雙孔大跨徑框架橋頂進(jìn)下穿既有鐵路線施工技術(shù)研究

趙博ZHAO Bo

（中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司，西安 710038）

0 引言

目前我國(guó)高速交通網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展，越來越多的高速公路項(xiàng)目陸續(xù)開展建設(shè)，使得越來越多的人們享受到高速公路所帶來的便捷與通暢。當(dāng)高速公路線路與鐵路線路交叉時(shí)，主要有兩種方案，一是采用橋梁上跨鐵路線，但上跨鐵路橋梁跨度較大，多采用連續(xù)梁或轉(zhuǎn)體橋梁，該兩種橋梁不但工程造價(jià)高，而且施工工期較長(zhǎng)，而且對(duì)鐵路線路影響較大，后期維護(hù)成本較高。二是下穿頂進(jìn)鐵路線路，一般下穿結(jié)構(gòu)多采用框架橋，下穿頂進(jìn)施工不但對(duì)鐵路線路影響時(shí)間短，而且框架橋自身剛度大，變形小，后期維護(hù)費(fèi)用低，但框架橋在頂進(jìn)施工時(shí)安全風(fēng)險(xiǎn)高，需要鐵路部門配合，同時(shí)要確保既有鐵路運(yùn)營(yíng)安全。在武深高速公路始興聯(lián)絡(luò)線項(xiàng)目下穿既有鐵路框架橋頂進(jìn)施工中，由于該框架橋?yàn)殡p孔大跨徑設(shè)計(jì)，所頂進(jìn)下穿的贛韶鐵路橋路基距離框架橋頂覆土約1.9m，施工難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。為確保該框架橋能夠順利頂進(jìn)，使其標(biāo)高與位置滿足要求，同時(shí)還要確保既有鐵路線運(yùn)營(yíng)安全，項(xiàng)目部對(duì)該框架橋施工方案進(jìn)行仔細(xì)研究，對(duì)施工工序進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)對(duì)施工安全措施進(jìn)行嚴(yán)格把控，通過上述一系列舉措，不但保證了該框架橋頂進(jìn)施工中既有鐵路線的安全運(yùn)營(yíng)，而且也使得框架橋頂進(jìn)后其頂板和底板標(biāo)高位置符合相關(guān)要求。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，該大跨徑框架橋頂進(jìn)下穿既有鐵路所涉及的工藝和措施在施工中取得很好的效果。

1 工程概況

武深高速公路始興聯(lián)絡(luò)線項(xiàng)目起于羅壩鎮(zhèn)深渡水鄉(xiāng)坪田村，在深渡水設(shè)置互通連接武深高速，而后經(jīng)過橫嶺村，周所村，在頓崗鎮(zhèn)東側(cè)跨越X346，于石坪村東側(cè)跨越墨江及S343，設(shè)置始興東互通與S244 相連，經(jīng)過馬市鎮(zhèn)澇洲水村置服務(wù)區(qū)及紅梨村、安水村，終點(diǎn)位于馬市鎮(zhèn)柴塘村。路線全長(zhǎng)29.55km。全線共設(shè)互通式立交3 處、服務(wù)區(qū)1 處、管理分中心1 處、養(yǎng)護(hù)工區(qū)1 處、收費(fèi)站1 處。

該頂進(jìn)框架橋用雙孔設(shè)計(jì)，孔跨布置形式為10.0+10.0m，全寬為21.95m?？驑?gòu)橋中線與鐵路線路交角為90°。頂進(jìn)框構(gòu)橋結(jié)構(gòu)凈高按6.1m 設(shè)計(jì)，橋體總高度為6.58m。結(jié)構(gòu)使用凈高≥5.1m?？驑?gòu)頂板厚65cm，底板厚70cm，側(cè)墻、中間墻厚均為65cm，加腋尺寸為150*50cm。

本框架橋下穿贛韶鐵路，鐵路里程為K129+137.4，設(shè)計(jì)時(shí)速120km/h，鐵路軌底距離框架橋頂部距離為1.9m。（圖1）

圖1 下穿涵洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2 總體施工方案

頂進(jìn)工作坑設(shè)置在線路一側(cè)，工作坑開挖支護(hù)后在底板處修建滑板，在滑板頂面上鋪設(shè)隔離層，預(yù)制鋼筋混凝土框架涵身涵節(jié)，安裝頂進(jìn)設(shè)備，堆放枕木垛，封鎖180 分鐘架設(shè)D24 施工便梁，加固既有線路，行車限速45km/h，方可進(jìn)行箱涵頂進(jìn)施工作業(yè)，首先將頂進(jìn)前方鐵路路基土體進(jìn)行開挖，然后對(duì)油泵進(jìn)行加壓使頂鎬對(duì)框架橋產(chǎn)生推力，從而推進(jìn)框架橋前進(jìn)，完成上述頂進(jìn)工序后將頂鎬回程，然后在空擋處增加一個(gè)頂鐵，然后再將頂進(jìn)方向土體進(jìn)行開挖出一個(gè)頂程距離，緊接進(jìn)行下一次頂進(jìn)工序，重復(fù)循環(huán)上述工序直至框架橋頂進(jìn)到設(shè)計(jì)位置。

圖2 頂進(jìn)橋整體施工流程圖

3 主要施工工藝

3.1 便梁支撐樁開挖

本工程支撐樁設(shè)計(jì)樁徑為1.5m，里程方向樁間距為24.5m，橫向間距為4.45m，樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)均為12.0m。線路同時(shí)采用左右對(duì)稱開挖挖孔作業(yè)采用人工逐層開挖，遇堅(jiān)硬土層用錘、釬或風(fēng)鎬破碎，首先開挖孔中心位置土體，然后向周邊逐步開挖，允許誤差為30mm。先做鎖口施工，鎖扣砼護(hù)壁高出地面30cm。一般情況下每層挖深1m 左右。樁孔分節(jié)開挖分節(jié)澆筑護(hù)壁，必須當(dāng)天開挖當(dāng)天澆筑護(hù)壁，嚴(yán)禁超挖。

樁身混凝土應(yīng)一次澆筑成型，過程中不得有較大間歇。當(dāng)混凝土灌注頂面標(biāo)高接近設(shè)計(jì)樁頂時(shí)，需將混凝土頂部浮漿抹除，確保樁頂標(biāo)高及樁頂混凝土質(zhì)量滿足有關(guān)要求。[1]

圖3 支撐樁平面位置布置圖

3.2 鋼便梁安裝

鋼便梁由吊車分節(jié)吊裝就位后再進(jìn)行縱向組合拼裝，縱梁聯(lián)結(jié)采用聯(lián)結(jié)板進(jìn)行，聯(lián)結(jié)板材質(zhì)與強(qiáng)度等級(jí)需與便梁相同，聯(lián)結(jié)板主要構(gòu)成為上下夾板和一組左右腹板。便梁架設(shè)采用50T 吊車吊裝到路肩，然后利用申報(bào)的既有線天窗點(diǎn)將便梁胯下橫移。架設(shè)便梁前，橫梁與鋼枕全部安裝到位，以減少便梁安裝時(shí)間，減少對(duì)既有線路的影響，確保行車安全和穩(wěn)定。將支撐樁頂部預(yù)留鋼筋提前挖出，便梁安裝就位后及時(shí)將預(yù)留鋼筋與便梁進(jìn)行連接，防止便梁產(chǎn)生縱向位移。

圖4 鋼便梁現(xiàn)場(chǎng)組裝圖

3.3 橫梁安裝

橫梁由H 型鋼制作焊接而成，長(zhǎng)3960mm、寬200mm、高212mm，橫梁順線路方向間距按照0.67m 進(jìn)行布置，然后將鐵路原有軌枕拆除移走，同時(shí)清理干凈橫梁之間的道碴，橫梁的安裝堯嚴(yán)格遵循“隔六穿一”的原則，為防止產(chǎn)生紅光帶，橫梁與軌道之間必須安裝好絕緣板等設(shè)施，經(jīng)專人檢查確認(rèn)無誤后，采用專用鋼軌扣件將橫梁與軌道進(jìn)行緊固，最后采用軌道尺和測(cè)量?jī)x器對(duì)軌間距、水平位置、軌向進(jìn)行檢查上述參數(shù)是否均達(dá)到要求，確保列車通行安全。如圖5 所示。

圖5 橫梁安裝示意圖

3.4 工作坑施工

工作坑設(shè)于既有線路右側(cè)，基坑及坑頂四周設(shè)置40×60cm 排水溝，頂進(jìn)后背墻為漿砌片石墻體，砂漿強(qiáng)度為M10，長(zhǎng)10m，寬1m，高2.5m。前面設(shè)置梯形截面的漿砌片石，后背梁前設(shè)置長(zhǎng)3 根10mI45 工字鋼，工字鋼與每根頂柱之間再墊一塊20mm 厚的鋼板。

采用43 型鋼軌做為滑板兩側(cè)導(dǎo)向墩，每根鋼軌長(zhǎng)度為150cm。工作坑滑板需與后背墻設(shè)計(jì)為一個(gè)整體，底板、地錨梁和后背梁均一次現(xiàn)澆連接為整體，從而增大底板與地基之間的摩擦力。同時(shí)為了降低底板頂面的摩擦系數(shù)，在底板澆筑成型后采用水泥砂漿進(jìn)行抹光找平，水泥砂漿凝固后再其表表涂上一層30mm 厚度的石蠟，從而最大程度地降低框架橋與滑板之間的摩擦力。

3.5 框架涵預(yù)制

框架涵預(yù)制工作面設(shè)置時(shí)，對(duì)框架位置精確定位，確保其涵身中心軸線與底板中心線重合。預(yù)制涵身時(shí)需設(shè)置船頭坡，在預(yù)制箱涵身時(shí)在涵底前端作船頭坡，以便頂進(jìn)時(shí)將高出涵底的土壤壓入箱涵底，增強(qiáng)其承載能力，防止扎頭[2]。

其施工順序是：測(cè)量定位→綁扎底板鋼筋→澆筑底板→養(yǎng)護(hù)→安裝內(nèi)?！壴厜绊敯邃摻睢惭b外?！嘧⑦厜绊敯寤炷痢B(yǎng)護(hù)→拆模→作箱身防水層。

3.6 路基開挖

線路架空之后，采用人工配合小型挖機(jī)開挖路基，小型農(nóng)用車將挖出的土方運(yùn)送在選好的場(chǎng)地堆放。開挖之后路基下部做木擋板防護(hù)，防護(hù)鋼管間距1m。上部坡度做素噴混凝土來防護(hù)路基，邊開挖邊做下部木擋板防護(hù)。

3.7 頂進(jìn)作業(yè)

涵洞頂進(jìn)時(shí)多臺(tái)千斤頂需協(xié)同配合，每個(gè)頂進(jìn)點(diǎn)頂進(jìn)行程需一致，每處頂鎬的頂進(jìn)方向必須平行于框架軸線方向。為確保頂鎬的反向作用力能夠均勻地傳遞至后背墻上，在框架與頂鐵之間以及頂鎬與后背墻之間均設(shè)置分配梁。

由于頂鐵自重較大，其在安裝時(shí)需采用吊車配合人工進(jìn)行安裝。頂鐵每隔3m 需設(shè)置一道橫向頂梁，從而增加頂鐵的整體穩(wěn)定性。在每個(gè)頂程結(jié)束后，將頂鎬活塞收缸復(fù)原，然后在空擋處再填放頂鐵，然后重復(fù)上述前一個(gè)頂進(jìn)工序直至框架箱體頂進(jìn)至設(shè)計(jì)位置。

4 頂力計(jì)算及設(shè)備選擇

4.1 計(jì)算最大頂力及過程

其中：P—最大頂力；

N1—橋涵頂上荷重（包括線路加固材料）；

f1—橋涵頂上表面與頂上荷重的摩擦系數(shù)，涂機(jī)油調(diào)制滑石油膏，取0.30；

N2—橋涵自重；

f2—工作底板與下方土體之間摩擦系數(shù)，根據(jù)基底土土質(zhì)情況，取0.8；

E—橋涵兩側(cè)土壓力；

f3—框架橋與兩側(cè)土體之間摩擦系數(shù)，根據(jù)土質(zhì)情況，取0.8；

R—鋼刃角正面阻力，根據(jù)土質(zhì)情況，取60t/m2；

A—鋼刃角切土正面面積；

K—修正系數(shù)，取1.2。

N1為橋涵頂上荷重（包括線路加固材料）。根據(jù)線路加固設(shè)計(jì)要求經(jīng)計(jì)算為120t。

N2經(jīng)計(jì)算為5450t，橋上施工人員及機(jī)械設(shè)備重為5t，總共為5455t。

兩側(cè)鋼刃角切土正面面積為0.2m2。

4.2 頂進(jìn)設(shè)備選擇

頂進(jìn)設(shè)備必須滿足頂進(jìn)時(shí)的最大頂力和頂程，且千斤頂必須型號(hào)統(tǒng)一，盡可能地選擇大頂程，從而提高作業(yè)效率。千斤頂配套設(shè)施如油泵、油箱及其他設(shè)施需與千斤頂配套。

目前我公司已有的千斤頂最大頂力為400t，該框架橋自重為5450t，則至少需要14 臺(tái)該型號(hào)千斤頂方可滿足要求，考慮到避免千斤頂滿負(fù)荷作業(yè)，一般千斤頂輸出頂力按額定輸出頂力的75%進(jìn)行計(jì)算，即每臺(tái)千斤頂工作時(shí)最大頂力為300t，則共需要20 臺(tái)該型號(hào)的千斤頂同時(shí)進(jìn)行頂進(jìn)作業(yè)。頂進(jìn)設(shè)備安裝完畢正式頂進(jìn)前，需做預(yù)頂試驗(yàn)，檢查頂進(jìn)設(shè)備的運(yùn)行狀況是否正常。待檢查無異常后，方可進(jìn)行正式頂進(jìn)作業(yè)。

5 安全質(zhì)量保證措施

①施工前按照鐵路局的要求進(jìn)行專項(xiàng)方案的編制及審批，并嚴(yán)格執(zhí)行。主要管理人員以及安全員、防護(hù)員、聯(lián)絡(luò)員、帶班人員、工班長(zhǎng)須經(jīng)鐵路局培訓(xùn)合格后才能上崗[3]。

②要點(diǎn)和開天窗施工時(shí)，合理組織和安排施工進(jìn)度，防止對(duì)上道工序及相鄰工程造成破壞。施工中加強(qiáng)安全防護(hù)并積極與相關(guān)專業(yè)協(xié)調(diào)。

③既有線路加固后，安排專人對(duì)軌間距、線路位置及軌道高差進(jìn)行檢查，同時(shí)檢查軌道與橫梁之間的加固扣件是否擰緊無松動(dòng)以及橫梁與軌道之間的絕緣是否良好，并且在后續(xù)每次列車經(jīng)過均要重新檢查。

④在框架箱體頂進(jìn)過程中，采用全站儀和水準(zhǔn)儀對(duì)箱體位置及標(biāo)高進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，每個(gè)頂進(jìn)周期后，檢查其軸線位置及頂板底板標(biāo)高偏差是否在規(guī)定范圍內(nèi)，當(dāng)偏差過大時(shí)停止頂進(jìn)，及時(shí)采取糾偏措施。

6 結(jié)束語

通過對(duì)框架橋頂進(jìn)施工方案進(jìn)行認(rèn)真規(guī)劃，對(duì)施工工序進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)對(duì)施工安全措施進(jìn)行嚴(yán)格把控，通過上述一系列舉措，不但保證了該框架橋頂進(jìn)施工中既有鐵路線的安全運(yùn)營(yíng)，而且也使得框架橋頂進(jìn)后其頂板和底板標(biāo)高位置符合相關(guān)要求。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，該大跨徑框架橋頂進(jìn)下穿既有鐵路所涉及的工藝和措施在施工中取得很好的效果，也為后續(xù)類似施工提供了借鑒和參考。