探讨下穿铁路框架桥的顶进施工技术

2019-01-24郑文豪

建材与装饰 2018年49期

郑文豪

（中铁十一局集团城市轨道工程有限公司湖北武汉 430000）

引言

下穿铁路框架桥的顶进施工方法，是解决道路与铁路相交的主要方法。平交道口改为立交道口，由于其独特的优点及适用性，被各大城市广泛地推广应用，极大地缓解了城市交通压力，但是施工风险也极高，易出现既有线路基土体失稳或者由于地基处理不足导致的质量事故。因此，在下穿铁路框架桥的施工中，合理应用顶进施工技术尤为重要。

1 顶进施工方法分析

顶进法施工，是不需要爆破直接施工开挖土层的地下结构施工，经常用于建设地下重要管线和下穿既有道路或铁路的各种框架桥。其施工特点就是施工开挖不影响既有运行车辆的日常出行，将利用千斤顶力施加预制完备的箱涵上，顶入路面下的地层之中。顶进法是地下结构物施工重要的施工方法，根据工程地质条件、施工技术要求、工期要求等因素的不同，顶进法可分为顶入法、中继间法、对顶法、顶拉法等，下面详细阐述施工方法的适用性：

（1）顶入法施工

桥梁下穿既有道路或者铁路工程，不管是斜交角度、框架结构跨度、覆土厚度等不同因素的限制，在施加顶力完备的情况下，顶入法可将结构一次性顶进完成。它最初用来建设地下管道，其优势就是工序简单明了、施工方便。但下穿铁路修建箱涵施工，工作坑布设在铁路一侧，这就需要很大的顶力顶入施工。

（2）中继间法施工

中继间法施工适用于箱涵顶程过长、覆土厚度较深、提供顶力不能满足工程要求等情况，这时就需要将主体分段顶进。将框架结构分成几段分别预制，在分段中间设置中继间千斤顶，前端箱涵结构视后端结构为后背，通过后端结构反作用力进行前端施工顶进。

（3）对顶法施工

对顶法施工应用于框架结构较长、顶力需求较大、工作坑场地限制等情况，导致修筑后背和安装顶进设置比较困难。它可以减少后背反力和顶力需求，但是两侧框架对接要求较高，建设投资费用也较昂贵。对顶法是将箱涵分成两段框架制作，在不影响铁路运行的两侧合适的位置分别开挖工作坑，预制滑板，修建后背墙，同时利用反力将框架分别顶入土层。

（4）顶拉法施工

当箱涵下穿多股既有铁路线、主体结构较长、结构顶部覆土厚度较小时，宜采用顶拉法架空顶进。它一般适用于修建中小型箱型框架，可优先解决后背需求难以满足的问题。顶拉法将整体箱涵分成若干段框架，不用修建固定后背，采用足够长的钢筋将各段框架连接到一起，借助中继间施工原理，利用两段或多段框架与土层、滑板的摩阻力，利用千斤顶克服另一段摩擦阻力，将框架结构逐段顶进至设计位置。

2 某市下穿铁路框架桥工程概况

项目为2×11.5m双孔框架地道桥下穿铁路工程，南北两侧各两节箱体，新建道路为南北走向，铁路为东西走向。北侧桥体在不中断铁路线行车通行、南侧桥体在驼峰线单钩溜放的条件下，顶进就位，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，属软土且厚度较大，承载力很低，自稳性差，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，顶进段梁体分段多，防止地道箱体漏水存在较大难度。

3 顶进施工技术分析

3.1 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，具体布置如图1所示。

图1 南北侧顶进坑平面布置图（单位：mm）

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600mm，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，具体布置如图2所示。

图2 南北侧降水井布置图（单位：cm）

3.2 顶进施工

该工程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。

3.2.1 工艺流程

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。

3.2.2 顶进及挖土施工

（1）进挖土共计31348.2m3掘机和一台装载机出土作业。顶进的顶力不能过大，一般为桥体自重0.8～1.3倍，专人对滑板、后背框架和设备进行检查。

（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。顶进施工中严格做到四不挖土：①过车时不挖土；②交接班时不挖土；③机械设备发生故障时不挖土；④较长时间不顶进作业时不挖土。

3.2.3 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，通过调整左右开镐数量和侧刃角不对称吃土的办法加以控制。

3.2.4 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。

（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。

3.3 线路加固方案

（1）纵梁线路加固体系

纵梁加固体系是以纵梁为主要受力构件的线路加固，属于“梁式结构”，它最大的特点主要是随着跨度的加大，承受的最大应力以二次方的速度増长。采用纵梁线路加固体系，箱涵框架结构顶进时不需要分担线路加固荷载，可以空顶施工，避免了因土方坍塌影响列车正常运行的问题。它满足于跨度较小的框架施工，无法满足大跨度的箱涵施工。工程中为了尽可能地弥补这个缺陷，采取在箱涵顶进前方范围设置人工挖孔桩，顶进至桩位置时拆除桩即可。

（2）横梁线路加固体系

横梁线路加固体系是以横梁为主要受力构件的结构加固，属于“板式结构”，可以沿着线路方向进行无长度限制的延伸。横梁承受线路荷载可分为支撑枕木底部和支撑轨道底部。线路加固体系采用支撑轨道底部时，必须防止钢轨短接，在轨道底部须布设橡胶板或绝缘木板。采用支撑枕木底部时，枕木对上部传来荷载的分散作用相对于横梁受力而言要好些，施工过程中开挖基床较深，对既有路基影响较大。横梁线路加固体系更适合大型框架桥地道桥的线路加固。