下穿既有鐵路框構(gòu)橋頂進(jìn)施工技術(shù)研究

徐 斌，李若銘

(1.中國鐵路沈陽局集團(tuán)有限公司,遼寧 沈陽 110000;2.沈陽鐵道工程建設(shè)管理有限公司,遼寧 沈陽 110005)

1 引 言

近年來，隨著我國交通建設(shè)的不斷發(fā)展，各類橋梁相繼建成。其中，框構(gòu)橋作為建立在道路上或跨越溝渠之上的框架橋梁，不同于其他橋梁，其可跨越鐵路等，修建于路面以下，不妨礙交通，被廣泛應(yīng)用[1-3]。

我國學(xué)者針對框構(gòu)橋頂進(jìn)施工進(jìn)行了研究。葛德書[4]以市政框構(gòu)橋頂進(jìn)施工為例，運(yùn)用有限元法對框構(gòu)橋頂進(jìn)施工過程中，對既有鐵路橋影響的風(fēng)險源進(jìn)行分析，并通過建立框構(gòu)橋頂進(jìn)有限元模型，得出頂進(jìn)對附近鐵路橋的影響小于規(guī)范限定值。袁廣益[5]以大跨度框構(gòu)橋頂進(jìn)施工為例，對其工法進(jìn)行研究，最后分析了大跨度框構(gòu)橋頂進(jìn)施工在市政工程中的應(yīng)用。趙永船、張寧[6]以津山線框構(gòu)橋頂進(jìn)施工為例，對軟土地基框構(gòu)橋扣軌加固暗挖頂進(jìn)與軍用梁支撐樁加固線路頂進(jìn)法進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明：扣軌加固暗挖頂進(jìn)施工適用性更強(qiáng)。唐文夫[7]以唐廊高速公路為例，對框構(gòu)橋頂進(jìn)施工進(jìn)行研究，并對施工方案進(jìn)行了優(yōu)化。

以上學(xué)者針對框構(gòu)橋頂進(jìn)施工方案以及施工過程對其他構(gòu)筑物造成影響的風(fēng)險源進(jìn)行了系列研究。但針對下穿既有鐵路條件下的框構(gòu)橋頂進(jìn)施工研究相對較少。因此本文以鞍南大道公鐵立交橋新建工程為例，首先針對鞍南大道公鐵立交橋工程背景進(jìn)行重難點(diǎn)的分析，進(jìn)而根據(jù)分析結(jié)果對框構(gòu)橋頂進(jìn)施工方案進(jìn)行研究，最后提出了合理的施工方法。

2 工程概況

2.1 工程背景

鞍山市鞍南大道處于沈大線鐵路交叉，框架橋主體共4孔，橋梁結(jié)構(gòu)為8.0 m+2×16.0 m+8.0 m頂進(jìn)框架地道橋，中間2孔框架主體軸長23.55 m，全寬35.3 m，全高9.81 m；2個邊孔框架主體軸長23.55 m，全寬9.4 m，全高9.81 m。框架采用現(xiàn)場預(yù)制，頂入法就位。

2.2 工程特點(diǎn)及重難點(diǎn)

根據(jù)鞍南大道公鐵立交橋所處位置與工程背景，總結(jié)出以下重難點(diǎn)。

(1)框構(gòu)橋尺寸較大，工期較為緊張，設(shè)計分為兩次頂進(jìn)，先頂進(jìn)中孔，再頂進(jìn)兩邊孔，施工對既有線影響次數(shù)多，周期長，需做好各項線路加固及防護(hù)措施。

(2)施工現(xiàn)場全部為耕地，土質(zhì)較為松軟，地表及地下水豐富，框構(gòu)工作坑及引道U形槽基坑開挖深度均較大，需進(jìn)行降、排水及支護(hù)。

3 框構(gòu)橋施工方案

3.1 工作坑設(shè)置

在既有鐵路線東側(cè)放坡開挖工作坑，根據(jù)開挖深度邊坡設(shè)置鋼軌樁或草袋堆碼防護(hù)。在工作坑中部位置設(shè)置出土通道，后背墻、滑板及導(dǎo)向墩均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。工作坑采用降水井降水，布置在工作坑非鐵路側(cè)。

3.2 框構(gòu)預(yù)制

框構(gòu)橋在工作坑內(nèi)現(xiàn)澆施工。主體按底板，邊墻及頂板三階段施工，頂板采用支架現(xiàn)澆；鋼筋混凝土刃角、配重及主體同時澆筑。鋼筋集中加工，現(xiàn)場綁扎連接，框構(gòu)鋼筋骨架主筋采用閃光對焊并進(jìn)行縱向打磨處理。模板采用大塊組合鋼模板，支架采用萬能腳手架。

3.3 框構(gòu)防水、排水與降水

框構(gòu)橋主體結(jié)構(gòu)以混凝土自防水為主，柔性防水層為輔，施工縫部位采用全封閉密閉防水。為提高防水混凝土的密實度，減少早期水化熱，摻入粉煤灰、硅粉等材料?？驑?gòu)橋內(nèi)部采用排水溝槽排水；頂部設(shè)置排水坡自然排水。

3.4 鐵路路基加固及防護(hù)

邊孔及中孔框架橋兩側(cè)采用旋噴樁固化既有路基。旋噴樁直徑0.6 m，框架橋兩側(cè)相鄰4排樁間距和排距均為0.6 m，其他樁間距及排距為2.0 m。沿公路走向框架兩端每邊設(shè)置6根鉆孔樁對路基進(jìn)行防護(hù)。樁頂采用鋼筋混凝土帽梁連接，確保刃角補(bǔ)齊及U形槽施工時鐵路路基穩(wěn)定。

3.5 線路加固

施工開始前，接觸無縫鋼軌，用標(biāo)準(zhǔn)軌代替長軌。通過橫抬梁結(jié)合吊軌梁實現(xiàn)對線路的加固，線路加固范圍內(nèi)更換為新I類木枕，并用U型鋼緊固件固定，以防止由于橫梁的移動引而導(dǎo)致線路變形，縱梁由3片I56c工字鋼組合構(gòu)成。工字鋼縱橫梁采用栓接，栓接接頭錯開布置。工字鋼橫梁從線路兩側(cè)交錯對穿施工，減少對線路行車的影響。

3.6 框構(gòu)頂進(jìn)

由于本橋順線路方向全寬達(dá)到56.41 m，鐵路線路為R=800 m圓曲線，接觸網(wǎng)最大跨距為50 m，因此該橋無法整體頂進(jìn)。橋體采用中間2孔為一整體，兩側(cè)各設(shè)一孔框構(gòu)，先頂進(jìn)中孔框構(gòu)，頂進(jìn)就位后，接觸網(wǎng)立柱移至框構(gòu)頂板中墻位置，再頂進(jìn)2個邊孔框構(gòu)。旋噴樁路基加固及路基防護(hù)鉆孔樁均應(yīng)在框構(gòu)頂進(jìn)前施工完成，確保路基穩(wěn)定及行車安全。為減少頂進(jìn)阻力及防止坍塌，框構(gòu)前端增設(shè)鋼筋混凝土刃腳。頂進(jìn)采取吃土頂進(jìn)法施工，吃土深度按0.5 m控制。為防止頂進(jìn)時扎頭，將滑板頂面預(yù)留適當(dāng)仰坡。頂進(jìn)施工主要施工步驟為抽換枕木(混凝土枕換木枕)→對線路設(shè)“3-5-3”吊軌→安裝I55c工字鋼縱梁→橫穿I55c工字鋼橫梁→對橫梁與縱梁進(jìn)行連接→線路加固好后，頂進(jìn)框構(gòu)→框架頂進(jìn)至設(shè)計位置后，回填框架兩側(cè)填土，拆除縱橫梁，恢復(fù)線路。

4 框構(gòu)工程施工方法及工藝

4.1 工作坑、滑板及后背梁

工作坑采用明挖法施工，坑道的兩端均以槽鋼樁保護(hù)，出土道路的邊坡坡度10%、寬0.4 m，其中工作坑的邊坡坡度為1∶ 1.5，靠后背砌體端部采用φ1 m鉆孔樁支護(hù)。土方通過機(jī)械分層施工，距基底0.3 m范圍內(nèi)則由人機(jī)配合施工?；宓撞康腻^梁、后背砌體土方和工作坑一起施工。

工作坑采用降水井降水，其過濾段長12 m，沉淀段長2 m，井深25 m。φ0.5 m降水井中安設(shè)6620/1型潛水泵，Q=360 m3/h，H=36 m，N=55 kW。在滑板施工范圍內(nèi)采用碎石墊層對基底加固，提高地基承載力。

滑板混凝土采用網(wǎng)控制高程法進(jìn)行施工。為了實現(xiàn)整體受力性能，滑板、后背及地錨梁混凝土連續(xù)澆筑，不留施工縫。沿頂入方向設(shè)置槽鋼方向墩?；遄龀汕案吆蟮偷难銎?，從而避免了在頂進(jìn)過程中扎頭?？驑?gòu)底板預(yù)埋螺栓，以便安裝板及托板?；屙斆嬖O(shè)潤滑隔離層，以減小摩阻力?；寤炷吝_(dá)到50%設(shè)計強(qiáng)度后，在框構(gòu)底板綁扎鋼筋，澆注混凝土。后背梁按常規(guī)法施工。

4.2 框構(gòu)預(yù)制

采用現(xiàn)場澆筑法對框架涵進(jìn)行澆筑施工。箱身澆筑分二個階段進(jìn)行，第一階段首先捆扎底板鋼筋，然后澆注底板(包含下梗肋)混凝土，第二階段則在混凝土強(qiáng)度超過設(shè)計抗拉強(qiáng)度的50%以后，再繼續(xù)捆扎上層鋼筋，然后立模，最后澆注中間、邊墻和頂部混凝土。各中邊墻施工縫不在同一平面上，施工縫中通過預(yù)埋連接鋼筋抵抗剪力。當(dāng)混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后進(jìn)行后背填土。

4.3 線路加固

線路加固采用吊軌梁、工字鋼縱橫抬梁法施工。吊軌梁采用P50鋼軌，長12.5 m，按3-5-3形式布置，線路加固時抽換的木枕間距為0.8 m。施工時采用翻漏法施工，用撬棍扳翻上層鋼軌使之翻漏倒置在下層兩鋼軌中間。吊軌梁與軌枕用U型螺栓和槽鋼連接在一起。施工中可先用鐵線將未完成的軌束與枕木連結(jié)，保證行車安全。

縱梁的鋪設(shè)是將工字鋼置于路基支墩上，縱梁接頭用拼接板和高強(qiáng)螺栓固定，用U型螺栓和扣板將橫梁吊扣在縱梁上。在頂進(jìn)的前方設(shè)置一排鋼軌樁地錨，防止橫梁移動，影響行車安全。橫梁的鋪設(shè)是將工字鋼穿在木枕下，支撐在混凝土支點(diǎn)帶上。橫梁支點(diǎn)施工前，需用吊軌梁加固線路。

4.4 框構(gòu)橋頂進(jìn)

進(jìn)行框構(gòu)橋頂進(jìn)施工時，首先對場地進(jìn)行布置，開挖工作坑，并進(jìn)行線路加固。接著修筑后背并進(jìn)行后背梁的頂板澆筑工作，設(shè)置排水系統(tǒng)。然后開始進(jìn)行框構(gòu)梁頂進(jìn)作業(yè)準(zhǔn)備，制造拖板并將頂進(jìn)設(shè)備安裝就緒，開始頂進(jìn)并記錄觀測數(shù)據(jù)。頂進(jìn)過程中同時進(jìn)行挖土運(yùn)土工作，增加頂鐵并再次頂進(jìn)。頂進(jìn)至梁段到達(dá)指定位置后，開始測量中線水平并記錄數(shù)據(jù)。最后進(jìn)行缺口處的回填并開始恢復(fù)正常線路。

(1)頂進(jìn)作業(yè)

頂進(jìn)作業(yè)前需進(jìn)行一次全面的檢查。頂進(jìn)過程連續(xù)進(jìn)行，杜絕長期停頓，降低地下水滲出、路基坍塌的隱患。正式進(jìn)行頂進(jìn)工作時，利用千斤頂將框架橋主體的箱梁頂推到規(guī)定位置，挖土與頂進(jìn)循環(huán)交替進(jìn)行，用滑板來移動箱體，工序如圖1所示。箱身與路基接觸后進(jìn)行土方開挖運(yùn)送(圖2)。頂進(jìn)出土采用人機(jī)配合施工。

(2)調(diào)整頂進(jìn)橋身偏差

運(yùn)用對一側(cè)千斤頂頂力進(jìn)行調(diào)整、輪流開動兩邊高壓油泵、后背頂鐵(柱)、調(diào)兩側(cè)挖土調(diào)整及在箱身前端加橫向支撐等措施來調(diào)整頂進(jìn)方向。頂進(jìn)中高程控制措施采用抬頭調(diào)整和扎頭調(diào)整。通過適當(dāng)調(diào)整刃腳的角度和兩側(cè)適當(dāng)多挖，來糾正箱身“抬頭”現(xiàn)象。

圖1 箱身滑板移動工序圖

圖2 挖運(yùn)土方工序圖

5 結(jié) 論

為研究下穿既有鐵路的框構(gòu)橋頂進(jìn)施工技術(shù)，以鞍南大道公鐵立交橋新建工程為例，首先分析了工程特點(diǎn)與重難點(diǎn)，制定了合理的框構(gòu)橋頂進(jìn)施工方案，包括工作坑設(shè)置、框構(gòu)預(yù)制、防排水、線路加固與框構(gòu)頂進(jìn)等，并通過施工方案，對工作坑、滑板及后背梁、框構(gòu)頂進(jìn)等施工流程及工藝進(jìn)行了研究，最后列舉了頂進(jìn)橋身偏差的調(diào)整措施。為今后相似工程提供參考。