不良地质不同孔径公路框架桥下穿铁路顶进施工技术

2019-03-15徐楚蓥

福建交通科技 2019年1期

■徐楚蓥

(龙岩交通国有资产投资经营有限公司，龙岩 364000)

1 工程概况

龙岩城区至高新园区城际快速通道二期工程属G319改扩建项目，设计标准为一级公路兼城市主干路，道路宽度为50m，项目于K4+396.57新建四孔分离式钢筋混凝土框架桥下穿龙梅铁路 (铁路桩号K75+533.56)，采用预制框架顶进技术进行施工，是本项目的控制线工程。框架桥与龙梅铁路中心线斜交角为21.43°。各框架顶板厚0.9m，底板厚1.10m，边墙厚0.9m，中心轨底至板顶填土高度为0.8m。框架桥顺铁路方向全长58.439m，框架沿道路方向斜长10.742m，共分1节。其中，两中孔框架内为主车道左右幅，净宽均为12.55m，净高均为6.0m，行车道路面以上净高不小于5.0m。边孔框架采用净宽10.50m，内设辅道与人行道，左边孔框架道路底下过Φ1.8m雨水管与Φ1.0m污水管，框架净高为10.62m，右边孔框架人行道底下设置排洪沟，框架净高7.7m。

既有龙梅铁路为单线，南北走向，曲线半径1300m，桥址处地势为北高南低台阶旱地，铁路路基高出两侧约7.5m。桥址东侧、西南侧为地势空旷平坦地带，西北侧约15m处小山包存在一待拆迁庙宇。铁路东侧路肩上空9.2m高有10kV架空铁路专用电线。在既有铁路里程K75+543处有1-1.0×1.5m钢筋混凝土排水拱涵横穿铁路，涵长26.77m。

图1 框架桥设计图

2 工程实施难点

2.1 地质条件复杂

工作坑内场地整平后，施工开挖时发现，铁路东侧地下2m以下(右边孔板底标高1米以下)砂卵石层受地下水渗流影响，开挖中出现涌水、涌砂，由于水量较大，原设计采用的人工挖孔桩及左边孔施工困难。

2.2 工程建设条件受影响

由于铁路客货运输频繁，从行车安全考虑，铁路部门提供的施工天窗时间较为紧张。尤其是框架桥顶进时间受到项目通车时间要求以及春运、其他铁路段落施工的影响，铁路部门能提供框架桥顶进的时间约为一个月。因此须采取措施，在保证铁路行车安全的前提下，缩短施工时间，尽可能减少对铁路运输的影响。

2.3 四孔框架桥孔底标高不一致

左边孔为衔接雨污水管，右边孔底部为保留排水功能、顺接改沟工程，埋置深度较其他两孔分别低4.62m、1.7m，由于四孔框架桥间距较小，开挖深度不同将对预制、顶进工作造成较大影响。

3 采取措施应对不良地质影响

鉴于地质情况，拟对受影响的桩基及左边孔施工方案进行比选：

方案一：挖孔桩改为钻孔桩施工，左边孔雨污管另行顶进，以提高左边孔孔底标高。由于铁路支护桩中心距铁路中心距离近，机械冲孔存在安全隐患，因此此方案需将桩基中心外移。

方案二：铁路范围挖孔桩内控制性注浆止水帷幕施工，雨污管另行顶进施工。此方案保持原有设计，当人工挖至有地下水时，停止人工挖孔，改用在挖孔桩内实行控制性注浆施工，待控制性注浆完成后再进行人工挖孔，如此反复直至孔桩施工结束。

方案三：挖孔桩、工作坑外四周全封闭控制性注浆止水帷幕施工。此方案是将人工挖孔桩、工作坑外四周全封闭控制性止水帷幕注浆施工，待控制性注浆施工完成后，按原施工图施工即可。

经比较，方案二与方案三采用同一新技术，需要长时间在既有线上作业，存在较大的人身及铁路行车安全隐患，且施工工期较长，注浆效果不佳很可能进一步影响工期。方案一在铁路上有成熟的施工经验及技术，且支护桩外移后距铁路中心距离较远，采用机械挖孔桩施工既能确保在施工过程中的人身安全又能确保铁路行车安全。因此，决定采用方案一，并在此基础上，对设计内容作如下调整：(1)挖孔桩全部改为钻孔桩施工；(2)将铁路范围支护孔桩中心外移至铁路路线中心4.5m处；(3)由于支护桩间距拉大，在支护桩间增设盖梁横穿铁路以便于D型便梁支撑；(4)于铁路两侧利用填土、挡墙等措施设置施工平台。既提供了桩基、便梁施工平台，又能满足铁路防护需要；(5)左边孔原设计雨污管于其左侧墙外另行顶进，减少左边孔高度约4.62m，与左右中孔持平，以提高孔底标高至透水层以上，减少施工难度；(6)根据需要，于工作坑附近增设集水坑及井点降水措施，控制地下水高度。

4 施工控制要点

4.1 顶进顺序的选择

原拟采用左边孔框架桥顶进→左中孔框架桥顶进→右边孔框架桥顶进→右中孔框架桥顶进的顺序，在右边孔顶进并回填后施工右中孔，以避免不同孔径框架桥预制、顶进互相影响，但由于铁路部门批复顶进时间较短，须一次性顶进完成，否则剩余框架桥将推迟数月进行顶进，铁路运营也将继续受到影响。为加快施工进度、减少对铁路的影响，决定四孔框架在顶进前全部预制完成待命，由于右边孔较深，优先顶进可及时进行回填，避免对其他框架产生影响，从右往左施工也便于便梁调运、架设，因此顶进顺序相应调整为：右边孔框架桥顶进→右中孔框架桥顶进→左中孔框架桥顶进→左边孔框架桥顶进。

4.2 预制区域施工控制要点

4.2.1 后背施工

后背桩直径Φ1.2m，桩间距约1.45m。右边孔框架后背桩长为15.0m，入土深度8.3m；其余框架后背桩长为12.0m，入土深7.0m。后背桩利用3m宽、3m高的C30钢筋混凝土后背梁进行连接。后背桩背后设M7.5浆砌片石后背，浆砌片石后背后面填土，并分层夯实。浆砌片石或填土后背施工时，应将后背基底的软土层清除，将后背砌筑于卵石层、碎块状强风化粉砂岩、含砾粉质粘土等承载力和稳定性较好的土层上。为保证顶进力与顶进方向一致，后背梁、浆砌片石后背应根据框架桥斜交情况采用台阶式。

4.2.2 工作坑与滑板施工

工作坑放样根据框架桥结构尺寸、净空要求进行，工作坑底板两侧以外各加宽0.5m。工作坑边坡与路基横断面边坡一致为1：1，靠铁路路基一侧的边坡保持缓于1：1，必要时对该侧边坡进行喷混支护。工作坑顶边距铁路中心线不小于3.2m。工作坑采用挖掘机开挖，人工整修，蛙式打夯机夯实。工作坑四周设排水沟，以满足施工期间排水的需要，防止工作坑被水浸泡，并根据地质条件及地下水情况在工作坑周围布置降水井点，井圈用砖砌或预制厚50cm的砼圈，采用机械抽水，使地下水位保持在基底以下 0.5～1.0m。

滑板采用C30钢筋混凝土，厚30cm，并预留坡度。修筑前在其下以碎石夯填密实，以减少不均匀沉陷。为防止底板与原基底接触部分出现滑动，在底板下每隔1.5m设一道50cm×50cm的地锚梁。滑板钢筋应与后背梁钢筋相连接，混凝土要求振捣密实，表面以M10水泥砂浆抹面2cm，要求平整度±3mm，以作为预制框架桥的底模板，在顶进时又作为水平的基准面。滑板表层涂一层厚3mm石腊(掺25%机油)和一层滑石粉作为润滑剂，再以塑料薄膜覆盖形成隔离层。

由于右边孔框架底标高比中孔框架低，该孔的工作坑滑板单独实施，并用1m厚挡墙与其余框架隔离，因此右边孔预制位置偏离其中心线约0.8m，须在顶进过程中进行水平纠偏。

4.2.3 框架预制

箱身采用就地预制，主要施工程序：在滑板上绑扎底板钢筋→灌注底板混凝土→养护→搭设脚手架→安内模→绑扎侧墙及顶板钢筋→安外模→灌注侧墙及顶板混凝土→养护→拆模→作箱身防水层及润滑设施。为了防止框架桥顶进低头，在框架桥前端底板下设“船头坡”船头坡长1.0m，坡率5%，造成一个上坡的趋向。为便于顶进作业，框架桥底板应根据后背梁台阶设置情况，设置相应台阶。

4.3 铁路支护措施施工控制要点

铁路支护措施主要程序：施工平台填筑→支护桩施工→盖梁施工→钢便梁架设。

4.3.1 施工平台

施工平台高度应确保钻机上空施工安全净高2m，不足的应下降施工平台高度。本项目钻机高不足8m，为避开铁路东侧路肩上空9.2m高10kV架空线，施工平台在路肩往下挖0.8m，以确保10kV架空线下净距不小于10m。平台宽度按钻孔桩中心距平台外边沿3.0m控制填筑，不足部分采用挡墙或路基填土，路基填土边坡缓于1∶1。详见图2。

4.3.2 桩基施工

临近既有线桩基施工时，确定钻机高度是否超出安全范围，如钻机高度大于施工点与既有线之间的安全距离，应设置缆风绳及地锚，将钻机朝既有线方向反拉，确保钻机不向既有线方向倾覆。并在人员操作不当、不可预见的外力碰撞、雷雨大风等不利情况下保持设备的稳定。地锚、缆风绳设置在背向既有线方向，每台钻机的缆风绳呈人字型设置两根，缆风绳采用Φ16mm的钢丝绳，一端系于地锚，另一端系于钻机距立杆顶部下1～1.5m(或1/3)处，每端安装U型卡数量不少于3个，方向错开。在钻机施工期间，应采取挡板等硬隔离措施，防止设备侵限。

4.3.3 盖梁施工

盖梁尺寸为11.5m×2.4m×1.5m，采用现浇钢筋混凝土，加上两侧施工空间，施工中有约4m长度的轨道道碴将被掏空，期间采用施工便梁进行轨道加固。施工期间应根据现场需求，周密谋划，利用钢便梁尽量一次开挖、施工多个盖梁，减少钢便梁临时支护周转次数。

4.3.4 钢便梁安装与检查

图2 施工平台示意图

盖梁浇筑后，适当调整便梁范围内的轨枕间距，穿入横梁。采用定位角钢定位横梁，上好扣件。在封锁时间点内，吊车配合安装便梁纵梁，联接纵横梁，逐段扒除道碴，安装所有联接系统，组装过程中上满螺栓，上紧螺栓时，紧度要适中。施工过程中应随时检查，上紧松动的螺栓，并做好沉降观测。

4.4 框架桥顶进

4.4.1 开挖与防护

便梁安装完成，铁路行车速度控制在45km/h内后，进行路基开挖，路基开挖采用小型挖掘机施工，开挖面按1：0.75放坡，坡面采用砂浆抹面防护。洞内开挖采用小型挖掘机开挖、人工配合的方法，掌子面按1：0.6放坡，清底挖土按每米工作面1～1.5人布置劳力。挖土时应掌握坡度的平整，由上向下开挖，严禁掏洞取土或出现倒坡，以利安全。清底前先从涵顶上面清理掉松动的道碴，虚土，并刷成坡度，然后再从底下清理，此项工作可在装载机挖运土间隙进行。当有列车通过时，必须停止挖土，人员离开工作面。若发现机械设备有故障不能顶进时，亦应立即停止挖土。挖土工作必须与观测工作密切配合，根据偏差分析，决定挖土方法。开挖至盖梁时，先挖除盖梁上道砟和回填料，然后破除盖梁与支护桩的连接，在框架顶进方向的另一侧适当挖除盖梁下土体，形成一个缓坡后，拉出盖梁并破除，拉出时应确保盖梁不会影响铁路轨道。

图3 框架桥顶进施工流程图

4.4.2 顶进

根据框架桥情况，选择合适的顶具，并在正式顶进前进行试顶，以检测顶进设备、后背、滑板及框架本身有无异常。每行顶铁(柱)与千斤顶须成一直线，并与后背梁垂直，各行长度力求一致，顶进时，顶铁上不准站人。注意观察顶铁的受力情况，防止崩出伤人。当顶程较长时，为保证顶柱的稳定，一般每隔4～8m加横梁一道。框架桥顶进中，必须每顶进一镐测量一次高程和左右方向偏差，并做好记录，以便及时纠正偏差，保证顶进顺利进行。右边孔顶进完成后工作坑需立即进行回填，以确保右中孔顶进顺利。

4.4.3 纠偏措施

(1)方向纠偏

在滑板处，主要通过框架桥两侧设置导向墩，作为框架桥入土前的纠偏措施。框架桥顶出滑板后方向纠正，一般是用调整两侧顶力的办法，如出现向左偏移后，维持右侧顶具顶力并楔紧，在左侧顶柱间安放钢板垫片，并加大该侧顶力，令箱体出现向右偏移，必要时可在一侧增加顶具。右边孔由于预制位置向右水平偏离0.8m，且受限于左侧挡墙，无法在滑板范围内纠偏。为此，在滑板顶进方向外侧，右边孔右侧加设多根支护桩，在右边孔出滑板后通过顶具为其提供侧向推力，助其向左偏移。同时，采用超挖左侧土体，右侧保持吃土的方式，在顶进过程中产生一个抵抗力矩来进行调整。

(2)高程纠偏

顶进过程出现偏高的情况，应先检查是否存在挖土不够宽吃土量过大而抬高框架桥，可通过在两侧适当地超挖进行纠正。一般抬头的情况，可采用框架底前端超挖略低于底板进行逐渐调整，超挖深度一般不超过20cm，当情况改善但在未达到设计高程时，应停止超挖，避免扎头。若情况需要，也可适当增加框架前段重量进行纠正。

顶进过程中出现偏低的情况，如因土质松软造成扎头现象时，可在底板前换铺片石或加碎石等，边换边铺顶进，必要时亦可打桩或灌筑速凝混凝土以及其他加固办法。一般扎头的情况可采取基底欠挖的方式进行强制顶进，基底高出箱体底板板面至少10cm。若情况需要，也可适当增加箱体后端重量进行纠正。