复杂环境下地道桥超长箱体顶进关键技术

韩少华

（中铁十八局集团第二工程有限公司，河北 唐山 064000）

1 工程概况

随着社会的进步，一些市政道路与既有铁路出现交互的情况，绝大多数是以下穿的形式经过该路段，安全风险大。某项目为11.5m-11.5m双孔框架地道桥下穿铁路工程，南北两侧各2节箱体，新建道路为南北走向，铁路为东西走向［1］。北侧桥体在不中断铁路线行车通行的条件下，南侧桥体在驼峰线单沟溜放的条件下，顶进就位，共顶进4段框架地道桥。工程主要特点为：周围环境复杂，需下穿10条铁路线，既有铁路路基沉降要求高，安全风险大，对既有线加固工作量大、范围广；地质条件差，持力层处淤泥质粉质黏土，承载力只有85kpa，流塑状态，属软土且厚度教大，承载力很低，自稳性差，工作坑开挖时易产生线路溜向工作坑，顶进时易产生扎头；顶进箱体南北两侧共计117.788m，顶程超长，顶进难度大；顶进段梁体分段多，防止地道箱体漏水存在较大难度。

2 既有铁路线加固方案

2.1 既有线轨道加固

根据现场情况，线路加固进港二线、道岔等10股道，采用“纵横梁整体架空线路加固”的方法。线路加固横梁采用I45b工字钢，间距为0.6m（道岔处）和0.9m，相邻横梁接头错开1.5m，横梁应垂直于线路穿入，先中间后两侧。为了减少箱涵顶入时的阻力，并使横梁联结成为牢固的整体，沿线路方向在线路两侧采用3根Φ45b工字钢纵梁与各横梁扣接，置于横梁上，纵梁两端须以旧枕木垛支撑，加固长度75m。吊轨与其下的木枕用Φ22-U型螺栓联结在一起，扣轨采用43kg/m钢轨。加固完成后，箱体顶板预制时在尾部每隔3m设置拉环，采用倒链与线路加固系统联系在一起（见图1）。

图1 既有铁路线上加固图

2.1.1 横梁加固

（1）横梁加固采用I45b工字钢加固线路，间距0.9m，北侧体系横梁共88道，每隔一根与抗移桩进行联接，且线路南北两侧横梁均间隔排列，相邻两道横梁端部距离3m，以便加固体系能及时上桥，确保线路稳定［2］。

（2）横梁由I45b工字钢联接组成，涉及道岔7组，且受线路方向影响，横梁出现折角，因此横梁长度需依具体位置确定，折角位置采用焊接进行连接，直线横梁的连接采用高强螺栓连接。加固体系采用分块加固的方法：先加固南侧加固体系，后加固北侧体系。

（3）穿入工字钢横梁采取隔6穿1的作业方法［3］，分组进行，每根横梁沟挖完后立即穿入工字钢，穿入工字钢横梁时采用吊车、挖掘机配合人工方法进行施工，横梁用U型卡子和扣板与吊轨联结，线路钢轨与横梁交叉部位采用3.4m通长木板进行隔离，横梁联结完毕，及时回填捣固，质量达到要求后进行下一根横梁作业。根据各股道标高不同，采用不同厚度（30～150mm）的通长方木及（I40b、I45b）短工字钢对股道高差进行调整，确保穿入的横梁保持水平。

2.1.2 纵梁加固

（1）线路两侧铺设I45b工字钢纵梁（3根一束），长度最长为75m，道岔位置纵梁根据位置确定，共12道。在支撑桩上铺设I45b纵梁，2根一束，总计4道，每道长度26m。

（2）在最北侧纵梁外侧上铺设双排90型钢作为加强大纵梁，长度30m，两端分别搭在防护桩冠梁上，并设置硬支撑。用卡具将纵梁与横梁束紧，纵梁两端用枕木垫梁，增加强度。

2.2 既有线路基加固

持力层为淤泥质粉质粘土，承载力只有85kPa，流塑状态，承载力很低，属于软土，厚度较大，为防止工作坑开挖时产生线路溜向工作坑，导致路基坍塌和顶进时产生扎头，具体做法如下：

（1）为防止框架桥顶进施工施工时路基坍塌，在框架桥四角均设置防护桩24根，桩长17m，桩径1m，间距为1.75m，桩顶设冠梁。

（2）为防止线路在顶进过程中发生偏移，则在桥顶进方向铁路对侧设抗移桩11根，桩长15m，桩径1m，间距4m，桩顶部设置通长冠梁。冠梁上预埋钢筋拉环，顶进前与加固工字钢横梁采用Φ32钢丝绳双卡双扣，专人来接，专人检查，确保施工安全。

（3）在距进港二线下行线铁路线路中心线外侧5m处设置支撑桩9根，桩长7m，桩径1m，间距4m。详见图2。

图2 防护桩、支撑桩、抗横移桩平面布置图

防护桩、支撑桩和抗移桩的位置及顶面标高不得高于加固横梁底标高，以确保正常加固使用。防护桩、支撑桩、抗移桩地下部分采用钻孔灌注桩，施工时距离线路中心4m设置围栏防护，并加强监护工作，防止钻机、钢筋笼和吊车侵入铁路限界，钢筋笼采用2.5m一节，人工抬运安装，防止触电。列车到来时，禁止进行移动钻机和下钢筋笼作业。

3 顶进坑设置

顶进工作坑采用桩长28m，桩径1.25m，间距为1.5m，共638根（其中南侧顶进坑358根，北侧顶进坑280根），桩顶设通长冠梁。围护结构止水帷幕水泥搅拌桩为双排咬合桩桩径0.6m，桩间距0.4m。具体布置见图3。

根据钻探情况分析，地下水位较高，为保持干槽（坑）施工，铁路两侧及工作坑四周需设置降水井进行降水，综合考虑多种因素的影响，采用大口井井点降水，管井共计114眼（南侧58眼，北侧56眼），管井钻孔直径Φ600，管井底标高均为-11.5m。降水范围包括工作坑、后背、出土坡道、桥体顶进既有线范围。具体布置见图4。

图3 南北侧顶进坑平面布置图

图4 南北侧降水井布置图

4 顶进施工

采用挖土顶进法施工，双向对顶，南侧顶程91.325m，最大顶力191952.6kN；北侧顶程75.878m，最大顶力107800kN。

4.1 工艺流程

（1）具体流程：安装调试顶进设备→试顶（空顶）→ 顶进（出土）→顶进（出土）→箱体监测、线路观测维护、更换顶铁或横梁、挖土和出土→箱体顶进→顶进观测、纠偏→箱体测量是否就位→顶进结束［4］。

（2）顶进开始前进行试顶，试顶的顶力不能过大，为桥体自重0.6～1.0倍，启动时不能突然增大到此压力值，控制油泵逐渐加压，每升压一次稳定3～5min，并由专人对滑板、分配梁和设备进行检查，如一切正常，方可加压进行正常顶进，在加压过程中如油表值突然下降，表示框架与滑板脱离，框架开始向前移动，直至刃角吃土后试顶结束。顶进过程中利用挖掘机和铲车出土作业，如此循环施工直至顶进就位。具体如图5。

图5 顶铁平面布置示意图

4.2 顶进及挖土施工

（1）顶进挖土共计31348.2m3，每孔内设置1台挖掘机和1台装载机出土作业，挖掘机挖土刷坡，装载机将土运出箱体，然后由挖掘机配合自卸汽车通过马道将土运出基坑。顶进时利用列车运行间隙进行，列车通过时严禁顶进。顶进的顶力不能过大，一般为桥体自重的0.8～1.3倍，设专人对滑板、后背框架和设备进行检查。线上设专人与线路加固负责人协商是否可以顶进，得到肯定后且确认无列车通过时，利用对讲机通知孔内负责人开始顶进。

（2）挖运土作业采用挖掘机挖土，刷坡并配合装载机、自卸汽车外运的施工方案，设专人指挥挖土作业，防止超挖，以免造成“扎头”现象。根据土质情况确定刃角吃土量，挖土与测量工作密切配合。根据框架桥偏差情况及时改变挖土方法，挖土刷坡时，坚持“一镐一挖一顶一分析”，以保证路基安全和作业人员的人身安全。顶进施工中严格做到四不挖土：一是过车时不挖土；二是交接班时不挖土；三是机械设备发生故障时不挖土；四是较长时间不顶进作业时不挖土。

4.3 顶进方向控制措施

从启动顶进到箱桥入土前的空顶阶段，主要利用导向轨（放置在导向墩和箱桥之间的钢轨）限制方向，箱体入土后，方向控制利用左右不均匀开镐，通过调整左右开镐数量和侧刃角不对称吃土的办法来加以控制，忽略底板前端土压力不计，随着箱体入土深度增加，侧墙静止土压力逐渐增大，由此产生的偏转力矩增大。这样通过控制开镐数量，形成力矩，来加以平衡，当单靠调整顶镐顶力效果不明显时，可以使两刃角左右不对称吃土，即当框构桥体左偏时，左侧少吃土，右侧多吃土，使左侧顶进速度快于右侧；当框构桥体右偏时，右侧少吃土，左侧多吃土，使右侧顶进速度快于左侧，从而控制顶进方向。

4.4 水平控制措施

（1）防止扎头：在滑板施工时，滑板面预留1‰的仰坡，给箱体以爬坡趋势，以升制降。在底板前端1.5m设置船头坡，顶进时船头坡挤压土体产生一个向上作用力。箱体出现扎头趋势时，顶进时让底板前端、侧刃角上部或全部吃土，使土阻力作用点上移，加大顶力，产生一个抬头力矩。

（2）防止抬头：当箱体出现抬头趋势时，可通过减小侧刃角及底板吃土量和箱体前端增加配重等措施来制止箱体抬头。

5 箱体防水措施

（1）地道桥南、北两侧各分两段顶进，后段框架底板搭设在前段底板上，前后两段局部搭接处设上、下两层钢板。同时为不使土壤挤进涵身，在底板和边墙设钢护套。钢护套采用10mm厚钢板，宽为1000mm，其中固定端为500mm，活动端为500mm，利用钢筋与主筋焊接牢固，钢板面与桥梁身混凝土外缘齐平。顶镐镐窝设在前段箱体底板中，在预制镐窝时，顶镐前后端预埋钢板。

（2）在箱体接缝处设置橡胶止水带，同时在顶进（一）段外侧设置1cm钢板，保护在顶进过程中土体对止水带的破坏，同时防止在顶进过程中，周围土体进入箱体内部。

（3）在两节箱体间设置橡胶止水带，若在止水带与顶镐钢板冲突，在钢板后侧预留止水带孔槽，待顶进后再进行止水带施工。

6 结束语

本工程通过使用工字钢纵横梁，设护桩、支撑桩、抗移桩等一系列对既有铁路线加固措施有效的消除了安全风险、路基沉降和顶进偏移的问题；通过对滑板预留1‰仰坡、在底板前端下设置了“船头坡”和刃角超挖或箱底超挖土方以及设置导向墩，及箱体内及滑板上控制点来控制两侧顶镐顶进行程，随顶随测，顶进中随时纠偏等措施解决了顶进时扎头、抬头以及箱体受力前顶时偏扭等问题，箱体就位后实测中线方向偏差值为1.9cm，满足设计要求；在箱体接缝处设置橡胶止水带，同时在顶进段外侧设置1cm钢板，对止水带进行二次保护的措施有效解决了箱体漏水问题。本工程针对地道箱体顶进各阶段提出了相对应的处理措施，既保证了工期要求，又能顺利安全的穿越运营中的铁路，为我单位后续地道箱体顶进施工提供了坚实可靠地依据，同时可供其它单位工程和类似工程的箱体顶进提供施工参考或借鉴。