化机铁路涵洞拓宽改造工程框架涵顶进施工

郑少弘

1 工程概况

三明市化机铁路涵洞拓宽改造工程位于鹰厦线 K360+401.99，K360+414.49处下穿铁路，与铁路正交。孔跨结构为2-10.5 m的分离式钢筋混凝土框架涵，共3节，其中两节下穿既有线采用顶进施工，节长12 m，剩余一节采用现浇法施工，节长9 m。立交全长 33.06 m，边墙厚 95 cm，底板厚 75 cm，顶板厚65 cm，结构净高660 cm。

该框架涵位于三明站小里程侧咽喉区，立交范围内共有4股道，该工程的建设还将影响多处道岔、信号机、电气化、光电缆等铁路设备。于铁路里程K360+420处，有座1-10 m钢筋混凝土梁桥，该桥净宽8.9 m，净高 4.5 m，共有10片Ⅱ梁，桥台为 T形台，台长5.92 m，扩大基础，施工难度大。

2 顶力计算与顶进后背设计

箱涵自重(以第一节箱涵计算):

初次启动摩擦系数按1.4计，最大顶力Fmax=μ G=1.4×927=1 297.8 t，取 1 300 t，即最大需要 1 300 t的推力。

拟框架后背分配梁采用C25钢筋混凝土，与滑板共同浇筑，采用高2.3 m、宽15 m、厚1 m的钢筋混凝土，分配梁埋入滑板面以下0.8 m。

后背采用M10浆砌片石砌筑。后背梁均与框架轴线90°垂直，与框架平行。

检算后背墙稳定性:

拟后背墙采用钢筋混凝土材料:尺寸为宽15 m，高2.3 m(其中埋入土体0.8 m)，厚1.0 m。土的参数:内摩擦角 φ=20°，粘聚力c=20 kPa，基底摩擦系数 μ=0.35，密度 ρ=2×103kg/m3。

2.1 土压力计算

1)后背墙上部被动土压力计算(见图1)。

把后背墙后面高于挡墙的土及砂袋等效为均布荷载:

P10=γ(z0+h)KP+=20×(0+3)×2.04+2×20×1.43=179.6 kPa。

P11=γ(z1+h)KP+=20×(1.5+3)×2.04+2×20×1.43=240.8 kPa。

被动土压力为:E1P=0.5(P10+P11)H=0.5×(179.6+240.8)×1.5×14=4 414.2 kN。

对 O点取矩:M1P=[179.6×1.5×0.5×1.5+(240.8-179.6)×0.5×1.5×1/3×1.5]×14=3 150 kN◦m。

2)后背墙下部被动土压力计算(见图1)。

P20=γ z0KP+=20×0×2.04+2×20×1.43=57.2 kPa。

P21=γ z1KP+=20×0.8×2.04+2×20×1.43=89.84 kPa。

被动土压力为:E2P=0.5(P20+P21)H=0.5×(57.2+89.84)×1.5×14=1 543.9 kN。

对O 点取矩:M2P=[57.2×1.5×0.5×1.5+(89.84-57.2)×0.5×1.5×1/3×1.5]×14=1 072.3 kN◦m。

2.2 后背墙自重

后背墙自重:G=γ GV后背墙=25×1.0×2.3×14=805 kN。

后背墙自重对 O点取矩:MG=G×LG=805×0.5=402.5 kN◦m。

2.3 后背墙基底摩擦力

基底摩擦力:Nf=μ G=0.35×805=281.75 kN。

对 O点取矩:Mf=NfLf=281.75×0.8=225.4 kN◦m。

2.4 验算后背墙的稳定性

抗倾覆稳定性验算:

由公式:Ko=M抗倾覆/M倾覆=(MG+M1P+M2P+Mf)/M倾覆=1.54＞1.5(满足要求)。

3 D24施工便梁架空

Ⅱ道采用1孔D24施工便梁架空线路。便梁支墩采用钢筋混凝土挖孔桩基。线路架空后，列车应慢行45 km/h，架空步骤及注意事项:1)挖道床及土方，灌注混凝土护壁及钢筋混凝土桩基;2)搭枕木;3)就地拼装D24施工便梁;4)D24施工便梁拆除后，应凿除部分露出路基的钢筋混凝土桩基，凿除深度应符合线路道床厚度的要求。具体架空方案如下:

对于鹰潭侧框架顶进时，在穿过Ⅱ道线路时，采用D24便梁架空线路，由于在靠近厦门侧有一既有钢筋混凝土梁桥，人工挖孔桩避开既有桥台及路基;在另一侧最大可按1∶1放坡，支点采用人工挖孔桩，桩径为1.25 m，如图2所示。

对于厦门侧框架施工时，在穿过Ⅱ道线路时，采用D24便梁架空线路，靠鹰潭侧的支点直接落在其箱涵上，另一侧采用人工挖孔桩做支点。

4 纵挑横抬架空

线路加固设备主要由横梁(垂直于线路方向的工字钢束梁)、纵梁(沿线路方向的工字钢束梁)组成。其主要工艺为:纵梁一端搭在框架涵顶上，另一端搭在顶进方向的土体上，横梁上跨纵梁，此横梁托住线路。为防止框架涵两侧路基塌方，须在沿线路方向设置轨束梁托住线路，此轨束梁一端搭在上述横梁上，另一端搭在框架涵两侧路基上。

穿设横抬梁时，应防止横抬梁同时与两根钢轨接触，横抬梁就位后，立即在横抬梁与轨底间安装绝缘垫板，方可落下轨道。

线路加固地段每2 m设绝缘轨距拉杆一组，以防止轨道爬行。

5 框架桥顶进施工方案

顶进总体施工方案先把鹰潭侧框架顶进到位，再利用鹰潭侧框架顶作支点，架空线路进行厦门侧框架顶进施工。

中继间法是将箱身分节预制，各节箱身间设中继间，前节利用后节做后背，并在中继间、末节箱身与后背之间安设千斤顶，再由前至后依次驱动千斤顶，逐节推动箱身，往复循环，直至箱身就位。

中继间法顶进，由于前后箱身重心的运动轨迹不易重合，产生垂直分力，致使中继间抗剪力较差，产生顶进中严重错牙及底板处土方滞留。为处理顶进中中继间抗剪力及底板处土方滞留给顶进施工带来的施工难度，确保施工正常有序，在施工中进行了优化处理。中继间钢护套底板采用20 mm厚钢板，其余均采用16 mm厚钢板。钢护套的埋设应与框架涵置放水平。

该工程框架底板至轨底间距为9.18 m，顶进开挖时严格控制开挖深度，边挖边顶，每次顶进深度控制在30 cm～60 cm范围内。顶进时根据顶程情况在不断接长的传力柱上反压轨束梁和分段设置分配梁。使其与后背共同承担油顶最大推力，反压梁或增加分配梁也起到传力柱横向分力的抑制作用，使顶推安全快捷。

6 结语

根据对施工方案的分析，本工程所采用的中继间法施工工艺最大限度的发挥了其特点，使框架桥质量、工期、安全得到有效的控制，且工程造价低，经济效益和社会效益明显。由于中继间法施工工艺在此次的施工中遇到很多问题并得到相应的解决，这为同类工程施工质量控制积累了一定的经验和数据。

[1] 孙亦环.铁路桥涵[M].北京:中国铁道出版社，2000.

[2] 姚铃森.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社，1998.

[3] TB 10415-2003，J286-2004，铁路桥涵工程施工质量验收标准[S].