多股道大高差复杂地质框构桥双向顶进施工技术研究

郑建广

(中铁十四局集团第二工程有限公司 山东泰安 271000)

1 工程概况

榆树庄框构桥设计为单箱三室整体式框构，箱室净宽(6.5+18.97+6.5)m，墙身厚1.2 m，总宽36.77 m，包括A框构和B框构，A框构顶进部分长23.4 m，高16.3 m，下穿既有京广下行线、京广上行线、丰沙上行线，A框构中心线与既有线中心线夹角为67°17′；B框构顶进部分长21.74 m，高13.5 m，下穿两条既有专用线，B框构中心线与专用线夹角67.29°，框构顶进总长度45.17 m。为确保既有线行车及施工安全，研究采用纵横梁及扣轨加固等顶进施工。

桥址内0～1.1 m为杂填土，灰黑色，稍密，以石块、水泥块、粉土为主；1.1～24.4 m为粗圆粒土，黄灰色，稍密，原岩成分以砂岩、花岗岩为主，一般粒径20～40 mm，最大60 mm，充填中粗砂。土质粘结性差，土体开挖易滑塌。

2 总体方案

顶进桥体从左至右依次穿越既有京广下行线、京广上行线、丰沙上行线、2条专用线共5条营业线，线路采用纵横梁扣轨加固方案。纵横梁支撑桩采用混凝土灌注桩，为确保顶进过程土体稳定，采用土体注浆加固及增设抗滑移桩[1]。

3 工程重难点及解决措施

3.1 既有线施工挖孔桩

支撑桩及抗滑移桩施工是本项目的重难点，专用线与丰沙上行线之间的抗移桩桩径1.5 m，桩长30 m，共计9根，桩间距5 m，距丰沙上行线接触网回流线最小距离为1.46 m。防护桩桩径1.25 m，桩长28 m，共计52根，桩间距1.5 m，距丰沙上行线接触网回流线最小距离为0.4 m；京广下行线侧支撑桩桩径1.5 m，桩长20 m，9根，间距5 m，距接触网回流线最小距离为1.1 m。抗滑移桩桩径1.5 m，桩长31 m，桩间距1.75 m，1#～32#桩共32根，距接触网回流线最小距离为1.1 m。为保证施工安全及既有线运营安全，以上桩基均采用人工挖孔桩施工[2]。

(1)护壁

护壁采用内齿式，其特点可有效解决护壁混凝土振捣，增加桩侧摩阻力，防止塌孔。挖孔桩每开挖0.5 m时，即立模施工混凝土护壁。护壁混凝土强度与桩身混凝土采用同等级(C30)，厚度20 cm，根据地质不同给予加厚护壁混凝土30 cm。挖孔及护壁施工工序必须连续，以防塌孔。

(2)降水

设计孔内25.7 m以上无水，挖孔时如有地下水渗出，采用及时支护孔壁防水处理，渗出水采用强排处理；遇到涌水量较大的潜水层承压水时，采用水泥砂浆压灌卵石环圈的措施解决。

(3)通风

挖孔时采用鼓风机向孔内吹入新鲜空气，防止孔内作业人员缺氧。

(4)观测

线路及防护桩处设置沉降位移观测标，挖孔过程按频次加强沉降位移观测，出现问题及时分析原因并制定对应措施，问题解决后方可继续施工[3]。

(5)浇筑

挖孔桩钢筋笼孔内绑扎，混凝土采用导管灌注并振捣密实[4]。

3.2 卵石土地层施工

(1)土体注浆加固

依据地质资料，顶进范围内土体开挖易滑塌。为防止顶进过程中发生路基滑塌，保证线路运营安全，采取对线路路基进行低压注浆加固措施。注浆加固施工分两次进行，第一次在顶进施工前进行，注浆范围：框构沿线路方向两边墙外各10 m范围，全宽58.77 m范围内的土体进行注浆固化；框构轴线方向，框构范围内及框构两侧各2 m，共49.14 m。注浆原则：自原地面起至框构底板以下1.2 m，共14.95 m。第二次注浆加固在顶进框构就位后进行，注浆范围为框构两侧1 m范围，注浆深度自原地面起至框构底板以下1.2 m。

本次加固方式采用双液浆注浆，注浆是使浆液与土体混合，将土体固化处理。为防止注浆压力过大，引起铁路轨道变形，在施工时注浆压力应严格控制在0.3～0.5 MPa之间。

注浆时在不改变地层组织的情况下，将土体与浆液充分混合并使其固结，以提高土体质量。土体颗粒间隙中充满不流动而且固结的浆液后，使土层透水性降低，形成相对隔水层。

本工程注浆范围为框身范围内及框构两边墙外缘外侧各10 m，既有线两侧为垂直注浆，线路下方采用斜孔进行注浆。

A、B土体加固如图1所示。

图1 土体加固立面图(单位:m)

在预制框构桥时在两侧预埋φ42钢花管，竖向间距为1.5 m，A框构两侧预埋注浆管长24.4 m，B框构两侧预埋注浆管长22.7 m，与框构桥一起顶进，待顶进结束后再注浆，主要起到框构桥两侧边缘与土体固化。

(2)浆液配制

经现场对比试验，浆液采用普通硅酸盐42.5水泥，水玻璃浓度为37～40Be，模数为2.4～3.7。

A水泥100 kg∶水100 kg，B液水玻璃50 kg∶水100～150 kg，水泥浆与水玻璃体积比1∶0.05。

(3)线路观测

路基注浆施工时因注浆压力较大，增大了路基内外土层压强差，有可能造成既有路基、线路隆起或沉陷，危及铁路运营的安全，因此需对既有线进行实时观测。

监测点布设：线路钢轨边上各设28个观测点，路基两侧各设14对观测点，间距6 m。钢轨上观测点观测线路位移变化，路基两侧观测升降变化[5]。

观测频率：施工过程中在工务部门的协助下随时进行监控测量，逐一观测，最长不超过8 h，每次的测量值与其前次值进行比对，分析线路在工程施工中的动态变化，同步分析监测数据，优化施工工艺，变更施工方法。如有既有线路发生变化，要及时在工务人员的指导下整修线路，以确保铁路运营安全[6]。

3.3 下穿大高差既有线路施工

榆树庄六号框构桥从左至右依次下穿既有京广上下行线、丰沙线、2条专用线，京广上下行线、丰沙线轨顶标高54.03 m，专用线标高51.27 m，线路高差2.76 m。为解决线路高差线路加固体系问题，框构桥采用线路两侧分节预制，双向顶进的方式施工[7]。

(1)顶进

线路加固体系完成后，顶进A框构，A框构就位后，再顶进B框构。顶进步骤见图2、图3。

图2 A框构顶进立面图(单位:m)

图3 B框构顶进立面图(单位:m)

框构桥顶进时，需切除顶程内受影响的支撑桩及抗移桩。由于人工凿除耗时长，工作量大，拟采用9台绳锯同时作业。当前檐板前端距支撑桩1.0 m时，即线路完全支撑在框构顶板，在支撑桩距离底板50 cm处，采用绳锯切除，挖机配合，整体放倒，再采用破碎锤将其破碎并凿除剩余桩体，支撑桩、抗移桩凿除深度至底板底以下0.5 m，其上回填碎石。

(2)悬臂板切除

采用绳锯先将悬臂板与刃角分离，再采用6台绳锯分6块同时切除，每块均长6 m，在预制悬臂板时，每米设10 cm纵向预留孔，在框构桥内垫1 m厚土作为缓冲平台，待悬臂板切除下来后，采用破碎锤逐一破除后，再装车运走。

(3)刃角切除

先拆除钢刃角，再线路测量放点，标出刃角接头的位置，在A框构顶进就位后对刃角前端2.7 m处进行绳锯静力切割，在框构桥内垫1 m厚土作为缓冲平台，待抗移桩切除下来后，采用破碎锤逐一破除后，装车运走[8]。随后进行B框架桥的预制及顶进施工，在B框构刃角前端顶进至距已就位的A框构前端0.5 m时切除刃角前端2.7 m，随后顶进至A框构并与其密贴。

(4)抗移桩上部及冠梁切除，冠梁重新浇筑

第一步：切除抗移桩上冠梁及抗移桩上部。采用绳锯将抗移桩冠梁切除，沿线路方向5 m一道，将冠梁逐一分解，再从冠梁下3.5 m处，采用绳锯将抗移桩环切，9台绳锯同时施工，在框构桥内垫1 m厚土作为缓冲平台，待抗移桩切除下来后，采用破碎锤逐一破除后，装车运走。

第二步：抗移桩上冠梁重做。在切除后的抗移桩上重新绑扎钢筋，采用可拼装钢模立模板，冠梁尺寸与原有尺寸一致，利用事先在线路下方预埋好的地泵浇筑混凝土。

(5)抗移桩切除

采用绳锯将抗移桩冠梁切除，沿线路方向5 m一道，将冠梁逐一分解，再从冠梁下2 m一处，9台绳锯同时施工，采用绳锯将抗移桩环切逐一切除，在框构桥内垫1 m厚土作为缓冲平台，待抗移桩切除后，采用机械破除，再装运至指定地点。

(6)接缝处防水处理

凿除抗移桩后，顶进B框构直至达到设计位置，A框构与B框构顶面标高差为2.8 m，如图4所示。顶进就位后，将框构A、B箱顶采用混凝土封堵，接口处施作防水层。防水层采用3层防水涂料加2层防水卷材，防水层顶设置6 cm C40玻璃纤维混凝土防水保护层，内置φ15×15 cm钢筋网片。

图4 框构顶进完成立面图(单位:m)

3.4 线形量测及控制

为防止前段桥体在一开始顶进便出现“扎头”现象，制作滑板时设置2‰的仰坡，目的是顶进时以升治降，空顶前期，框架箱体随滑板的坡度逐渐上升，框架箱体前端出滑板1/3时，框架自重、线路荷载作用易使滑板前端出现下沉，致使箱体前端出现扎头现象。当框架箱体重心顶出滑板后，此现象尤为突出[9]。

在顶进过程中，加强顶进设备、设施及相关顶进收据的监测，提前做好应对措施，出现偏差及时纠正。防止框架箱体在顶进过程中出现较大偏差造成纠偏困难[10]。

常用的校正方法有下列几种：

(1)框架箱身在滑板段容易轴线偏差，可利用千斤顶的顶力大小来调整。为防止“扎头”，除在工作坑滑板上预留坡度外，还可在箱身前端底板下设置“船头坡”[11]。

(2)框架箱身顶进进入土体后，及时开挖顶进范围内的土体断面，开挖断面与顶进断面要一致，框架桥两侧挖土要步调一致，挖土均匀，要统一指挥，确保进土一致。

(3)箱身轴线偏差纠偏方法：

①利用框构箱体两侧千斤顶的不平衡顶力。根据偏位数据计算开或关框构一侧千斤顶，增加或减少千斤力数进行顶力调整。

如轴线右偏，则减少左侧千斤顶顶力，如向左偏则反之。

②利用交替开启两边高压油泵进行调整。如向右偏则开右侧高压油泵，向左偏就开左侧高压油泵。

③利用框构前两侧刃脚吃土的侧向力进行调整。框架前两侧刃脚前部，一侧空顶，另一侧吃土顶进来调整框构方向。如箱身前端向左偏，即在左侧刃脚前超挖20 cm，右侧保持刃脚吃土20 cm，利用刃脚两侧受力不平衡进行轴线纠偏。

(4)框构两侧设置混凝土导向墩，设置间距3 m一道，距离框构边10 cm，其间用垫木隔开。

(5)纠正箱身“抬头”的方法：

①框构箱体抬头时采取箱体前端底板处一定范围内超挖空顶的方法，依据框构箱体监测数据，逐步调整超挖量进行框构标高调整。

②框构箱体两侧开挖断面不足，致使箱体受力加大易造成“抬头”，箱体两侧土体开挖断面需满足顶进要求。

③框构箱身“抬头”较小时，开挖断面底部可不预留土体，底面与箱体底面持平。如“抬头”量较大，将底刃脚前土体超挖25～35 cm，开挖断面与箱体相同，使上刃脚不受力，逐步进行标高调整，此过程中合理控制超挖范围以避免造成箱身“扎头”[12]。

(6)纠正箱身“扎头”的方法：

①框构箱体前设置船头坡。通过刃脚受力进行标高调整。适当增加上刃脚的受力，使上刃脚和中刃脚吃土量加大，底刃脚前不超挖，调整框构箱体标高。

②吃土顶进。顶进前土体开挖时，开挖断面底部预留部分土体，土体预留高出框构箱体底面5～10 cm，利用底部吃土量来纠正“扎头”。

③如顶进过程中出现土质不好时，可换铺25～35 cm厚的道砟、碎石，或灌注速凝混凝土、下铺混凝土轨枕等方法，增加地基承载力，以纠正“扎头”。

4 结束语

通过对多股道大高差复杂地质框构桥双向顶进施工技术研究，总结了各个施工工序的关键控制技术及解决措施，确保顶进施工质量和安全，在实际工程经验的基础上，总结出切实可行的系统性质量安全保障措施。本工程框构桥的顶进施工，对今后类似工程具有很好的指导意义。