大型下穿铁路框架桥破桩顶进施工工法探析

2018-06-01黄耀民

铁道运营技术 2018年2期

黄耀民

（南宁铁路局建设管理处，助理工程师，广西南宁 530029）

1 前言

下穿既有线框架桥顶进施工工艺，有着不中断既有线运营、土方开挖量少等优势。随着我国铁路运行速度不断加快，实现既有线平交改立交是目前解决增速难题有效方案之一。对于大型下穿铁路框架桥而言，在一些双线地段或者站场咽喉区，因线间距不能满足施工便梁安设条件，此时就要采用工字钢横抬梁方法进行加固线路，即用破桩顶进的方法进行施工。

南宁市沙井～南站立交桥下穿铁路框架桥工程建设成功运用了破桩顶进这项施工工法，整个框架桥下穿包括湘桂线、南环联络线、联1线、牵1线、牵3线、货场线、煤专线、湘桂A线共8条线路及站场股道。在工程建设过程中，面对长行程大跨度框架桥顶进方向控制难度大、破桩顶进对既有线加固支撑体系要求高等施工技术难题，笔者不断摸索与创新，总结出一套大型下穿铁路框架桥破桩顶进施工工法，解决了高风险及复杂地质条件下大型下穿铁路框架桥顶进的施工难题，可为类似工程施工积累经验和提供借鉴。

2 工程概述

南宁市沙井～南站立交桥位于南宁市沙井大道和南宁市南站铁路相交处，采用12.25 m主车道+9 m匝道+10 m辅道+4 m人行道。其中，东主线、G匝道和D辅道拟通过新建2座立交桥下穿铁路，两立交桥均采用三孔连续框架，孔径布置为（13.7 m+9.5 m+13.7 m）。新建立交桥桥位处现状铁路共8股道，由南至北分别是：湘桂线、南环联络线、联1线、牵1线、牵3线、货场线、煤专线、湘桂A线。

施工前，用工字钢纵挑横抬梁+P 50(3-3-3-3)吊轨梁对线路进行加固，共需加固8股道，纵梁采用Ⅰ56 b工字钢，3根一束，采取单层布置。横抬梁采用Ⅰ56 b工字钢，间距0.5 m～1 m。纵横梁采用直径1.5 m人工挖孔桩作临时支墩，设12排桩共144根桩支撑桩。按设计要求采用支护桩后背墙。框架预制完成、线路加固完成后方可实施顶进。顶进过程中采用支撑垛配合滑梁分散荷载，增加扣轨数量确保施工安全。施工期间湘桂线、南环联络线及湘桂A线列车实行限速45 km∕h通过，其余各列车实行限速25 km∕h通过。

3 破桩顶进施工操作要点

3.1 线路加固线路加固方式需考虑多种因素，首先是安全方面必须满足《铁路技术管理规程》的相关规定；其次要考虑操作的可行性。由于需要跨越既有线多股道，线路加固材料只能依靠小型器械及人工搬运，材料重量不宜过大，此外由于多股道轨底标高不在同一水平标高，故需采用“纵挑横抬”及“横挑纵抬”相结合的方式对线路进行加固。道岔区的线路加固尤其关键。首先是道岔区线路抗横移刚度较低，此外加固措施不到位容易影响相互间的两条线路，且后期调整困难。经过实践检验，采用增加扣轨数量是行之有效的方案，如图1所示，但是需确保与轮毂之间的安全距离并预防“红光带”。

图1 线路加固示意图

3.2 顶进施工

3.2.1 顶进施工准备顶进前需要做好以下几方面的准备工作：一是注意滑板的施工质量，其平整度和摩擦系数需检测合格；二是框架预制过程中需要埋设相关的预埋件，如中继间设施，顶墙预埋钢板及防线路横移措施预埋件；三是做好顶进设备的安装与调试；四是做好监控量测的预埋点位布设；五是顶进应急抢险物资的储备。

3.2.2 框架顶进

3.2.2.1 框架顶进总体施工步骤如下：

试顶→挖土顶进→拆除支承挖孔桩和纵梁→挖土顶进→框架就位。

3.2.2.2 顶进设备安装调试和试顶

1）设备安装。顶进最大框架箱体长27.6 m，最大顶力为13 100 t，采用相向对顶的方法顶进，共需500 t千斤顶80台（其中12台备用），最大顶程为35.9 m。

2）调试和试顶。调试工作包括全面检查液压元件是否可靠、千斤顶功能有无异常，管路有无泄漏，测定起动推力，检查后背的变化情况等。

试顶前应检查以下项目，符合下列要求方可试顶。

（1）箱身混凝土必须达到设计强度。

（2）线路架空加固情况良好，后背及顶进设备情况良好，现场照明良好。

（3）油压表应按规定送技术监督局进行标定并取得鉴定合格证，液压系统安装及试验情况良好。

试顶时应做到：

（1）各关键部位及观测点处均有专人负责，随时注意变化情况；

（2）当千斤顶活塞开始伸出，顶柱（顶铁）压紧后立即停顶，检查各部位情况无异常现象可再开泵，直至箱身起动。

（3）开泵后每当油压升高5～10 MPa时须停泵观察，发现异常，及时处理；

（4）试顶完成后还要进行一次全面检查，如各部情况均属良好便可进行正式的顶进作业。

3.2.2.3 顶进组织和工艺

1）顶进程序（1）当箱身在基坑底板上移动时，其流程如下：千斤顶工作→箱身前移→油泵回油→箱身停进→接（换）顶铁→千斤顶工作，如此反复进行。

（2）当箱身与路基接触后，在接（换）顶铁的同时增加挖运土方工序，其流程为：

千斤顶工作→箱身前移→油泵回油→箱身停进→接（换）顶铁的同时进行挖土、装土、运土以及基底处理→千斤顶工作，如此反复进行。

2）安装顶铁和顶柱。顶进前将不同规格尺寸的顶铁、顶柱进行组合，在顶进过程中按顶进长度进行安放。事先要准备好足够的拖运和起重设备，用于安装钢横梁、顶铁顶柱，配合顶进施工。每增加4～8 m顶柱增设一道钢横梁，以增加顶住的横向稳定性。

3）破桩顶进。凿除支承纵梁的挖孔桩，如图2所示。

图2 破桩顶进示意图

具体施工方法如下：

（1）使用2台卷扬机从两组横抬梁间把下方的大纵梁吊起，拆除桩顶垫木，使大纵梁脱离支撑桩顶（支撑桩不受力即可）。

（2）破桩时，从框架中心向两边匀称破除，待桩破除的剩余高度不影响放下和抽出大纵梁时，使用卷扬机放下大纵梁，使用挖机把大纵梁从框架内拽出，再使用吊车运出基坑。

（3）支撑桩破至框架底板底面以下1.0 m后，采用级配碎石回填密实。

破除孔桩顶进过程中，先撤除支撑枕木垛与横梁之间的木尖，将工字钢落于滚筒上，支点落于框架顶面，利用滚筒减少横梁与框架之间的摩擦将框架顶进，同时采用8 t倒链葫芦牵拉在扣轨排最外一侧，倒链葫芦间距4 m，顶进时随着顶进速度缓慢拉紧，防止线路跟着顶进框架横移，每完成一次顶进后，立即采用100 t千斤顶将横梁顶起，然后安放支撑枕木垛及杂木板，并打木尖恢复线路。

为加快顶进速度缩短对线路行车的影响，采用人工配合挖掘机三班倒挖土，每次挖土进尺按0.5 m左右控制，开挖面坡度不陡于1：0.5，开挖时先挖中间及底部，再挖边部。如在顶进挖土过程中检测基底承载力不满足设计要求可采取换填速凝混凝土等措施，基底顶面应稍高2～3 cm。挖两侧土方时应该适当欠挖切土顶进，减少暴露时间防止侧塌。顶进过程中如果发生路基坍塌，必须清除全部坍塌松土，回填级配碎石（掺5%水泥）处理。

4 顶进监控量测

顶进过程中的监测主要包括以下内容，一是对线路的监测；二是对顶进后背、顶墙的监测；三是对框架位置、高程的监测。主要通过以下方法预测。

顶进线路监测由现场技术员与车站、工务段施工人员配合检查，除了日常巡检，坚持“趟检”、“交接检”，每趟车过后均及时检查，交接班前班后均检查，填写巡检日志，及时反馈检查出现的问题，采取应对措施。

顶进后背及顶墙的监测措施：一是实时监测最大顶力，通过控制最大顶力不超过设计值确保后背的安全。二是对顶进后背墙的位移监测。通过布设在顶进后背墙影响区域外的置镜点和定向点定向轴线，通过校核点对置镜点和定向点进行位置校核，即三点之间连线夹角α变化值在允许范围内（2″），然后对后背观测点的主位移值进行观测（初始位移值在顶进开始前采集X0,每次的观测值为Xn、变化值△x=Xn-X0），主位移值超过容许值则进行预警，并及时采取纠偏措施，如图3所示。

图3 顶进后背监测示意图

框架顶进过程中的位置监测采用以下方法：一是采用“轴线控制点约束法”，即在框架顶程外的轴线上设置两个控制点配合测量吊架对轴线偏位情况进行测量，如图4所示。二是在框架外侧设置顶进控制边线，即框架边线外约50 cm沿着顶进方向设置控制边线，没顶程测量距离的变化情况，根据相似三角形原理推算出偏移距离，对框架顶进情况进行调整。三是高程测量方法即外挂透明塑料管弯成槽形固定在边墙上，内装红色液体，在两端直立段标出设计坡度要求的液面位置。检查时只要看两端液面是否与所标示位置一致即可，并可根据需要设置刻度尺，根据刻度尺读数精确测量框架高程位置偏差，如图5所示。对于切土顶进的框架高程轴线控制可以借助全站仪、水准仪及激光导向仪等辅助量测。

图4 轴线控制点约束法示意图

图5 箱身顶进前后水平观测装置图

5 顶进纠偏措施

对于顶进过程中通过量测发现的线路问题，框架轴线高程偏位问题需根据具体情况采取不同的纠偏措施。对于常见的线路横移及沉降情况，采取以下应对措施：一是增加杂木楔片或者补充道砟。二是增加扣轨梁或轨距杆。三是采用倒链葫芦配合滑移设备调整。四是对于两侧框架对顶的情况，可以适当采用对顶框架的反作用力调整线路横移。如图6所示。

图6 线路纠偏措施示意图

对于框架出现轴线偏移情况，根据偏移量的大小选择以下几种方式进行纠偏。一是采用“超、欠挖土法”。对于框架偏移侧的土体适当欠挖，而另一侧土体适当超挖，使偏移侧切土顶进，利用土体摩擦力和反作用力调整框架位置，这种方法调整框架偏位较为迅速，但是必须确保框架大部分涵身进入土体，否则容易出现“摆尾”即整个框架轴线平行横移的情况。对于轴线偏位不大的宜采用“不均匀布顶法”。此种方法可分两种方式实现，即两侧油顶数目不等或两侧油顶对框架轴线的力矩不等的方法调整。此外轴线偏位还可采用“外加导向梁法”提前干预，即在框架外侧设置钢筋混凝土导向梁，约束框架的两侧位移，使其沿着设计轴线方向移动。但是这种方法仅适用于框架自重较小的情况，且对导向梁的施工要求较高，要求导向梁具有较大的抗剪强度。框架轴线偏位调整情况如图7所示。

图7 框架轴线偏位调整

对于框架出现的“抬头、栽头”情况，可以根据现场实际偏移量采取以下纠偏措施：一是框架内部堆载法，即在框架抬头位置堆载重物，使其顶进过程中出现“栽头”趋势，逐步调整至设计标高，这种情况对基底及滑板的承载力要求较高，对于不良地质情况不宜采用此法。二是采用“压桩法”，即在框架底部预留方形缺口，预制小型混凝土桩，在“栽头”位置使用油顶将预制桩“挤入”底部土体，使框架底板抬升，达到纠偏的目的。三是采用“滑板接长法”，即在顶进方向采用混凝土硬化滑板，逐步调整框架高程使其满足设计要求，如图8所示。