多跨框架箱涵下穿鐵路股道群頂進(jìn)便梁施工關(guān)鍵技術(shù)研究

單天宇, 王俊淇, 張自光, 尤雪蘋(píng)

(1.中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)公司,上海 200071; 2.江蘇雷威建設(shè)工程有限公司, 江蘇南京210003;3.建筑結(jié)構(gòu)與地下工程安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院, 安徽合肥230601)

[通信作者]張自光(1980—),男,博士,碩士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)榈叵驴臻g開(kāi)發(fā)利用。

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平步伐的不斷加快,將城市鐵路兩側(cè)的交通全面貫通,實(shí)現(xiàn)城市鐵路兩側(cè)的協(xié)調(diào)發(fā)展。在貫通鐵路兩側(cè)的工程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)大框架箱涵等地下工程下穿鐵路軌道群的情況,在此情況下會(huì)擾動(dòng)鐵路軌道群結(jié)構(gòu),使鐵路軌道群結(jié)構(gòu)發(fā)生沉降變形。當(dāng)鐵路軌道群結(jié)構(gòu)發(fā)生較大沉降變形時(shí),列車在其上方運(yùn)行極易發(fā)生失穩(wěn)脫軌事故,嚴(yán)重影響列車的運(yùn)營(yíng)安全。為了在不中斷既有線行車的前提下,亟需鐵路軌道群的加固以便于鐵路正常使用,因此,便梁加固鐵路軌道群的方法應(yīng)運(yùn)而生。臨時(shí)便梁結(jié)構(gòu)由人工挖孔樁和便梁架空加固既有鐵路線路以確保鐵路運(yùn)行暢通,但是便梁架空加固多股道鐵路的施工仍存在問(wèn)題。劉輝等[1]以長(zhǎng)株潭城際鐵路長(zhǎng)沙站進(jìn)、出站地道下穿京廣貨運(yùn)線工程對(duì)D梁架設(shè)的施工步驟進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。傅政等[2]根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)便梁的架設(shè)的方式及使用作出了詳細(xì)說(shuō)明,并對(duì)可能影響便梁穩(wěn)定性的原因進(jìn)行分析。張志勇等[3]章以莆田火車站南北廣場(chǎng)東西兩側(cè)地下通道涉鐵工程為例,詳細(xì)闡述基于人工挖孔樁的D型便梁加固原理、工藝流程及應(yīng)用效果。趙志清等[4]借鑒和深化研究橫承式便梁法的線外鉆孔樁支墩與橫承梁共同支承線路加固便梁的技術(shù)思路,采用鉆孔樁支墩結(jié)合鋼大橫梁支承便梁進(jìn)行線路加固,并將其應(yīng)用于白銀路下穿京包、集包兩條既有鐵路的立交橋工程中。以上成果都對(duì)本文研究提供了思路。

本文依托合肥市銅陵北路下穿火車東站到達(dá)場(chǎng)便梁施工工程實(shí)踐,在對(duì)鐵路股道群便梁加固原理及施工順序深入分析的基礎(chǔ)上,繪制了多跨框架箱涵下穿鐵路股道群頂進(jìn)便梁施工流程圖,同時(shí)結(jié)合依托工程案例對(duì)多跨框架箱涵下穿鐵路管道群頂進(jìn)鐵路線路便梁加固實(shí)施步驟進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。在此基礎(chǔ)上,對(duì)在鐵路股道群下面作業(yè)受限空間條基下的人工挖孔樁+條形基礎(chǔ)支墩施工、豎向鋼管內(nèi)支撐箱身支墩施工、便梁縱移施工等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)闡述。研究成果類似工程施工提供了重要的參考依據(jù)和案例支持。

1 工程概況

合肥市銅陵北路位于安徽省合肥市瑤海區(qū),南起天水路,北至東方大道,道路全長(zhǎng)4 752.436 m,為該區(qū)域內(nèi)的一條新建城市交通主干道路。道路設(shè)計(jì)時(shí)速60 km/h,規(guī)劃道路紅線45 m。銅陵北路下穿合肥東站立交橋工程涉鐵范圍南起樁K0+502.685,北至樁號(hào)K1+266,全長(zhǎng)為763.315 m。其中,在K0+577.00～K1+049.80里程段依次下穿桃東下行線、淮南上行線一節(jié)框架長(zhǎng)49.91 m,下穿機(jī)務(wù)段12節(jié)框架長(zhǎng)277.12 m(其中鐵路下框架2節(jié)長(zhǎng)86.68 m),下穿到達(dá)場(chǎng)4節(jié)框架長(zhǎng)129.80 m(其中鐵路下框架2節(jié)長(zhǎng)72.80 m),如圖1所示。

圖1 合肥銅陵北路下穿鐵路股道群平面

合肥銅陵北路下穿鐵路股道群采用跨度為6.0 m+l2.0 m+l2.0 m+6.0 m分離式框架箱涵正交通過(guò)。跨度為12.0 m的框架頂板厚1.1 m,底板厚1.2 m,側(cè)墻厚1.1 m,布置11.25 m的機(jī)動(dòng)車道;跨度為6.0 m的框架頂板厚0.6 m,底板厚0.7 m,側(cè)墻厚0.7 m,布置人行道及非機(jī)動(dòng)車道,如圖2所示。

圖2 框架橫斷面

項(xiàng)目場(chǎng)地總體地形南邊偏低北邊較高,地表平均高程約27 m,最大高差約8.49 m,屬江淮丘陵地貌。場(chǎng)地在勘探深度范圍內(nèi)所分布的地層自地表向下依次為雜填土(Q4ml)和更新統(tǒng)黏土(Q3al+pl)。雜填土(Q4ml)層厚2.90～3.50 m,灰黃、灰黑色,稍密狀,上部為混凝土地表,厚度約0.2 m,下部為黏性土回填,含有淤泥質(zhì)土、碎石。黏土(Q3al+pl)地層在勘察過(guò)程中均未被揭穿,顏色呈黃色,硬塑狀態(tài)。黏土(Q3al+pl)地層物理力學(xué)參數(shù)特征統(tǒng)計(jì)分析如表1所示。

表1 巖土體物理力學(xué)參數(shù)

場(chǎng)地內(nèi)地下水為上層滯水。不連續(xù)分部,主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水,整個(gè)場(chǎng)地?zé)o統(tǒng)一地下水位,水位隨季節(jié)變化而變化。地下水位埋深0.80～3.00 m,水面標(biāo)高為31.00～34.20 m。

2 多跨框架箱涵下穿鐵路股道群頂進(jìn)便梁施工順序

2.1 鐵路股道群便梁加固原理及施工步驟

多跨框架箱涵下穿鐵路股道群頂進(jìn)施工便梁加固鐵路線路的結(jié)構(gòu)體系由下部結(jié)構(gòu)(臨時(shí)支墩、人工挖孔樁、條形基礎(chǔ)、支點(diǎn)墩、平衡墩等) 、上部結(jié)構(gòu)(橫承梁、縱梁、小橫梁等) 和連接附屬構(gòu)造(連接牛腿、螺栓、銷軸、拉板、支座、 絕緣墊、鋼軌扣件等) 等部分組成[5-7],如圖3 所示。

圖3 鐵路股道群便梁結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成示意

多跨框架箱涵下穿鐵路股道群頂進(jìn)便梁施工順序:

(1)架設(shè)便梁臨時(shí)支座。

(2)抽出鐵道枕木,插入橫梁。

(3)將縱梁移至臨時(shí)支座上。

(4)將橫梁與縱梁之間組裝連接。

(5)將鐵路股道下方的地基進(jìn)行開(kāi)挖并施工成型若干個(gè)樁基[8-9]。

(6)施工成型條形基礎(chǔ)梁。

(7)將縱梁脫換架至條形基礎(chǔ)梁上。

(8)若樁基在箱涵頂進(jìn)線路上,鑿除框架箱涵頂進(jìn)路線上的樁基,并進(jìn)行多跨框架箱涵穿越鐵路股道群施工頂進(jìn);若樁基不在箱涵頂進(jìn)線路上,不需鑿除樁基增加鋼支撐(此步驟省略)。

(9)第一跨框架箱涵頂進(jìn)完成后,進(jìn)行回填路基,移動(dòng)臨時(shí)便梁。

(10)進(jìn)行下一個(gè)箱涵頂進(jìn),直至多跨箱涵全部頂進(jìn)完成,移除便梁,箱涵頂進(jìn)完成。

多跨框架箱涵下穿鐵路股道群頂進(jìn)便梁施工流程如圖4所示。

圖4 臨時(shí)便梁施工流程

2.2 框架箱涵穿越股道群頂進(jìn)

現(xiàn)以合肥市銅陵北路下穿火車東站到達(dá)場(chǎng)場(chǎng)K19～K20兩節(jié)框架箱涵頂進(jìn)施工為例,對(duì)多跨框架箱涵下穿鐵路軌道群頂進(jìn)便梁加固施工進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

合肥市銅陵北路下穿機(jī)務(wù)段到達(dá)場(chǎng)K19～K20兩節(jié)框架箱涵頂進(jìn)施工,總長(zhǎng)度72.80 m長(zhǎng)度。箱涵頂進(jìn)是鐵路軌道采用D16 m+D24 m+16 m便梁進(jìn)行線路加固。便梁架設(shè)支墩采用臨時(shí)鋼筋混凝土支墩、人工挖孔樁加條基、框架箱涵箱身的形式相結(jié)合。其中人工挖孔樁樁徑φ1.5 m,樁長(zhǎng)23 m,條基尺寸為2.8 m(寬)×2.5 m(高)×70 m(長(zhǎng)),挖孔樁及條基施工時(shí),便梁支墩全部采用臨時(shí)鋼筋混凝土支座?？蚣芟浜斶M(jìn)采用2#→1#→4#→3#的順序進(jìn)行,框架頂進(jìn)完成后及時(shí)進(jìn)行框架橋面附屬施工,盡快恢復(fù)線路,如圖5所示。

圖5 箱涵頂進(jìn)順序

合肥市銅陵北路下穿機(jī)務(wù)段到達(dá)場(chǎng)箱涵頂進(jìn)施工順序:

(1)在1#箱涵右側(cè)2.0 m處和2#箱涵左側(cè)2.0 m處分別施作1#臨時(shí)支墩和2#臨時(shí)支墩,如圖6所示。

圖6 2#箱涵頂進(jìn)便梁示意

(2)抽枕木,插橫梁,將便梁架設(shè)在1#臨時(shí)支墩和2#臨時(shí)支墩上。

(3)施作1#臨時(shí)支墩和2#臨時(shí)支墩下1#條基支墩和2#條基支墩;便梁支墩由1#臨時(shí)支墩和2#臨時(shí)支墩托換至1#條基支墩和2#條基支墩上。

(4)2#箱涵下穿股道群頂進(jìn)。

(5)1#箱涵下穿股道群頂進(jìn),如圖7所示。

圖7 1#箱涵頂進(jìn)便梁頂進(jìn)示意

(6)在4#箱涵右側(cè)2.0 m處和左側(cè)2.0 m處分別施作3#臨時(shí)支墩和4#臨時(shí)支墩。

(7)抽枕木,插橫梁,將便梁架設(shè)再3#臨時(shí)支墩和4#臨時(shí)支墩上。

(8)施作3#臨時(shí)支墩和4#臨時(shí)支墩下3#條基支墩和4#條基支墩;便梁支墩由3#臨時(shí)支墩和4#臨時(shí)支墩托換至3#條基支墩和4#條基支墩上。

(9)4#箱涵下穿股道群頂進(jìn),如圖8所示。

圖8 4#箱涵頂進(jìn)便梁示意

(10)在2#箱涵左側(cè)2.5 m箱身頂板和4#箱涵右側(cè)2.5 m處箱身頂板分別設(shè)置1#箱身支墩和2#箱身支墩;同時(shí),在箱涵內(nèi)部箱身支墩對(duì)應(yīng)部位設(shè)置鋼支撐。

(11)在1#箱身支墩和2#箱身支墩之間架設(shè)便梁。

(12)3#箱涵頂進(jìn)至鐵路股道前,拆除2#條基支墩和3#條基支墩及對(duì)應(yīng)的人工挖孔樁,3#箱涵下穿鐵路股道群,如圖9所示。

圖9 3#箱涵頂進(jìn)便梁示意

1#～4#框架箱涵下穿鐵路股道群全部頂進(jìn)完成后,拆除縱梁,然后抽出鋼軌下方的橫梁,將原枕木放回原始位置,將框架箱涵與兩側(cè)路基間空隙用混凝土回填,回填至與框架箱涵的箱頂同高,框架箱涵的箱頂與回填混凝土上方回填道碴,搗固振實(shí)不再沉降后,恢復(fù)線路,如圖10所示。

圖10 箱涵全部頂進(jìn)到位下穿鐵路示意

3 多跨框架箱涵下穿鐵路股道群頂進(jìn)便梁施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 人工挖孔樁+條形基礎(chǔ)支墩施工

首先,在施工前對(duì)鐵路線路進(jìn)行便梁加固。然后,在便梁架設(shè)到位后將下方人工挖孔樁位置土方全部挖空,形成一個(gè)底寬3.5 m,上口寬6.8 m,高3.3 m的人工通道,如圖11(a)、圖11(b)所示。通道兩側(cè)需做好護(hù)坡和防排水處理。接著,在鐵路股道下方的人工通道內(nèi)進(jìn)行人工挖孔樁施工,人工挖孔樁樁長(zhǎng)、樁徑等基礎(chǔ)參數(shù)按承載力要求計(jì)算確定,且樁長(zhǎng)需達(dá)到框架箱涵地板底部以下深度一定范圍。最后,待人工挖孔樁施工完成,到達(dá)一定強(qiáng)度進(jìn)行條形基礎(chǔ)鋼筋籠板扎、支模、混凝土澆筑,將人工挖孔樁錨入條形基礎(chǔ)中形成一個(gè)整體。條形基礎(chǔ)尺寸為2.5 m×2.8 m×82 m條形基礎(chǔ),如圖11(c)、圖11(d)所示。便梁支座作用在條形基礎(chǔ)上,且其中心位置與樁基中心位置一致?？蚣芟浜斶M(jìn)即將通過(guò)前,便梁由混凝土基礎(chǔ)支墩轉(zhuǎn)換為鐵路股道下的條形基礎(chǔ)支墩。框架箱涵頂進(jìn)即將通過(guò)時(shí),對(duì)鐵路股道群下方地基進(jìn)行土方開(kāi)挖,并進(jìn)行多跨框架箱涵穿越鐵路股道群依次頂進(jìn)施工。若箱涵頂進(jìn)線路上存在樁基,則在框架箱涵頂進(jìn)取土后,鑿除框架箱涵在頂進(jìn)路線上的樁基及條形基礎(chǔ),箱涵頂進(jìn)通過(guò)鐵路股道。反之,若箱涵頂進(jìn)線路上不存在樁基,則箱涵按正常程序頂進(jìn)通過(guò)鐵路股道。

圖11 便梁條基支墩

3.2 豎向鋼管內(nèi)支撐箱身支墩施工

框架箱涵頂進(jìn)通過(guò)鐵路股道后,在框架箱涵頂部外側(cè)面安置支承墊塊,如圖12(a)所示,便梁由條形基礎(chǔ)支墩轉(zhuǎn)化為框架箱涵箱身支墩。在此過(guò)程中,在框架箱涵內(nèi)的上頂板和下底板之間放置鋼支撐,如圖12(b)所示。

圖12 便梁箱身支墩

3.3 便梁縱移施工關(guān)鍵技術(shù)

施工流程如下:材料機(jī)具準(zhǔn)備—安裝承托機(jī)構(gòu)—起梁—落梁—移梁、落梁、組裝[10-11]。現(xiàn)以D24施工便梁為例,具體說(shuō)明如下:

(1)在封鎖開(kāi)始前,確?，F(xiàn)場(chǎng)電源暢通。利用列車間隔拆除連接板S4,拆除牛腿與橫梁的連接螺栓,拆除2#、4#、34#、36#處橫梁處牛腿。在便梁外側(cè)兩端安裝好千金頂操作臺(tái)并連接好千斤頂,確定好便梁就位線,并鋪設(shè)便梁支座鋼板及枕木。

(2)封鎖開(kāi)始后在2#、4#、34#、36#處安裝倒置的牛腿,安裝好后在牛腿上倒扣放置橫梁,橫梁與牛腿使用M18精制高強(qiáng)螺栓連接,與便梁間采用S4連接板連接(圖13)。

圖13 加長(zhǎng)橫梁安裝

(3)承托機(jī)構(gòu)安裝完畢后,在橫梁處放置100 t液壓油頂,開(kāi)啟操作臺(tái),頂起2#橫梁處橫梁,達(dá)到高度后,推入1#、2#移梁小車,此時(shí),小車上均放有木枕(圖14)。

圖14 滑車安裝

(4)推入的小車輪兩側(cè)卡入木楔,收起液壓千斤頂。在油頂完全移走后開(kāi)啟36#橫梁處千斤頂,并推入小車。

(5)移除固定小車的木楔,推動(dòng)小車至便梁架設(shè)位,分頭頂起加長(zhǎng)鋼枕,移除小車將便梁安放到便梁支座上。拆除承托機(jī)構(gòu),安裝便梁。

4 結(jié)論

(1)繪制了多跨框架箱涵下穿鐵路軌道群頂進(jìn)便梁施工流程圖,并結(jié)合合肥市銅陵北路下穿火車東站到達(dá)場(chǎng)便梁施工工程案例,詳細(xì)闡述了多跨框架箱涵下穿鐵路軌道群頂進(jìn)鐵路線路便梁加固實(shí)施步驟。

(2)詳細(xì)闡述了在鐵路軌道群下面作業(yè)受限空間條基下的人工挖孔樁+條形基礎(chǔ)支墩施工控制關(guān)鍵技術(shù),變形控制要求嚴(yán)格條件下的豎向鋼管內(nèi)支撐箱身支墩施工控制關(guān)鍵技術(shù),以及便梁縱移施工控制關(guān)鍵技術(shù)等技術(shù)難題。研究成果類似工程施工提供了重要的參考依據(jù)和案例支持。