框構(gòu)橋下穿朔黃鐵路施工頂進(jìn)過(guò)程控制研究

李 齊

（朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司，河北 肅寧 062350）

1 工程概況

朔黃鐵路為國(guó)家I級(jí)雙線電氣重載鐵路，本工程位于朔黃鐵路安國(guó)站內(nèi)，鐵路里程K359+247，公路里程 K0+971.6。橋址處線路為平坡，大致為東西走向，頂進(jìn)穿越鐵路五股道，股道線間距為5.1、8.5、5.0、5.3m，兩側(cè)路肩寬為5m。道路與鐵路相交處采用下穿框構(gòu)橋的形式通過(guò)，框構(gòu)橋中心線與鐵路中心線交角90°，框構(gòu)橋孔跨2-13m，鐵路軌底至頂板最小距離0.8m，結(jié)構(gòu)總高8.9m，結(jié)構(gòu)凈高7.0m，結(jié)構(gòu)總寬28.7m，結(jié)構(gòu)全長(zhǎng)71.42m，中、邊墻及頂板厚度0.9m，底板厚度1.0m?？驑?gòu)橋共分四節(jié)，長(zhǎng)度分別為7.0、46.3、8.0、10.0m，既有鐵路路基下為頂進(jìn)段，其他段為現(xiàn)澆。頂進(jìn)段分兩節(jié)，頂進(jìn)方向從南到北，前后節(jié)分別長(zhǎng)24.3、22m，前后節(jié)分別頂進(jìn)58.2、60.17m。頂進(jìn)時(shí)為防止前后節(jié)錯(cuò)位，在前后節(jié)相對(duì)位置處設(shè)鋼軌插銷。

2 框構(gòu)橋施工頂進(jìn)總體工藝流程

施工工作坑設(shè)于下行南側(cè)，框構(gòu)橋由南向北單向頂進(jìn)。

地質(zhì)調(diào)查表明施工區(qū)域無(wú)地表徑流，地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定。頂進(jìn)前澆筑抗橫移樁及支撐樁，采用3-5-3吊軌梁和縱挑橫抬法方式進(jìn)行線路加固；頂進(jìn)采用中繼間頂進(jìn)的方式；頂進(jìn)就位后，框架兩側(cè)墻外超挖部分采用混凝土澆筑，并進(jìn)行注漿固化，加固路基，兩側(cè)澆筑完畢后拆除扣軌恢復(fù)線路。同時(shí)，為確保線路及施工安全和運(yùn)量要求，在施工期間對(duì)列車限速45km。

關(guān)于頂進(jìn)施工前的準(zhǔn)備工作、線路加固及頂進(jìn)完成后的恢復(fù)線路工作本文不再做詳細(xì)的論述，主要介紹頂進(jìn)方法及頂進(jìn)過(guò)程控制研究。

3 框構(gòu)橋頂進(jìn)

3.1 受力計(jì)算

根據(jù)頂力計(jì)算公式：P=K〔N1f1+ （N1+N2）f2+2Ef3+RA〕（不考慮刃角阻力）求得前后節(jié)的框構(gòu)頂力分別為：

前節(jié)最大頂力：

P=1.3* 〔200*0.3+ （100+4247.6）*0.8+2*591.66*0.8+19.58〕 =5855.61t。

后節(jié)最大頂力：

P=1.3* 〔200*0.3+ （100+4454）*0.8+2*597.09*0.8〕 =6056.11t。

3.2 頂進(jìn)設(shè)備安裝

根據(jù)橋體最大頂力計(jì)算，配備2臺(tái)110kw高壓油泵，采用BJ500t千斤頂，此千斤頂有效頂力為350噸，需配備頂鎬40臺(tái)，中繼間20臺(tái)，橋體頂進(jìn)側(cè)20臺(tái)，前后節(jié)對(duì)稱布置，兩側(cè)各10臺(tái)，另準(zhǔn)備2臺(tái)備用。頂鐵采用全圓鑄鋼頂鐵且安裝順直無(wú)歪曲。

3.3 頂進(jìn)前測(cè)量準(zhǔn)備

《普速鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則》規(guī)定：橋涵頂進(jìn)一端頂進(jìn)時(shí)，中線誤差為±200mm，高程誤差為頂程1%，但偏高不得超150mm，偏低不得超200mm。此外為保證頂進(jìn)時(shí)測(cè)量工作順利進(jìn)行，需引入測(cè)量軸線及水準(zhǔn)點(diǎn)。

頂進(jìn)前將地面框構(gòu)橋中心樁引入工作坑的側(cè)壁和測(cè)量平臺(tái)上，作為頂進(jìn)的測(cè)量基線；將地面上的臨時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)引入工作坑底不易碰撞的地方，作為頂進(jìn)過(guò)程高程測(cè)量的臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)。

3.4 試頂及空頂

正式頂進(jìn)之前，要對(duì)橋體進(jìn)行試頂以確保設(shè)備及橋體正常。試頂時(shí)頂力不能過(guò)大，一般為橋體自重的0.8～1.2倍，試頂開(kāi)始時(shí)應(yīng)逐漸加壓，不能突然增大，且每升壓一次要穩(wěn)定幾分鐘，確?；濉⒑蟊?、頂進(jìn)設(shè)備及橋體正常后才能繼續(xù)試頂。

頂進(jìn)過(guò)程分空頂及吃土頂進(jìn)，本次頂進(jìn)施工空頂10m，吃土頂進(jìn)50.17m，試頂結(jié)束后對(duì)橋體進(jìn)行空頂，進(jìn)行空頂作業(yè)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制橋體頂進(jìn)方向，防止橋體偏離中心線從而為吃土頂進(jìn)帶來(lái)難度。在刃角到達(dá)線路邊坡外側(cè)且將要吃土?xí)r表明空頂作業(yè)完成。

3.5 頂進(jìn)作業(yè)

頂進(jìn)作業(yè)采用吃土頂進(jìn)的方式，吃土頂進(jìn)是本次施工最重要的的環(huán)節(jié)，所以在每次頂進(jìn)前都要對(duì)設(shè)備、橋體及線路狀況做全面檢查，確認(rèn)一切正常后方可繼續(xù)頂進(jìn)。在完成一個(gè)頂進(jìn)過(guò)程后，需人工配合吊車增換頂鐵、頂柱后再繼續(xù)進(jìn)行頂進(jìn)，如此循環(huán)往復(fù)直至頂進(jìn)就位。頂進(jìn)作業(yè)要遵守 “四不頂”制度，即：列車通過(guò)時(shí)不頂、后背變傾斜或嚴(yán)重變形時(shí)不頂、頂鐵發(fā)現(xiàn)扭曲時(shí)不頂、頂進(jìn)超過(guò)偏差范圍且無(wú)措施時(shí)不頂。

每次頂進(jìn)完成后應(yīng)立即組織人員機(jī)械進(jìn)行挖土作業(yè)，頂進(jìn)框構(gòu)基坑內(nèi)采用挖掘機(jī)、裝載機(jī)輪流作業(yè)的施工方法，汽車外運(yùn)作業(yè)。每次開(kāi)挖頂進(jìn)長(zhǎng)度不超過(guò)0.5m，開(kāi)挖面坡度不大于1：0.5，挖土作業(yè)過(guò)程中開(kāi)挖面邊坡應(yīng)平順整齊，不得有反坡。對(duì)兩側(cè)機(jī)械不易觸及的地方，必須由人工按外輪廓挖到邊，以免側(cè)墻擠壓兩側(cè)路基土體破壞穩(wěn)定。當(dāng)開(kāi)挖至預(yù)先澆筑的支撐樁時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行破樁作業(yè)，由上至下對(duì)支撐樁進(jìn)行破除，破除作業(yè)完成后方可繼續(xù)開(kāi)挖。挖土作業(yè)需遵守 “四不挖”制度，即：列車通過(guò)時(shí)不開(kāi)挖、橋體頂進(jìn)時(shí)不開(kāi)挖、發(fā)生塌方現(xiàn)象時(shí)不開(kāi)挖、機(jī)械發(fā)生故障時(shí)不開(kāi)挖。

挖土作業(yè)必須與頂進(jìn)作業(yè)緊密結(jié)合，每頂完一鎬，需對(duì)橋體的中線、高程、頂程及油壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量和記錄，做好交底工作，隨時(shí)根據(jù)頂進(jìn)的偏差情況改進(jìn)挖土方法，調(diào)整千斤頂布置。

4 頂進(jìn)過(guò)程的狀態(tài)控制

在頂進(jìn)過(guò)程中，要隨時(shí)對(duì)頂進(jìn)過(guò)程的狀態(tài)進(jìn)行了解，要嚴(yán)格控制橋體的方向及高程偏差，防止出現(xiàn) “扎 （抬）頭”現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn) “扎 （抬）頭”現(xiàn)象及方向偏差時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取糾偏措施。

4.1 防 “扎頭”措施：

①加強(qiáng)觀測(cè)及時(shí)校正。每頂一鎬觀測(cè)一次，進(jìn)行方向和標(biāo)高測(cè)量，及時(shí)掌握框構(gòu)在頂進(jìn)時(shí)的高程變化，為箱體前端土方的超挖、欠挖做出準(zhǔn)確判斷；

②根據(jù)高程變化情況，開(kāi)挖時(shí)控制地基面的坡度，盡可能不破壞坡面原狀土，嚴(yán)禁超挖后再回填；

③減少頂進(jìn)前端的附加重量對(duì)高程的影響，及時(shí)運(yùn)出土方，機(jī)械作業(yè)完畢后及時(shí)退出框構(gòu)；

④滑板施工時(shí)，滑板頂面預(yù)留2‰的仰坡，以升制降；

⑤在預(yù)制箱體前端設(shè)置5%的船頭坡，頂進(jìn)時(shí)船頭坡產(chǎn)生向上的作用力；

⑥出現(xiàn)扎頭趨勢(shì)時(shí)，頂進(jìn)時(shí)讓底板前端側(cè)刃角上部全部吃土，使土的阻力作用點(diǎn)上移產(chǎn)生抬頭力矩；

⑦減少全斷面挖土量，強(qiáng)制頂進(jìn)；

⑧頂板上下減少挖土面積；

4.2 出現(xiàn) “扎頭”時(shí)的糾偏措施：

①因土質(zhì)松軟造成扎頭，可在底板前端換鋪片石或碎石，必要時(shí)澆筑混凝土地梁，以增強(qiáng)底板前端土壤承載力，減少扎頭。

②在刃角、底板前適當(dāng)增加欠挖面積后強(qiáng)制頂進(jìn)。

③將地基超挖20-30cm，回填碎石鋪砂取平，在砂面上鋪墊混凝土預(yù)制板，板面高出箱底3-5cm，作為仰坡頂進(jìn)。

4.3 防 “抬頭”措施：

①減小側(cè)刃角及底板吃土量或者箱體前端增加配重等來(lái)制止箱體抬頭；

②挖土寬度不夠易造成抬頭現(xiàn)象，可適當(dāng)在橋體兩側(cè)多挖一些土。

4.4 出現(xiàn) “抬頭”時(shí)糾偏措施：

主要采取底板超挖來(lái)解決，超挖量根據(jù)抬頭大小確定。采用超挖對(duì)抬頭現(xiàn)象糾偏時(shí)，路基要做好加固措施保證路基安全。

4.5 方向偏差及糾偏措施：

在滑板上頂進(jìn)橋體時(shí)，由于滑板與橋體摩擦系數(shù)較小，頂進(jìn)時(shí)容易產(chǎn)生力矩從而引起方向上的偏差；在橋體進(jìn)入路基土體后，由于阻力變化同樣產(chǎn)生力矩造成頂進(jìn)時(shí)的方向偏差。當(dāng)方向出現(xiàn)偏差時(shí)，可采取以下措施：

①采用邊墻不同挖土進(jìn)行糾偏，如偏向黃驊港方，可對(duì)黃驊港方邊墻土體欠挖，朔州方土體超挖，反之亦然，超挖量控制在10cm。

②調(diào)整左右側(cè)頂鎬數(shù)量或左右側(cè)頂鎬不同步啟動(dòng)等方式糾偏。

③當(dāng)框構(gòu)走行方向偏差較大時(shí)采取減小頂程，增加調(diào)整次數(shù)的方式進(jìn)行糾偏。

5 頂進(jìn)時(shí)其它注意事項(xiàng)

由于采用中繼間頂進(jìn)法，吃土頂進(jìn)時(shí)，中繼間鋼板容易因受力不均發(fā)生變形，所以中繼間鋼板的加固必須牢固。具體加固方法可采用貫穿式加固法，即用水鉆打穿邊墻后穿入長(zhǎng)螺栓將鋼板與邊墻連接在一起。在頂進(jìn)時(shí)，要隨時(shí)觀察鋼板情況，一旦出現(xiàn)問(wèn)題立即停止作業(yè)對(duì)鋼板進(jìn)行處理。

橋體前后節(jié)由鋼軌插銷連接，在頂進(jìn)時(shí)，應(yīng)觀察鋼軌插銷是否有變形、斷裂、脫出等情況發(fā)生，如有發(fā)生應(yīng)立即停止頂進(jìn)作業(yè)并進(jìn)行處理。

橋體合攏前應(yīng)對(duì)中繼間處的頂板及邊墻做防水處理；橋體頂進(jìn)到位后應(yīng)對(duì)橋體邊墻外側(cè)進(jìn)行混凝土澆筑及注漿等措施以確保線路穩(wěn)定。

頂進(jìn)施工作業(yè)中，對(duì)可能出現(xiàn)的各種突發(fā)狀況做好應(yīng)急預(yù)案。

6 結(jié)語(yǔ)

朔黃鐵路是重載線，行車密度大，軸重大，這對(duì)本次框構(gòu)橋體頂進(jìn)施工提出了新的要求。編制施工預(yù)案時(shí)，要將施工對(duì)運(yùn)輸?shù)挠绊懽龅阶畹?，且要保證施工時(shí)線路的穩(wěn)定，做好各項(xiàng)安全規(guī)章的卡控，避免安全事故的發(fā)生。本次頂進(jìn)施工的順利完工，為以后同類工程施工積累了經(jīng)驗(yàn)。