复杂条件下大跨度斜交框架顶进线路加固及顶进技术

刘勇LIU Yong

（中铁十二局集团海南工程有限公司，海口 570100）

1 工程概况及重点及难点

1.1工程概况 框架顶进施工位于海南西环货线崖州至南山区间内，交叉点铁路里程：K323+225.3。建设规模为2-8×5.2分离式框架（单个涵长44.48m，其中顶进长度为12m，剩余框架涵为现浇结构），框架与既有铁路交角为30°，结构均按斜交30°设计，净空≥4m，两框架间的净距为1.0m。轨顶至顶板顶填方最薄处为1.07m。主体结构形式：框架结构高度6.8m，结构净高5.2m，顶板厚0.75m，底板厚0.85m，墙身厚0.7m。

1.2工程重点及难点 本项目为下穿铁路斜交大跨度框架顶进施工，确保铁路安全运营及既有涵洞压力非常大。新建框架两侧紧邻与铁路以不同角度斜交的既有涵洞，现场环境复杂，线路加固的技术难度非常大，本项目顶进施工的成败关键在于线路加固。施工期间确保铁路运营安全是本工程的难点。在铁路行车运输繁忙的既有线上施工作业，安全工作直接关系到本工程的成败。

2 线路加固方案及防护措施

2.1线路加固方案 紧邻新增框架的三亚侧为既有4.0m涵洞，崖州侧则紧邻既有6.0m涵洞，新增框架布置如图1所示，图中仅示需顶进施工的框架节段及两侧的既有涵洞，明挖法施工的新建框架及涵洞接长部分图中未标示。新增框架因为覆土薄，采取架空铁路线路的方法顶进。施工现场条件差，对线路加固方案的设计带来了很大的挑战。经技术评估，决定采用安全、稳定、挠度小的D型施工便梁进行线路加固。并对现场情况进行了详细量测及勘察，以选定施工便梁的型号、支撑点位置及支撑墩类型。经反复多次的修改及调整，最终线路加固及框架顶进分2阶段进行，首先进行三亚侧的8m框架顶进，此时采用（12+12+20+12）m的便梁架空既有铁路股道。线路加固副跨的便梁外侧支点采用ϕ1.5m挖孔桩作支墩，长度为8m。副跨的内侧支点均设置在既有涵洞的顶板上部。经验算，涵洞顶板不能承受线路荷载，采取在既有涵洞顶板支点处设置垫块梁，既有涵洞内设置Φ609mm钢管+千斤顶支撑垫块梁，以确保涵洞处支点的承载能力。主距的中间支墩为ϕ1.5m挖孔桩，总长度19.5m，入土深度为12m，第一阶段线路加固如图2、图3所示。待三亚侧的8m框架顶进到位后，采用（12+20+12+12）m便梁架空既有铁路股道。第二阶段的线路加固除了主跨的中间支撑点设在了已顶进到位的三亚侧的8m框架顶板上外，其余支墩位置不变。8m框架内设置Φ609mm钢管+千斤顶支撑垫块梁。完成线路加固的转换后，破除挖孔桩支墩，进行崖州侧8m框架的顶进。第二阶段线路加固如图4所示。

2.2确保铁路运营安全及基坑安全的措施 根据现场的场地条件，框架涵工作坑设置在铁路西侧，顶进由右向左进行顶进。新增框架的设计路面标高与既有崖州侧6.0m涵洞的路面标高一致。与三亚侧4m涵洞不等高。框架桥入口处三亚侧设置一段中护墙确保既有道路安全。新增框架桥与两侧既有涵洞之间的空隙区域采用C25砼回填（回填范围详见图1）确保路基稳定性。新增框架基坑底与既有4m涵洞基底之间有3m多的高差，为确保既有涵洞及运营铁路的安全，新增框架与既有4m涵洞之间，出口端设置重力式护挡墙，入口端设置2根100×100cm挖孔防护桩，桩长8m，桩身预埋挂板螺栓，桩间设置2cm厚钢挡板。基坑坡面采用1∶1临时边坡开挖。坡面采用喷C25砼防护。基坑顶及基坑底边设置排水沟，基坑内设水泵排水，使基坑内保持疏干状态。

3 线路加固承载验算

3.1 D荷载取值 列车荷载按如图5所示的“中-活载”。顶进处股道为直线，列车低速（45km/h）通过，且该地段不允许列车紧急制动。故，荷载取值不考虑制动冲击力、离心力及列车横向摇摆力等荷载的作用。

3.2 D型施工便梁D型施工便梁使用了D12、D16两种型号，均为中铁宝桥所生产。D型施工便梁为铁路长期使用的抢险制式器材，按使用说明书常规使用时，安全稳定性均有保障，不需进行承载验算。

图1框架涵设置位置示意图

图2第一阶段线路加固立面示意图

图3第一阶段线路加固平面示意图

图4第二阶段线路加固平面示意图

3.3涵洞内ϕ609钢管支墩 ϕ609钢管的壁厚为8cm，按轴向受压杆件进行验算，考虑轴向受压失稳系数。以第二阶段线路加固时，已顶进就位的三亚侧框架中的ϕ609钢管为最不利部位，其长度为4.8m。验算时不考虑框架顶板的承载作用，结果趋于安全，计算得单根ϕ609钢管支墩承受的压应力σ=74.5MPa＜[σ]=180MPa。

3.4ϕ1.5 m挖孔桩支墩 最不利挖孔桩支墩为第一阶段线路加固主跨的ϕ1.5m挖孔桩支墩，长度19.5m，入土深度12m。按《铁路桥涵地基和基础设计规范（TB10093-2017）》的规定，其容许承载力计算式如下。

图5中-活载图

根据本项目具体的设计参数及地层的物理力学参数，计算得[P]=4486.2kN。单根挖孔桩承受的压力计算得P=1092.9kN＜[P]4486.2kN。挖孔桩支墩承载能力满足施工要求。

4 施工总体安排及施工技术要点

4.1总体施工原则及顺序 总体施工顺序为：第一步。进行人工挖孔支墩、工作坑、后背、底盘、预制箱体及新增框架与既有4m涵洞入口端的挖孔防护桩施工。第二步。进行第1阶段的线路加固架空，线路加固完毕后，分段（不大于1m）开挖顶进段基坑至设计标高，并同步施工顶进基坑出口端三亚侧与4m涵洞之间的防护挡墙，以确保既有4m涵洞基底稳定；三亚侧框架顶进就位（开挖基坑到顶进就位安排紧密，使既有线路架空时间尽量缩到最短）。施做框架与4m涵洞间的C25砼回填。第三步。进行第2阶段的线路加固，拆除主跨中间挖孔桩支墩。进行崖州侧框架的顶进。就位后施做附属设施及C25砼回填。第四步。拆除架空设备，更换桥枕，补充道碴，按原标准恢复线路。

4.2线路的架空 线路架空施工顺序：测量放线→设置防护人员→横梁就位→纵梁就位→固定钢轨→线路调整。在顶进施工框架桥前，向铁路部门申请封锁点，实施对西环货线实施第一阶段线路加固架空，以顶进三亚侧框架，该阶段分2次封锁线路，每次时长480min，第1次封锁时间内将便梁的纵梁、横梁、牛腿等全部构配件用汽吊吊至路肩上。并在安装位置将横梁穿过股道；第2次封锁时，按D型便梁说明书及《广州局集团公司铁路营业线施工安全管理细则》进行D型施工便梁的安装。经分析，线路加固时的最不利吊装为线路西侧D20施工便梁的纵梁吊装，最大吊重11229kg，工作幅度为8.0m，考虑1.4的安全系数，最大吊重为1.4×11229=15271kg，查阅汽吊性能参数表，采用70t汽吊能安全吊装。完成三亚侧框架的顶进后，进行第二阶段线路加固，以顶进崖州侧框架。该阶段采用D12+D20+D12+D12便梁加固线路。将第一阶段主跨的D20、D12便梁的纵梁对调，主跨中间支点设在已顶进到位的三亚侧框架上即可。

4.3 D便梁施工区域应力放散 既有西环货线线路架空前，对铁轨实施应力放散，应力放散范围为K323+225.3前后500m单元轨节内放散（最终放散范围以海维段确定为准），完成施工后再恢复。

应力放散采取滚筒法与拉伸器相结合的方法。完成应力放散后，列车通过按2阶递提速，首列通过列车时速按45km/h，第2列按60km/h，第3列及以后按原来速度。

4.4框架涵顶进 框架顶进采用6根直径1m钻孔灌注桩及钢筋砼分配梁组合后背。后背承力面垂直于框架中轴线。因框架为斜向顶进，在框架顶进端设置梯状三角形契块，使框架顶进的承力面垂直于顶力方向。单次顶进框架的长度为12m，经顶力计算，最大顶力为544t，选用320t卧式千斤顶，根据544/（0.7×320）=2.4，采用了4个千斤顶靠边侧对称布设，以利框架纠偏。采用T1、T3杆件作顶进传力杆。

320t卧式千斤顶置于后背分配梁前，采用1台油泵同时供油，确保同步。每一顶程后，转换千斤顶油阀，收回活塞。进行传力杆的接长及加固。在传力杆上堆砌钢轨、砂袋进行压重，避免传力杆起拱。传力杆接长至6m时，加设型钢横梁，以平均分配顶力。传力杆的安装轴线需与顶力重合，并垂直于横梁，确保平、顺、直。框架顶进时，容易出现偏位及扎头现象，故需加强框架空间位置的量测，随时了解框架的空间状况。故每完成一个顶程后，立即测量框架的中线及前后标高，出现偏差，立即采取纠偏处理措施。

4.5框架出入口及附属工程施工 框架完成顶进后，马上施做框架与既有涵洞间空隙的C20砼回填及出入口的中护墙、波形护拦等附属设施，及时对铁路路基形成防护。开挖中护墙等附属设施的基坑后，立即施做垫层和基础，避免基坑暴露过久，以确保铁路路基安全。

4.6拆除线路加固设施，恢复铁路线 拆除线路加固设施前，备足回填用A组填料、Ⅰ级道碴。申请封锁点以拆除线路加固设施。拆除按“先装后拆，后装先拆”原则。横梁采取先抽出1根，立即补充道砟并捣固后，再抽出下1根的方式，严禁同时多根抽出。

轨底以下0.9m采用Ⅰ级道碴填筑，道碴下至框架顶采用A组填料填筑，按工务要求对回填材料进行捣固密实。线路加固设施全部完成拆除后，按线路维修标准的要求进行维修，经工务部门验收合格后，取消封锁，恢复慢行，按《广铁（集团）公司铁路营业线施工安全管理实施细则》规定进行阶梯提速，45km/h不小于12h，60km/h、80 km/h不小于24小时，120km/h通过一列列车后恢复常速。

4.7路基回填加固 箱涵顶进就位，新增两框架间及与既有涵洞间的空隙采用C20混凝土进行回填。

5 结束语

对于下穿铁路大跨度斜交框架顶进施工而言，线路加固方案是否科学合理是确保铁路安全运营的关键。而本项目顶进框架两侧均紧邻既有涵洞，线路加固是本工程的最大挑战。施工过程对铁路线路的安全监测结果表明，本项目采取D型施工便梁两阶段线路加固方案是技术可行的。在顶进过程中，还通过采取科学合理的系列安全防护措施及严格施工管理，确保了本项目框架顶进施工的安全顺利完成，以期能够对此类大跨度及复杂条件下的框架顶进施工起到借鉴意义。