下穿铁路顶推框架桥施工技术研究与实践探索

2024-03-16方镜骅

城市建设理论研究（电子版） 2024年2期

方镜骅

中铁一局集团有限公司陕西西安 710000

随着城市交通需求的不断增加，桥梁工程在各类交通建设项目中的地位日益凸显。桥梁施工中经常遇到的一个问题是需要在不影响现有交通，特别是铁路交通的情况下进行施工。这就引出了下穿铁路顶推框架桥施工技术的研究和应用[1]。顶推法是一种新型的施工方法，通过顶推设备将预制好的桥梁结构顺序推出，既能保证现有铁路交通的正常进行，又能满足新桥的施工需求。然而，由于其施工过程复杂，对施工技术和设备的要求极高，因此，对下穿铁路顶推框架桥施工技术进行深入研究，是桥梁施工领域的一个重要课题。

本工程位于贵阳花溪大道，新建道路分别与南西上、下行铁路线斜交，与上行线交角为63.95°，与下行线交角为53.75°。南西上行线新建框架桥为4座，下行线新建框架桥为6座，框架均为独立框架桥，采用顶推法施工。

本文根据项目实际施工对下穿铁路顶推框架桥施工技术的原理及特点、具体施工步骤以及优缺点进行详细的探讨，并提出相应的改进建议。目的是为了提高下穿铁路顶推框架桥施工的效率和安全性，降低施工成本，同时为类似工程提供参考和借鉴。希望通过本文的研究，能够推动下穿铁路顶推框架桥施工技术的发展，促进桥梁施工技术的创新和进步[2]。

1 下穿铁路顶推框架桥施工技术的原理及特点

在桥梁工程中，由于新建桥梁的位置常常需要穿越现有的铁路，因此需在不影响铁路正常运营的前提下进行施工。下穿铁路的原理主要是通过预先施工好的隧道或者管道，在其下方进行施工，避免直接影响铁路的正常运行。施工流程主要包括以下几个步骤：

（1）桩基及D型便梁安装施工：架空既有线路，保证线路正常运行。（2）开挖基坑施工：按照设计要求开挖基坑。（3）滑板及后背墙施工。（4）框架桥预制：按照正常工艺在线路外侧预制框架桥。（5）顶推设备的安装和调试：在预制部分施工完成后，需要进行顶推设备的安装和调试。这包括液压推杆、液压油泵和控制系统等设备的安装，以及设备性能的检查和调试。（6）顶推作业：这是顶推框架桥施工的主要步骤，其中包括桥梁结构的顶推和位置调整，以及顶推过程的监控和控制。（7）后续施工：这包括框架桥就位后的整体性检查，以及线路恢复。

下穿铁路顶推框架桥施工技术的应用，可以有效地解决铁路和桥梁施工的空间冲突问题，使得桥梁施工在不影响铁路正常运行的情况下进行，极大地提高了施工效率。同时，由于采用了预制的桥梁结构，也大大提高了桥梁施工的质量和安全性。

2 线路加固

为确保在框架顶进施工过程中不中断铁路运输，在框架顶进穿越铁路时需将轨道架空加固，铁路列车限速通过。待最后一根支墩桩砼浇注完达到设计强度后，开始架设D型便梁，架设D型便梁的过程中，严格按照审批施工慢行及封锁计划请点。本工程主要采用D24、D16、D8 型便梁组合加固线路。

线路架空施工顺序：测量放线→内侧D型便梁就位→横梁就位→外侧D型便梁就位→固定钢轨→线路调整。

（1）D型便梁就位

按计划请点封锁线路，将线路需架设D型便梁段道碴刨除，纵梁利用油顶、起道机等机械设备就位并支撑加固；D型便梁梁先放倒平放，其顶面底于枕木底面0.2m以上，以便抽换枕木，待垫稳撑牢后，安装联结板及牛腿。

（2）抽换钢筋砼枕

根据计划每天请点封锁线路，分作业组安装横粱并回填道碴捣实，安装横粱的位置应与轨枕位置一致,所以事先应将轨枕间距适当调整。由D型便梁两端向中心排列抽换，抽一根轨枕，塞一根横梁，在钢轨下垫大块绝缘橡胶板，防止轨道电路短路，影响信号和行车。塞入横粱时要对准左侧纵粱联结板并定位，同时垫好橡胶轨垫，上好联结紧固件。

（3）将D型便梁立起升高就位，并联结全部横梁。

（4）利用列车间隔逐段扒除道碴，安装斜杆和所有联结部件。

（5）限位措施

测定D型便梁放置位置，桩基浇注时预埋PVC管，待D型便梁安装就位后，采用1.0m钢轨插入预埋孔中，以防止D型便梁移动。

（6）D型梁监控与养护

D型梁安装架设完成至框架涵顶进就位、拆除线路加固防护设施恢复线路前，线路加固防护范围必须设专人监控与养护。D型便梁安设完毕后每天均需全部对扣件进行检查、加固，并将相关整治记录填写在施工记录本中。

3 下穿铁路顶推框架桥施工

3.1 基坑开挖

按工程设计确定工作坑的尺寸，进行施工放样，定出工作坑的位置，基坑开挖应避开雨季，并做好地表排水工作，防止雨水浸泡基坑。按顺序分层次开挖，并预留30cm厚土层人工开挖，以免扰动基底土。工作坑基底应平整夯实，要注意对基底土质进行强度分析，保证基底具有足够的承载力，否则须进行换填加固处理。

3.2 滑板及后背墙施工

滑板和后背墙是顶推框架桥施工过程中的关键组成部分，对于保证整个施工过程的顺利进行具有重要意义。以下是滑板及后背墙施工的主要步骤和注意事项：

（1）滑板施工

a. 滑板浇筑：为减小顶推阻力，使框架涵顶进顺利启动，要求滑板顶面具有较高的平整度，如滑板砼浇筑存在局部不平处，应再用2cm素M10水泥砂浆抹面整平处理。

b. 润滑隔离层施作：滑板润滑隔离层由涂机油两次+铺塑料薄膜一层+滑石粉组成。首先将涂机油两次搅拌均匀后，喷洒在滑板顶面，厚度约3mm，随即用木板刮平。铺上一层塑料薄膜，薄膜接缝处用塑料胶带粘接使之成为整体，接缝压茬20cm并使接茬口朝路基方向。为使润滑隔离层在箱涵预制时免遭破坏，最后面层应撒滑石粉。

（2）后背墙施工

后背墙作为箱体顶进工作重要环节，后背墙埋深在工作顶进框架底以下。后背梁施工包括修整土底模、钢筋加工绑扎、侧模制作安装、砼搅拌、运输、浇筑、振捣、养护等整套常规钢筋砼工程的施工工艺。

3.3 顶推油泵选型及现场布置

顶推油泵作为顶推框架桥施工中的重要设备，其性能直接影响到顶推作业的效率和安全性。以下是顶推油泵选型及现场布置的主要内容：

（1）顶推油泵选型

推油泵的选型涉及到很多因素，包括顶推力、顶推速度、油泵效率、系统压力等。以下是一个大概的计算过程：确定顶推力：顶推力的确定主要依据工程的实际需求和设计要求。顶推力的大小直接决定了顶推油泵的工作压力和流量。确定顶推速度：顶推速度是指框架桥在顶推过程中的移动速度，它直接影响了顶推油泵的流量。具体的顶推速度应根据工程的实际要求和设计要求确定[3]。确定油泵效率：油泵效率是指油泵的有效功率与输入功率之比。一般来说，油泵效率与油泵的类型、工作压力、流量等因素有关，可以根据油泵的厂家提供的性能参数确定。确定系统压力：系统压力是指顶推系统在工作过程中的压力，它直接影响了顶推油泵的工作压力和流量。具体的系统压力应根据工程的实际要求和设计要求确定。确定油泵类型：顶推油泵的类型主要有齿轮泵、叶片泵、柱塞泵等，不同类型的油泵其性能特点和应用范围各不相同，应根据工程的实际需求和设计要求选择合适的油泵类型。一旦以上参数确定，就可以使用以下公式来计算所需的油泵流量：

Q = F / (ρ·η·v)

其中：

Q 是油泵的流量，单位为立方米/秒（m3/s）或立方米/小时（m3/h）；

F 是顶推力，单位为牛顿（N）；

ρ 是液压油的密度，单位为千克/立方米（kg/m3）；

η 是油泵的效率，为无量纲数值；

v 是顶推速度，单位为米/秒（m/s）。

然后，可以使用以下公式来计算所需的油法工作压力：

P = F / A

其中：

P 是油泵的工作压力，单位为帕斯卡（Pa）；

F 是顶推力，单位为牛顿（N）；

A 是顶推活塞的有效面积，单位为平方米（m2）。

通过以上计算，可以确定顶推油泵的基本参数，然后根据这些参数选择合适的油泵。以上分析只是一种通用的方法，并不适用于所有情况。实际上，选型的过程可能需要考虑更多的因素，例如油泵的可靠性、耐用性、维护的便利性等。因此，在进行选型时，应当综合考虑各种因素，并根据实际工程需求和条件进行适当的调整。

在选择顶推油泵时，需要考虑以下几个方面的因素：

a. 推力需求：根据框架桥的重量和施工条件计算出所需的推力，以此为依据选择油泵的型号和规格。

b. 油泵性能：应选择性能稳定、寿命长、维护方便的油泵。同时，油泵的工作压力和流量应能满足施工需求。

c. 品牌和服务：在满足性能需求的前提下，应优先选择知名品牌和良好售后服务的产品。

（2）顶推油泵现场布置

顶推油泵的现场布置应满足施工和安全需要：

a. 布置位置：油泵应布置在离顶推作业现场较近但又不影响作业的位置，便于操作和维护。油泵布置以涵身中心线为轴对称设置，放在涵身底板尾部，与顶铁设置方向相同并保证垂直于涵身底板后缘和分配横梁。

b. 保护设施：周围应设置防护设施，防止油泵受到撞击和外界物体的侵入。

c. 连接管线：油泵与顶推设备之间的油管应采用高压耐磨管，并安排在不影响施工和交通的位置。

总的来说，顶推油泵选型及现场布置是影响下穿铁路顶推框架桥施工效率和安全的重要环节，应根据具体情况综合考虑，确保施工顺利进行。

3.4 框架桥顶推施工

在完成框架桥预制、滑板及后背墙施工之后，接下来就是进行顶推作业。以下是顶推作业的主要步骤：

（1）检查作业前准备：在开始顶推作业前，需要对设备进行全面检查，确保所有的部件都正常工作，无任何损坏或磨损。另外，还需要检查油泵和油管的连接情况，确保无漏油现象。

（2）顶铁接换：顶铁安放必须保持与框架涵顶进轴线顺直一致，与分配横梁垂直，每列顶铁要与千斤顶成一直线，各列顶铁长度应一致。按顶进长度随时更换或填补不同规格的顶铁，为了保证顶铁的受压稳定，避免发生崩铁事故，顶铁之间使用螺栓连接，并每隔6m设置一道分配横梁作联系梁使用，使传力均匀及横向稳定。顶进时应注意观察顶铁受力情况，防止崩出伤人。

（3）顶推操作：开启顶推油泵，使其产生推力，驱动顶推装置将框架桥推向预定的位置。在顶推过程中，需要时刻监控顶推力的大小，以避免超出设计范围，导致设备损坏或施工安全事故。

（4）监控顶推过程：在顶推过程中，应实时监控框架桥的位移、速度和加速度等参数，及时发现并处理可能出现的问题。为准确测量和掌握涵身顶进的方向和高程，应在顶进的后方设置观测站，及时观测。观测站的设置应离后背一定距离，以免后背变形而影响观测仪器的稳定。观测站设经纬仪及水平仪各一台，一般需要设两个纵向观测站。在框架涵的顶板四个角上粘贴水平及方向标尺，用于顶进中的高程测量和方向偏差的观测。在顶进过程中，框架涵每前进一顶程，即应对框架涵的轴线和高程进行观测。并要详细做好记录，如发现偏差应及时通知顶进指挥人员采取措施，纠正偏差。施测过程，对水准基点及标尺等要经常检查，核对位置，如有变位或过大误差时要及时校正。为避免洞内施工对观测工作的干扰，在布置标尺的位置时，应使其位置能保证通视。如遇到地基条件变差、抗滑力增大等情况，应及时调整顶推力，以保证施工的顺利进行。

（5）顶进纠偏：顶进全过程应加强对框架涵中心线、顶进方向及高程的测量监控，发现超出允许范围的误差必须立即修正。框架涵顶进就位后应确保中线误差不得大于20cm，高程误差不得大于顶程的1%，偏高不得超过15cm，偏低不得超过20cm。当发生方向偏差时，可充分利用方向墩设专人加换左右两侧与方向墩间的铁板，每一顶程调整一次，必要时可缩短顶程。框架涵方向左右偏差的调整可使用增减一侧顶进千斤顶的顶力的方法，即开或关一侧千斤顶阀门，增加或减少千斤顶顶力数。如向左偏，即关闭减少右侧千斤顶，如向右偏则反之。

（6）顶推结束：当框架桥推到预定位置后，停止顶推油泵，完成顶推作业。然后，对框架桥进行详细检查，确认无任何问题后，开始下一阶段的施工。

顶推作业是下穿铁路顶推框架桥施工中的关键环节，其操作的正确与否直接影响到施工的效率和安全。因此，进行顶推作业时，必须严格按照施工规范和操作指南进行，确保施工的顺利进行和施工质量的稳定。