孔桩至今，一切顺利，满足了业主的工期要求，各项技术指标符合施工验收规范要求。在石长线运输繁忙、要点困难的限制条件下，现场采用连续D便梁整体架空逐孔支墩转换顶进施工，现场吊装合理安排，对既有线路影响时间短，影响范围小，且大大缩短了施工周期，节省了建造费用。随着铁路的提速改造和道路交通的发展，在既有铁路线下采用该架空方式顶进框架施工可供类似工程参考。

[1]中华人民共和国铁道部.《铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB 10 415-2003/J 286-2004）.中国铁道出版社，2003.

[2]唐文阁，李勤良.框架桥涵顶进施工技术简介.四川建筑，2008（2）.

[3]舒文超，朱健身.桥涵顶进施工中常见纠偏法的结构受力分析.建筑技术，2002（11）.

[4]梁红燕.大型火车站内顶进框架桥的设计.铁道标准设计，2011（2）：76～79.

U449.5

A

2095-2066（2016）36-0237-04

2016-10-14

申 佩（1984-），男，工程师，主要从事铁路、公路工程施工与管理工作。