顶推法在津石高速公路下穿朔黄铁路中的应用

2021-04-02胡全章

西部交通科技 2021年4期

胡全章

(中电建冀交高速公路投资发展有限公司，河北石家庄 050000)

0 引言

随着我国经济的迅猛发展，交通量与日俱增，原有的高速公路已经不能满足社会发展的需求。在高速公路新建的过程中，不可避免地出现了与铁路线路交叉的问题。当下较为成熟的一种施工方法就是采用顶推框架下穿既有铁路线路[1-4]。津石高速公路下穿朔黄铁路是一个大断面框构下穿铁路线路的典型施工案例，在不影响交通、不破坏既有路基，采取有效措施的条件下完成施工。

1 工程概况

津石高速公路在博野县与朔黄铁路交叉，交叉处朔黄铁路运营桩号为K377+516.33，公路桩号为K143+173.75，交角61°，采用高速公路下穿朔黄铁路方案，结构为2～17.15 m框构，桥址处位于朔黄铁路博野-蠡县站区间，采用顶推法施工。朔黄铁路为双线电气化铁路，上行线(重车线)为75 kg/m钢轨，无缝线路，下行线为60 kg/m钢轨，无缝线路，上下行线间距为4 m。桥址处位于朔黄铁路直线段上及-2.5‰的纵坡上。朔黄铁路行车速度为80 km/h，距离铁路线中心两侧3.15 m处有接触网立柱，本工程从138#～140#、141#～143#两对单支柱之间穿过。

桥址区属冲洪积平原区，地形较平坦，地层较简单，主要为第四系全新统及上更新统冲洪积形成的粉质黏土、粉土、粉砂、细砂、中砂等；地下水主要为第四系孔隙水，地下水埋深29.3 m。根据区域地质资料、地质调绘、钻探及试验，桥址区无活动断层通过，土体分布较稳定，总体评价桥址场地稳定性较好。

2 顶推施工设计方案

铁路路基下方框构采用顶推施工，两端框构采用现浇施工。本桥顶进最大顶力为11.48 kt，顶程为55.83 m。其中空顶为6.83 m，挖土顶为49 m。需要顶力为500 t的千斤顶38台。

2.1 线路加固方案

采用2×HN900 mm×300 mm×16 mm×28 mm型钢纵梁、工字钢纵横梁、路基防护桩、抗横移桩、冠梁组成线路加固系统，顶进时横梁悬空长度≤4.0 m。线路加固长度为118.8 m，下穿枕木132根，5扣扣轨2道，3扣扣轨4道，横向50c工字钢132道，纵向2×HN900 mm×300 mm×16 mm×28 mm型钢2道、50c工字钢3道。

由于朔黄铁路线为重载铁路，为提高加固体系，将工字钢横梁加强为50c工字钢，并在支撑桩顶设置双根一束50c工字钢进行加强。为防止框构在顶进过程中路基坍塌而中断铁路行车事故的发生，采取增大纵梁的刚度、设置支撑桩和抗移桩的方式进行解决。顶进前沿铁路方向设置钢筋混凝土，桩径为1.5 m、间距为4.0 m、长8 m，距离铁路下行线垂直距离为5 m。为防止顶进时轨道发生平面变形和前端土体塌方，顶进前端再设置抗移桩，抗移桩冠梁边缘距悬臂板边缘0.2 m，距朔黄铁路上行线11.25 m，采用直径为1.5 m的钢筋混凝土灌注桩，桩间距为4.0 m，桩长为20 m。

2.2 应力放散

线路加固施工前需采取应力放散措施。按规定设置停车牌，连接铜导线，松卸扣件；螺母松到量，留半母，遇有影响轨条伸缩的鼓包，需将夹板处扣件全部拆除，待扣件全部松开后垫滚筒，滚筒与钢轨垂直，安放于钢轨移动反向的轨枕承轨台上；在指定位置切割钢轨，钢轨切开后采用撞轨器撞轨，待钢轨反弹后处于自由状态时进行“零”标注，在撞轨点处设置一个钢轨位移观测点；当钢轨完全处于自由状态时确定拉伸量，将计算出的撞轨点、观测点位移量拉伸到位后锁定；锁定时由龙口位置向外锁定，待锁定完毕后，现场根据实际情况决定是否更换钢轨，如需更换时可更换龙口位置钢轨；恢复线路设备状态，对几何尺寸、零配件进行质量回检，达到线路开通条件以后，拆除铜导线、停车牌防护，开通线路；线路开通前检查扭矩力是否达到规定标准值上限，并确保经过列车扰动后扭矩力达标。

2.3 线路防护

为避免顶推作业以及工作坑开挖危及铁路运营安全，框构四个角均需设置路基防护桩，防护桩中心距既有线5.0 m，采用直径为1.5 m的钢筋混凝土防护桩；框架桥四角各15 m范围内的防护桩，桩长为18 m，桩间距为1.75 m；框架桥两侧15～30 m范围内的防护桩，桩长为12 m，桩间距为2.0 m，桩顶设L形冠梁。在加固系统前方设置抗移桩，抗移桩及桩顶冠梁兼作线路加固系统的支撑，框构桥顶进就位后拆除。

2.4 工作坑

工作坑采用放坡开挖，坡率为1∶1.5，开挖面距离铁路路基坡脚15 m，顺铁路线路方向坡率为1∶0.65。工作坑开挖完成后，锚喷20 cm厚C20混凝土挂钢筋网片进行防护，钢筋网片型号为φ6 mm，HPB300钢筋，网格尺寸为150 mm×150 mm;顶进侧采用后背桩进行防护。开挖工作坑时，需将坑底均匀夯压密实，严禁基坑变形。基坑周围设置集水井，保证基坑不受水浸泡。圬工养生水亦不得浸泡基坑。工作坑坑底面做成尾低头高的5‰的仰坡，以减免顶进中出现的“扎头”现象。

2.5 滑板

为保证框构预制和顶进顺利施工，在工作坑内设置滑板，滑板厚度为40 cm，其下夯填一层30 cm厚的碎石，防止基底变形。滑板下面设置锚梁，以防止顶进框构时滑板发生移动破坏。滑板内配置直径为16 mm的HRB400钢筋，滑板内顺顶进方向的钢筋深入到后背梁中，以增强滑板的抗滑移能力。

为减少顶进时框构底板与滑板之间的阻力，用M10砂浆抹平滑板面，厚度为1.5 cm，再涂刷3 mm厚的机油、石粉，要求表面光洁平滑;框构底板浇筑前铺一层塑料布以减少顶进摩阻力。在浇筑框构底板时，要注意使其与滑板有效隔离，防止粘在一起，以免启动顶进时发生困难。在滑板的两边距框构外侧10 cm处设置导向墩，以控制框构空顶阶段可能出现的方向偏差。整个框构混凝土强度达到100%以后方可开始顶进。

2.6 顶进后背工程

采用直径为1.5 m的钢筋混凝土防护桩作为后背桩，桩间距为1.75 m，桩长16 m。为保证顶力传递的有效性，在后背墙和千斤顶中间设置后背梁，并将后背梁与滑板连成一体，后背梁、后背桩在框构桥顶进就位后需拆除。为便于施工及顶进挖土的顺利运输，在两后背梁之间设置出土通道，出土通道净宽5.5 m。出土通道靠近基坑侧采用灌注桩进行防护，桩径为1.25 m，桩间距为1.5 m，桩长14 m。出土通道远离基坑侧采用新VI型钢板桩进行防护，桩长10 m。

3 顶推施工

3.1 顶进设备的配备及安装

顶镐布设采用对称布镐方法，此方法可避免在施工过程中为克服桥体偏移而不断调整顶镐的位置，加快了顶进速度，减少了工作量。

3.2 启动(试顶)

桥体混凝土强度达到100%后方可进行顶进。顶进过程是工程质量好坏的关键，因此顶进前进行试顶，确保顶进参数的准确性。试顶压力控制在顶桥结构自重的1倍左右，不宜过大，采用顶镐同步加压，逐步提高到顶推压力，无异常情况下方可正式顶进。若加压过程中，出现油压表数值不稳定或快速下降的情况，则说明桥体向前有位移，桥体与滑板发生了脱离，此时要及时进行纠正，使桥体方向回归正位。

3.3 顶进过程中尤其要控制好线路加固支垫的调整

顶推的同时，既要保证上方行车顺畅和安全，又要保证顶推过程中的阻力最小，因此当上方线路来车时，要及时添加支垫，打紧木楔，保证线路的几何参数符合要求，顶进过程中充分发挥工字钢滑车作用，每顶进1.5 m设置一排支垫，在主轨下、横梁和箱体之间均采用木楔支垫，顶进时横向工字钢悬空长度≤3.0 m。

3.4 线路防横移措施

桥区范围内横向工字钢顶紧前端抗横移桩冠梁。预制框架顶板尾部设置拉环，间距为3 m，拉环与倒链、线路加固系统相互连接构成一个整体，随着顶进的进行及时拉紧倒链，同时在桥外部分采用地锚装置将线路拉紧。另外，根据线路锁定轨温情况，及时施行应力放散措施。

3.5 顶进及挖土作业

顶进过程要根据列车运行情况实施，严禁在列车通过时顶进，严禁在线路发生异常状态下顶进，严禁在桥体发生偏移情况下顶进，严禁在机械设备出现隐患情况下顶进。同样，挖土、运土作业时，严禁在列车通过时挖运土，严禁在桥体顶进时挖运土，严禁在有塌方风险时挖运土，严禁在机械存在安全故障时挖运土。另外挖土要根据土质情况，及时调整挖土厚度，土质较好时挖土厚度≤100 cm，土质较差时≤50 cm，不得超挖。同时要求刃角切入土体深≥20 cm，挖土坡度与刃角坡度保持一致，保持被挖坡面的平整度。