化機(jī)鐵路涵洞拓寬改造工程框架涵頂進(jìn)施工

鄭少弘

1 工程概況

三明市化機(jī)鐵路涵洞拓寬改造工程位于鷹廈線 K360+401.99，K360+414.49處下穿鐵路，與鐵路正交?？卓缃Y(jié)構(gòu)為2-10.5 m的分離式鋼筋混凝土框架涵，共3節(jié)，其中兩節(jié)下穿既有線采用頂進(jìn)施工，節(jié)長(zhǎng)12 m，剩余一節(jié)采用現(xiàn)澆法施工，節(jié)長(zhǎng)9 m。立交全長(zhǎng) 33.06 m，邊墻厚 95 cm，底板厚 75 cm，頂板厚65 cm，結(jié)構(gòu)凈高660 cm。

該框架涵位于三明站小里程側(cè)咽喉區(qū)，立交范圍內(nèi)共有4股道，該工程的建設(shè)還將影響多處道岔、信號(hào)機(jī)、電氣化、光電纜等鐵路設(shè)備。于鐵路里程K360+420處，有座1-10 m鋼筋混凝土梁橋，該橋凈寬8.9 m，凈高 4.5 m，共有10片Ⅱ梁，橋臺(tái)為 T形臺(tái)，臺(tái)長(zhǎng)5.92 m，擴(kuò)大基礎(chǔ)，施工難度大。

2 頂力計(jì)算與頂進(jìn)后背設(shè)計(jì)

箱涵自重(以第一節(jié)箱涵計(jì)算):

初次啟動(dòng)摩擦系數(shù)按1.4計(jì)，最大頂力Fmax=μ G=1.4×927=1 297.8 t，取 1 300 t，即最大需要 1 300 t的推力。

擬框架后背分配梁采用C25鋼筋混凝土，與滑板共同澆筑，采用高2.3 m、寬15 m、厚1 m的鋼筋混凝土，分配梁埋入滑板面以下0.8 m。

后背采用M10漿砌片石砌筑。后背梁均與框架軸線90°垂直，與框架平行。

檢算后背墻穩(wěn)定性:

擬后背墻采用鋼筋混凝土材料:尺寸為寬15 m，高2.3 m(其中埋入土體0.8 m)，厚1.0 m。土的參數(shù):內(nèi)摩擦角 φ=20°，粘聚力c=20 kPa，基底摩擦系數(shù) μ=0.35，密度 ρ=2×103kg/m3。

2.1 土壓力計(jì)算

1)后背墻上部被動(dòng)土壓力計(jì)算(見圖1)。

把后背墻后面高于擋墻的土及砂袋等效為均布荷載:

P10=γ(z0+h)KP+=20×(0+3)×2.04+2×20×1.43=179.6 kPa。

P11=γ(z1+h)KP+=20×(1.5+3)×2.04+2×20×1.43=240.8 kPa。

被動(dòng)土壓力為:E1P=0.5(P10+P11)H=0.5×(179.6+240.8)×1.5×14=4 414.2 kN。

對(duì) O點(diǎn)取矩:M1P=[179.6×1.5×0.5×1.5+(240.8-179.6)×0.5×1.5×1/3×1.5]×14=3 150 kN?m。

2)后背墻下部被動(dòng)土壓力計(jì)算(見圖1)。

P20=γ z0KP+=20×0×2.04+2×20×1.43=57.2 kPa。

P21=γ z1KP+=20×0.8×2.04+2×20×1.43=89.84 kPa。

被動(dòng)土壓力為:E2P=0.5(P20+P21)H=0.5×(57.2+89.84)×1.5×14=1 543.9 kN。

對(duì)O 點(diǎn)取矩:M2P=[57.2×1.5×0.5×1.5+(89.84-57.2)×0.5×1.5×1/3×1.5]×14=1 072.3 kN?m。

2.2 后背墻自重

后背墻自重:G=γ GV后背墻=25×1.0×2.3×14=805 kN。

后背墻自重對(duì) O點(diǎn)取矩:MG=G×LG=805×0.5=402.5 kN?m。

2.3 后背墻基底摩擦力

基底摩擦力:Nf=μ G=0.35×805=281.75 kN。

對(duì) O點(diǎn)取矩:Mf=NfLf=281.75×0.8=225.4 kN?m。

2.4 驗(yàn)算后背墻的穩(wěn)定性

抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算:

由公式:Ko=M抗傾覆/M傾覆=(MG+M1P+M2P+Mf)/M傾覆=1.54＞1.5(滿足要求)。

3 D24施工便梁架空

Ⅱ道采用1孔D24施工便梁架空線路。便梁支墩采用鋼筋混凝土挖孔樁基。線路架空后，列車應(yīng)慢行45 km/h，架空步驟及注意事項(xiàng):1)挖道床及土方，灌注混凝土護(hù)壁及鋼筋混凝土樁基;2)搭枕木;3)就地拼裝D24施工便梁;4)D24施工便梁拆除后，應(yīng)鑿除部分露出路基的鋼筋混凝土樁基，鑿除深度應(yīng)符合線路道床厚度的要求。具體架空方案如下:

對(duì)于鷹潭側(cè)框架頂進(jìn)時(shí)，在穿過Ⅱ道線路時(shí)，采用D24便梁架空線路，由于在靠近廈門側(cè)有一既有鋼筋混凝土梁橋，人工挖孔樁避開既有橋臺(tái)及路基;在另一側(cè)最大可按1∶1放坡，支點(diǎn)采用人工挖孔樁，樁徑為1.25 m，如圖2所示。

對(duì)于廈門側(cè)框架施工時(shí)，在穿過Ⅱ道線路時(shí)，采用D24便梁架空線路，靠鷹潭側(cè)的支點(diǎn)直接落在其箱涵上，另一側(cè)采用人工挖孔樁做支點(diǎn)。

4 縱挑橫抬架空

線路加固設(shè)備主要由橫梁(垂直于線路方向的工字鋼束梁)、縱梁(沿線路方向的工字鋼束梁)組成。其主要工藝為:縱梁一端搭在框架涵頂上，另一端搭在頂進(jìn)方向的土體上，橫梁上跨縱梁，此橫梁托住線路。為防止框架涵兩側(cè)路基塌方，須在沿線路方向設(shè)置軌束梁托住線路，此軌束梁一端搭在上述橫梁上，另一端搭在框架涵兩側(cè)路基上。

穿設(shè)橫抬梁時(shí)，應(yīng)防止橫抬梁同時(shí)與兩根鋼軌接觸，橫抬梁就位后，立即在橫抬梁與軌底間安裝絕緣墊板，方可落下軌道。

線路加固地段每2 m設(shè)絕緣軌距拉桿一組，以防止軌道爬行。

5 框架橋頂進(jìn)施工方案

頂進(jìn)總體施工方案先把鷹潭側(cè)框架頂進(jìn)到位，再利用鷹潭側(cè)框架頂作支點(diǎn)，架空線路進(jìn)行廈門側(cè)框架頂進(jìn)施工。

中繼間法是將箱身分節(jié)預(yù)制，各節(jié)箱身間設(shè)中繼間，前節(jié)利用后節(jié)做后背，并在中繼間、末節(jié)箱身與后背之間安設(shè)千斤頂，再由前至后依次驅(qū)動(dòng)千斤頂，逐節(jié)推動(dòng)箱身，往復(fù)循環(huán)，直至箱身就位。

中繼間法頂進(jìn)，由于前后箱身重心的運(yùn)動(dòng)軌跡不易重合，產(chǎn)生垂直分力，致使中繼間抗剪力較差，產(chǎn)生頂進(jìn)中嚴(yán)重錯(cuò)牙及底板處土方滯留。為處理頂進(jìn)中中繼間抗剪力及底板處土方滯留給頂進(jìn)施工帶來的施工難度，確保施工正常有序，在施工中進(jìn)行了優(yōu)化處理。中繼間鋼護(hù)套底板采用20 mm厚鋼板，其余均采用16 mm厚鋼板。鋼護(hù)套的埋設(shè)應(yīng)與框架涵置放水平。

該工程框架底板至軌底間距為9.18 m，頂進(jìn)開挖時(shí)嚴(yán)格控制開挖深度，邊挖邊頂，每次頂進(jìn)深度控制在30 cm～60 cm范圍內(nèi)。頂進(jìn)時(shí)根據(jù)頂程情況在不斷接長(zhǎng)的傳力柱上反壓軌束梁和分段設(shè)置分配梁。使其與后背共同承擔(dān)油頂最大推力，反壓梁或增加分配梁也起到傳力柱橫向分力的抑制作用，使頂推安全快捷。

6 結(jié)語

根據(jù)對(duì)施工方案的分析，本工程所采用的中繼間法施工工藝最大限度的發(fā)揮了其特點(diǎn)，使框架橋質(zhì)量、工期、安全得到有效的控制，且工程造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。由于中繼間法施工工藝在此次的施工中遇到很多問題并得到相應(yīng)的解決，這為同類工程施工質(zhì)量控制積累了一定的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。

[1] 孫亦環(huán).鐵路橋涵[M].北京:中國(guó)鐵道出版社，2000.

[2] 姚鈴森.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社，1998.

[3] TB 10415-2003，J286-2004，鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].