一种高速铁路框架桥涵接长的新工法

2019-02-20连新奇

铁道勘察 2019年1期

连新奇

(海南铁路有限公司，海南海口 570125)

1 概述

我国高速铁路自本世纪初开始建设，至今已建成并开通运营的里程超过20 000 km。随着经济、社会的快速发展，铁路客运量大幅增长，初期规划设计的局限性逐渐显现，使得部分高铁线路需要增设车站，以适应地方经济发展及方便群众出行[1-3]。

高铁车站的增设将引起既有框架桥涵接长施工的问题[4]。其常规工法为:①涵洞八字墙后做桩基防护；②拆除八字墙；③接长涵洞施工[5]。其中，桩基施工及拆除八字墙都涉及到扰动路基本体，需要封锁线路施工，可能影响铁路运营安全[6-8]。因此，常规工法必须在高铁停止运营的天窗点施工，且存在工期长、效益差、安全性低等问题[9]。

在常规工法基础上，张景元等[10]提出新旧箱涵连接处的止水设计方案，可控制路基、管线的变形范围，使得施工期列车可慢行通过；曹建新等[11]提出了便梁加固线路顶进接长框架涵的快速施工方法，通过场外预制框架涵主体，减少了营业线作业时间，降低了既有线施工风险，但仍需要对列车进行限速。以往工法难以克服桥涵接长施工与列车运营之间的相互影响，以下提出一种新工法，可以在不影响高铁正常运营的条件下对框架桥涵进行接长施工[12]。

2 高铁框架桥涵接长的方案设计

海南环岛铁路东段长度为308.11 km，目前已增设1座车站，共涉及到6座框架桥涵需要接长。

2.1 总体施工方案

施工前，利用Ⅲ级封锁点对既有路基边坡插打钢板桩进行防护，再采用破碎锤拆除既有八字墙墙身及基础。基坑开挖前，应在综合维修段工务、信号、通信、供电专业监护人员的监护下进行探沟的开挖，探明地下电缆的走向、数量等，并做好相应防护工作。同时，建立和完善联系网络，实现与既有线行车与设备等管理部门之间的互联互通。

基坑开挖一般采用无支护机械开挖与人工辅助开挖，根据地质情况和基坑深度选取适宜的开挖坡度。在既有涵洞八字墙一侧，设置钢板桩、钢管柱和竹排进行既有路基防护。对于采用旋喷桩加固处理的涵洞，可与路基加固防护同步施工；对于采用基底换填砂夹碎石的涵洞，基坑开挖后应尽快施工，以防止雨水浸泡[13]。

根据铁路机车车辆限界制定施工临时行车限界，严禁施工机具、工程材料等侵入临时行车限界。大型机械施工时，必须采用“一机一人，人随机走”的防护原则。开挖后，基坑四周应搭设钢管或旧轨枕防护，夜间在醒目位置挂设照明灯，以防止行人车辆误入施工区域。

2.2 框架桥接长方案

采用绳锯设备对八字墙进行切割。既有八字墙顶面宽0.6 m，底面宽2.82 m，接长框构主体边墙厚0.72 m。八字墙切除至顶面以下1.5 m处时，人工凿出设置横向支撑工字钢的支点槽，放置2道I40a横向型钢。两端与[20型钢焊接，以方便绑扎钢筋及支设模板。在绑扎边墙钢筋时，钢筋间距可适当调整。八字墙切除后，路基边坡有1.5 m左右无防护，可将脚手架钢管打入坡面3 m进行加固，钢管单根长3 m，间距0.5 m，钢管与土体之间设置竹排支挡。如图1所示。

2.3 涵洞接长方案

加固说明:既有盖板涵填土高度6.9 m。对八字墙外侧进行钢板桩防护施工，钢板桩单根长度为6m。在钢板桩顶部靠八字墙一侧设置I20a型钢，工字钢与钢板桩采用U形箍连接，每米设置1道。在两道工字钢间设置1道横撑，横撑采用I20a型钢，长度为6.5 m。后设置斜撑使其形成整体固结。如图2所示。

图1 框架桥接长方案(单位：cm)

图2 2号涵洞钢板桩防护设置示意(单位：mm)

3 高铁框架桥涵接长的施工工法

3.1 施工准备

①开工前，应结合现场实际地形地质条件与设计要求，检查既有桥梁和涵洞，核对其布局、孔径、长度、出入口高程等基本数据。

②了解地方电源及水源情况，确定接电及接水口，并配备发电机。

③对地下管线、限高架等设备进行调查，并做好改移、防护、监护工作。

3.2 钢板桩施工

采用拉森40钢板桩，打入前应对打桩位置进行放线。振动锤顺桥向夹起钢板桩，当钢板桩吊离地面后，转动打桩机，并将桩放入指定位置。振桩前，振动锤的桩夹应夹紧钢桩上端，并使振动锤与钢桩重心在同一直线上。符合要求后，开动机器，打设第一根桩。完成后检查成桩的深度、位置，符合要求后，打设第二根桩。以此类推，直至完成所有钢板桩的施工。

3.3 基坑开挖

采用机械开挖、人工配合修正边坡，人工开挖、清底两种基坑开挖形式。断道开挖应先与地方政府取得联系，并采取绕道方案保障车辆通行。为了确保泄洪功能，在排洪涵施工前，必须设置导流管或明渠引水。

基坑开挖之前，首先应检查基坑的中心线、方向和高程。基坑开挖过程中，若有地下水渗出，应设置污水泵与集水坑将水及时排出，避免基底受到浸泡。基坑开挖应连续进行，不可中断。开挖至距设计高程200～500 mm处改由人工清底、平整，防止超挖现象，最大限度减小对基底原状土的扰动。

3.4 基础施工

基础施工前，根据设计资料，检查基坑的位置、尺寸及高程、承载力、基底地质等情况，核对无误后方可施工。

桩基施工过程中，应预防桩基塌孔，做好基础施工工艺控制；建议采用跳桩施工，降低桩基础施工对既有铁路的影响[15]。另一方面，应加强既有桩基、墩身的沉降监控，并对钢筋笼吊装进行安全防护，严控吊臂伸出长度，以免进入高速铁路轨面范围[16]。

3.5 混凝土施工

①混凝土采用工厂化拌制，输送车运输，泵车灌注，插入式振动器捣固，滴槽养生[17]。

②模板采用普通定型组合钢模板，木模板部位需外包铁皮。

③钢筋应保持平直，无局部弯折；表面无油渍、漆污、浮皮、铁锈等物。加工后不应出现削弱钢筋截面面积的伤痕[18]。

④混凝土灌注之前，必须清除模板及钢筋表面的杂物，然后均匀涂抹隔离剂于模板，以利拆模。核对模板的几何尺寸和坚固程度，对钢筋规格、数量、位置，螺栓、钢板等预埋件位置进行检查，待检验合格后，方能灌注混凝土。

⑤混凝土灌注过程中，应安排专人检查模板、支架、拱架、钢筋和预埋件等稳固情况，当发现有超过允许偏差变形值或堵塞等情况时，应立即停止施工，并在混凝土初凝前完成修整，以免产生施工缝。

3.6 养护施工

①混凝土振捣完成后，应尽量减少暴露时间，及时采用塑料布对暴露面进行紧密覆盖，以免水分蒸发。

②混凝土初凝前，应卷起覆盖物，搓压不少于2次，待表面平整压实后再次覆盖[19]。

③混凝土接近终凝时，卷起覆盖物，铺设养护毯，待养护毯深度湿润后，重新覆盖塑料布，进入保温保湿养护。

④严禁在升温阶段(表层温度较高时)对混凝土进行凉水养护。

⑤浇水次数应保证混凝土处于湿润状态(白天通常1～2 h一次，晚上4h一次)。混凝土表层温度降至小于养护水温10℃以下时，可进入洒水养护阶段[20]。

3.7 沉降缝及防水层施工

①基础沉降缝的位置应与涵身沉降缝一致。

②涵洞沉降缝端面必须垂直整齐。

③防水层中使用的沥青、麻布、石棉粉等防水材料必须达到规定要求。

④防水层接头搭接有序，相邻横向搭接缝错开，朝水流方向压盖。

⑤填缝前，必须确保沉降缝清洁并干燥。

⑥框架涵顶采用M10水泥砂浆找平层、甲种防水层和C40纤维混凝土保护层；侧面采用丙种防水层、聚氨酯涂料。

框架桥接长施工工艺流程与涵洞接长施工工艺流程如图3、图4所示。

4 常规工法与新工法的对比

以某10.0 m×7.0 m框架桥为例，对常规工法和新工法的优缺点进行比较。原设计方案为:接长框架桥的框架两侧各设3根挖孔桩防护，挖孔桩截面尺寸为1.5 m×1.8 m，桩长为16 m。挖孔桩及防护的主要工程数量为:挖土268 m3，C20桩身混凝土172.8 m3，C15护壁混凝土94.8 m3，桩身11.232 t，桩间木挡板8.4 m3。

图3 框架桥接长施工工艺流程

图4 涵洞接长施工工艺流程

4.1 安全性对比

(1)常规工法

桩基施工及拆除八字墙都会扰动路基本体，对铁路运营安全影响很大；且在路基边坡上施工空间受限，只能采用机械挖孔桩机施工，工效较低，而且存在施工时塌孔等安全隐患。

(2)新工法

切割八字墙的方法可以在高铁运营期间施工，切割机械为混凝土取芯机及绳锯，不需要大型机械，也不会对铁路路基本体造成扰动，对高铁运营安全影响较小。

4.2 质量对比

(1)常规工法

易造成框架桥涵与路基本体之间的三角区路基填筑困难，影响路基填筑质量。

(2)新工法

采用切割八字墙的施工方法，可以利用切割后的八字墙作为框架桥涵现浇混凝土的外模板，不存在三角区路基填筑困难的问题。

4.3 工期对比

(1)常规方法

正常情况下，人工挖孔桩单人施工速度为2～3 m/d，只能在天窗点进行施工作业速度大约为1.5 m/d。接长框架桥的框架两侧各设3根挖孔桩防护，挖孔桩截面尺寸为1.5 m×1.8 m，桩长为16 m，每根桩至少需要10 d的作业时间。考虑到高铁运营安全，框架桥每侧不能同时开挖两根及以上桩。因此，挖桩工期大约为30 d。

(2)新工法

采用切割八字墙的方法，混凝土取芯机钻孔耗时2 d，绳锯切割耗时1 d，累计工期3 d，相较于常规工法可节约工期约27 d。