在软土地基城区超长距离框架桥顶进技术

摘要：文章结合天津市塘沽区中心北路下穿编组站11.5——11.5双孔框构桥工程实例，针对以上施工的重点及难点提出了解决方法,为以后同类工程施工提供了切实可行的参考方案。

关键词：框构桥；软土地基加固；中继间

中图分类号：U416文献标识码：A

文章编号：1674-1145（2009）11-0152-02

一、前言

随着沿海城市市政建设规模不断加大，市政道路需要穿越铁路既有线的情况越来越多，需要下穿的超长距离框构桥也越来越多，并且施工中框构箱体预制场地狭小、地下水位高、地基承载力低、穿越股道多、顶程超长、对列车运营干扰大、中继间法顶进质量要求高。本文结合天津市塘沽区中心北路下穿编组站11.5——11.5双孔框构桥工程的施工，进行了该项技术的理论研究和施工探讨。该桥中心里程为津山线K180+034，编组场现有17股线，框构桥分三节中继间法顶进，顶程长度为108m。框构桥位于线路北侧，结构高度6.7m，桥体中线与铁路90°正交，基坑三面紧邻居民楼，最小距离为7.68m。

二、软基地基加固技术

本工程位于塘沽区，地貌单元属于退海平原区，地下水位相对标高-1.05m，框构桥底板在饱和粘土层上。

结合列车运营情况及实际地势状况综合考虑，针对塘沽中心北路框构桥工程穿越编组场，采取水平、斜孔和垂直注浆相结合的方法，北侧线路受运输条件限制（操3线，京山Ⅰ线，京山Ⅱ线、操4线）采用水平与斜孔（辐射孔）注浆加固，南侧线路具备分布封锁施工条件（操5线至操18线采用线上垂直孔注浆法）。本次注浆范围：注浆南北总长度95m，宽度为箱体及箱体两侧各8米（东西约41.4m），深度为轨面下-3.5～-13米（底板以下5米）。

（一）注浆时间的控制

分为注浆过程时间和注浆完成后应力发散时间两方面的控制。注浆过程的时间控制根据注浆量、注浆压力及注浆现场是否冒浆等因素在现场及时分析、调整浆液放散时间。注浆完成后应力发散的时间控制做到在注浆完成后不要立即拔出注浆管，待应力放散后拔出注浆管，一般1小时为宜。注浆提管后立即使用毛巾或棉布作为圆木封堵头对注浆孔进行全部封堵，不留死角，封堵率达到100%，保持铁路道床清洁。

（二）材料要求

采用po32.5普通硅酸盐水泥，其技术要求满足：28d抗压强度≥32.5 MP，若采用超细硅酸盐水泥，可以进一步提高渗透率。

（三）施工要求

水泥浆液水灰比为1：1～1.1：1。水玻璃掺量为水泥用量的5%（重量比）。在注浆现场预先对注浆试验场地进行试验，根据试验报告对水泥浆配比及水玻璃的掺入量进行适当调整，以确保注浆效果。

在进行注浆施工时，做好对线路隆起的监测，并及时做好维修养护，保证铁路运营的安全。

三、降水井施工技术

由于本工程地下水丰富，需要进行降水施工。降水井施工在进行注浆加固完成后进行施工，降水井Φ500mm深15m,每股道4口降水井。在降水井施工完毕后，进行降水施工，期间保持24小时连续降水，并设置观测井观测水位变化。当降水达到设计要求时，可暂停降水，根据水位变化随时调整降水作业并全过程监测铁路路基沉降量，及时采取相应措施。

四、顶进施工技术

（一）顶力计算

所需的顶力必须克服桥身重力产生于滑板上的摩阻力、周围土的摩阻力及前刃角切土时的阻力。顶力可按下式进行计算：

P=K[N1f1+（N1+N2）f2 +2Ef3+RA]

P——设计最大顶力（kN）；

N1——框构顶面上的荷载（包括动载、线路和加固材料重）；

f1——框构顶面与其上面荷载的摩擦系数；

N2——桥梁重力；

f2——框构底面与基底土的摩擦系数，一般采用0.7～0.8

E——桥梁两侧土压；

f3——侧面摩擦系数，亦可采用 0.7～0.8；

R——钢刃角正面单位阻力，砂黏土一般取500～550kPa：

A——钢刃角正面的面积（m2）；

K——系数，一般取 1.2。

根据上式得出顶力为3000吨。

（二）中继间顶进流程

由于受居民楼限制，场地狭窄，三节箱体采用横向布置，故该框构桥顶进采用平移法及中继间法施工，即在第一节吃土顶入就位线后，将第二节横移就位，安装第一个中继间。待第二节也顶入就位线后再横移第三节，安装第二个中继间，再继续顶进，直至全部就位。

中继间就是安装在每两节框构桥之间的顶进设备及配套设施。就该桥而言，其作用是把需一次顶进的桥体分成三节，也就是三个顶进区间。在顶进过程中，先由一二节间中继间先顶进500mm后，其次二节与三节间中继间顶进500mm后,最后第三节顶进500mm。这样不断地推进三节箱体，如果后节没有顶进条件，在保证不顶出钢护套的前提下前节可以再顶200mm以缩短顶进时间。当第一节桥体就位后，拆除第一个中继间，安放止水带，推进第二节至合拢。同样，拆除第二个中继间，并推进第三节至合拢。从而，三节桥体陆续顶进就位。

（三）顶进出土

为了防止路基塌方和扎头，采用船头坡吃土顶进。采用人工开挖和机械开挖相结合，开挖面的坡度一般为1:1~1:1.5，坡面要平顺，开挖工作要在行车间隙内进行，快速出土。

挖运土方与顶进循环交替进行，每顶进一顶程立即将千斤顶复原，补放小顶铁。每次顶进的顶程为0.5m；对于中继间法顶进施工来说，此点尤为重要，因为这样剪力力臂可以缩短，使搭板能发挥较大的抗剪能力，有效地防止箱体错台。

（四）高程和中线的测量观测

在每节箱体箱顶的4个角设置水准观测点,在框构顶板的前后端中心线上设置中线观测点。顶进时技术人员24 h值班,对顶进过程中桥体的高程和中线进行全过程监测，每顶进一镐要对每节高程和中线监测一次。若发现偏差趋势及时纠偏。

（五）顶进方向控制技术

1．从启动顶进到箱桥入土前的空顶阶段，主要利用导向轨（放置在导向墩和箱桥间的钢轨）控制方向，导向轨间距4米一处。箱体入土以前中线前后必须准确。

2.箱体入土后，方向控制利用左右不均匀开镐，通过调整左右开镐数量和刃角不对称吃土或者调整顶镐位置，形成力矩办法来加以控制。

3．当单靠调整千斤顶顶力效果不明显时，可以使两刃角左右不对称吃土，即当框构桥左偏时，左侧少吃土，右侧多吃土，使左侧顶进速度快于右侧；当框构桥体右偏时，右侧少吃土，左侧多吃土，使右侧顶进速度快于左侧，从而控制顶进方向。

（六）水平控制技术

框构桥体扎头是框构桥顶进过程中，常见而又不易处理的难题。它直接影响工程质量和施工进度。箱体如在土质较为松软的地基顶进时，当箱体前端出滑板1/3后，由于箱体自重，造成滑板前端的土壤压缩，而此时箱体端部往往进入线路，由于活载作用，使滑板前端部下沉出现裂纹，箱体开始扎头。在箱体重心移出工作坑滑板后，扎头更为显著。而当箱体继续前进，尾部脱离滑板后，往往滑板断裂，尾部下沉。为防止箱体扎头采取如下几点措施：

1．在滑板施工时，滑板顶面预留1‰的仰坡，以升制降。

2．预制箱体时滑板抬高3cm作为预留高度，并在底板前端设置长度为1.5米10%船头坡，挤压土体产生一个向上作用力。

3．箱体刃脚一经入土，组织加快出土速度，实行三班倒连续作业，保持箱体顶进作业不间断。

4．顶进开挖底面预留10 cm厚的土层，即比箱体外轮廓小10 cm，如土质松软，开挖底面则适当提高。

5．凿除前方围护钻孔桩，凿除后的顶面按设计标高找平以代替滑板，这样可以延长箱体入土时间，待重心进入路基土方时，已有一半的箱体已按设计坡度顶进到位。对后半截的下沉量起了缓和作用。

6．在顶进过程中若发现已进入线路的箱体成扎头趋势，将在顶进箱体前挖一道宽1m、深1m的渠，填夯石渣与石灰石的拌合物，提高地基承载力，缓解扎头的趋势。

（七）箱体中继间处防水

根据现场实际地质情况和不稳定动荷载条件，采用了柔性防水技术，即在接缝处通长灌入氰凝膨胀剂，并埋入遇水膨胀胶棒，上部用油麻、防水油膏进行封堵。此桥已经过两个雨季，未发生渗漏跑水现象，在塘沽区现有地道桥中是最成功的一例。

五、结论

本工程是软土地基框构桥顶进的代表工程，是目前国内穿越股道数最多的顶进框构桥，从框构平移、中继间连续顶进就位只用了36天，施工中合理优化的各项施工方案，解决了在沿海中心城区、软土地基顶进施工中，居民楼的安全和框构箱体扎头及中继间错台、防水等难题，保证了铁路行车安全，框构桥就位后水平偏差：-17cm，左右偏差：偏西2.9cm，小于设计和规范的标准值。

参考文献

[1]西南交通大学主编．铁路工程地质[M]．中国铁道出版社．

[2]李彰明编著．软土地基加固的理论、设计与施工[M]．中国电力出版社．

[3]陈希哲编著．土力学地基基础[M]．清华大学出版社．

[4]黄绍铭，高大钊主编．软土地基与地下工程[M]．中国建筑工业出版社．

[5]周松盛，周露，路震，周菁主编．最新建筑技术手册[M]．安徽科学技术出版社．

作者简介：宋文泽（1970- ），男，河北武强人，中铁六局集团天津铁路建设有限公司工程师，研究方向：软土地基超长距离框架桥顶进施工。