大跨度框架桥下穿铁路顶进施工技术

吴小平

（安徽铁建工程有限公司，安徽蚌埠 233000）

1 工程概况

阜阳市颍州南路与京九铁路立交工程位于阜阳城南新区，工程的实施将打通城南新区与经济技术开发区的快速通道，可以分解和减轻现有道路穿越铁路的交通压力，使阜阳城市路网更加健全、更加完善。本工程下穿框架桥采用6 孔（6.5+8.5+8.5+8.5+8.5+6.5）m 分离式框架结构，箱身长37.6m，总宽度为58m，顶程52.504m。道路中心线与京九下行线交角为65°，影响范围内铁路共计2 股道，由西向东分别为京九上下行。

为确保顶进期间的铁路行车安全，需对既有线路进行加固处理。本工程采用D 型便梁架空线路顶进的施工方法，能够有效缓解施工和运输之间的矛盾。

2 线路加固

考虑到桥址区间线间距4.2m，故采用D16 型便梁乙式（低位）架设方式，如图1 所示。

图1 D16 型施工便梁乙式（低位）横向布置

原设计方案中计划先施工1、3、5、7 号条基，再移梁施工2、4、6 号条基（由北京至九龙方向条基依次编号为 1、2、3、4、5、6、7号条基），随即顶进1 号框架桥，然后依次顶进2 至6 号框架桥（由北京至九龙方向箱体依次编号为 1、2、3、4、5、6 号框架）。根据现场实际情况，若按该方案和顺序进行施工，区间内接触网柱迁改工作量将大大增加，经过方案优化和变更之后，计划对顶进顺序进行调整，线路加固流程随即发生变化。

2.1 线路加固流程

线路限速45km/h，施工C20 混凝土临时支墩→架设D16 型便梁→施工7 号条基→顶进2.5m 热力防护管及1m 燃气防护管→纵移便梁→施工5 号条基→便梁回收，线路恢复，迎接春运→卸便梁施工4 号条基→移梁至4 号箱体位置并架设拖梁→顶进4 号箱体→移梁并依次施工6、3、2、1 号条基→移梁并依次顶进 5、6、3、2、1 号箱体→便梁回收，线路恢复。

2.2 便梁支墩制作

便梁支墩由条形基础和高压旋喷桩墙体组成。实际施工中，由于方案优化后优先顶进4#箱体，随之箱边和条基边之间的距离也减小2m，因此施工风险大大增加。经过考虑和论证后，计划维持5#条基位置不变，4#条基下增设3 根人工挖孔桩以确保条基稳定，桩径φ1.5m，桩长14.7m。

图2 条形基础施工立面布置

2.3 便梁架设施工

便梁架设施工前，对无缝线路应力放散区段两端各75m 范围内的线路扣件复拧加固，保证道床饱满，尤其是便梁端部不能缺砟造成线路空吊。由于本工程线间距较小且框架桥与线路大角度斜交，需对施工便梁进行一定的偏架和错架以满足线路加固要求，架设步骤如下：

（1）通过研究计算确定便梁偏架值和错架量，测量放线定位便梁具体位置，并对各个横梁位置进行标记。

（2）方枕，保持轨枕间距670mm，抽除多余轨枕。

（3）扒除适量道砟，并穿入钢枕，同时垫好橡胶垫，上好绝缘扣件。

（4）清除钢枕两端头道砟，利用轨道吊车将纵梁吊装到位，必须在封锁点内进行，吊装完毕应随即完成牛腿、连接板、斜杆即其他联结零件。图3 为4 号箱体顶进时便梁架设示意图。

图3 4 号框架顶进便梁架设平面

（5）安装纵、横向限位装置。

3 顶进施工

3.1 顶力设置

式中：P-最大顶力，kN；N1-桥涵顶部荷载，取值为0kN；N2-桥涵箱身自重，按37.6m 长计算，取值25430kN；f1-桥涵顶部表面与顶部荷载之间的摩阻系数；f2-箱身底部与基底土的摩阻系数，取0.5；f3-侧面摩阻系数，取0.5；E-箱身两侧土压力（kN），按一侧土压力考虑，E=0.5γ·H·Ka·L=0.5×18×2.832×0.49×37.6=1328（kN）；γ-土体容重，18kN/m3；H-箱桥两侧土压力高度，取1/3 箱桥高度8.5×1/3=2.83m；Ka-土压力系数，Ka=tg2（45-φ/2），φ-内摩擦角，按 20°取值，则 Ka=0.49；L-顶进箱身长度，37.6m；RA-钢刃角正面阻力，取0；K-安全系数，取1.2。代入各参数值得：

由此得本工程8.5m 箱桥最大顶力P=31788kN，需要配备500t 千斤顶数量为：N=P/（500×0.85×9.8）=7.5 台，拟配置10 台500t 千斤顶。

3.2 箱身顶进

方案优化后先顶进 4# 箱体，再按 5#、6#、3#、2#、1# 顺序依次顶进。为保证路基安全，防止路基塌方，本工程采用人工配合机械分台阶开挖，第一层土开挖断宽度及高度不得大于4m，随后开挖每次不得超过1m，开挖面两侧始终保持预留10cm 厚的土层，即比箱身外轮廓小10cm，开挖底面也高于箱身底面5～10cm。

3.3 顶进姿态纠偏

下穿立交桥成功的关键就在于顶进过程中轴线和高程的控制，何时纠偏、如何纠偏、纠偏效果是需要解决的三项至关重要的问题[2]。本工程中箱身姿态控制包括监测反馈和姿态纠偏两部分，箱身轴线和高程测量“一镐一测”，测量结果及时反馈给控制台，控制台收到反馈信息后再通过不等压顶进、预留顶铁间隙、单侧土体超挖、单侧施加横向支撑等方式实现姿态纠偏。

不等压顶进即增减一侧千斤顶的顶力，开或关一侧千斤顶阀门，调整顶力分布；预留顶铁间隙即在加换顶铁时，可根据偏差的大小，将一侧顶铁楔紧，另一侧顶铁楔松或预留间隙，如箱身前端向右偏，则将左侧顶铁预留间隙，开泵后，则右侧先受力顶进，左侧不动；单侧土体超挖即在前端一侧超挖，另一侧少挖土或不挖来调整方向，如箱身前端向右偏，即在右侧箱身前超挖20～50cm。

顶进中经常出现箱身“抬头”和“栽头”现象。当箱身“抬头”量不大时，将箱身前开挖面挖到与箱底面平或稍作超挖，如“抬头”量较大，则多超挖一些，在顶进中逐步调整；“栽头”发生主要是因为当箱身前端顶出滑板1/3 后，由于箱身自重，造成滑板前端的土壤压缩，由于受力不均匀使滑板端部下沉，出现裂纹，箱身开始“栽头”，在箱身重心移出工作坑滑板后，“栽头”更为显著，为较大程度的减小“栽头”值，本工程顶进时严格保持切土顶进，挖土时，开挖面基底保持在箱身底面以上8～10cm，利用船头坡将高出部分土壤压入箱底，达到控制箱身下沉的目的。

4 效果评价

根据《铁路桥涵工程施工质量验收标准》，顶进轴线误差≤200mm，顶进高程误差应小于顶程的1%，但不得比设计标高高150mm、不得比设计标高低200mm，相邻箱体间高度差不得超过50mm。本工程6 孔框架已于2019 年8 月全部顶进完成，最大轴线偏差和最大“栽头”值均出现在5#箱体顶进中，轴线偏差值为100mm，“栽头”值为103mm，最大“抬头”值出现在1#箱体顶进中，“抬头”值为18mm，相邻箱体间高程差最大值为49mm，各项指标均在允许值范围内，符合施工技术规范要求。由此，本工程6孔分离式框架桥顶进施工取得良好效果。

表1 6 孔框架顶进实际偏差值

5 总结

阜阳市颍州南路下穿京九铁路大跨度框架桥的顺利顶进是值得借鉴的，其成功关键在于全面考虑了工程线间距较小、框架桥与线路大角度斜交及顶程较长等各种因素对施工的影响，由此优化顶进施工顺序，确定合理的线路加固方案，并通过姿态纠偏达到箱身轴线与高程控制目标，充分展现了大跨度框架桥下穿施工采用高压旋喷桩和人工挖孔桩与条基组合支墩架设D16型施工便梁进行线路加固的优越性和安全性，可为类似工程的施工提供参考。