既有线高路堤下箱涵顶进施工技术

龚宏华,胡 洲,万 波,林运唐

(南昌铁路天河建设股份有限公司,南昌 330002)

在既有线高路堤下进行箱涵顶进,由于路堤常以填筑土为主,尤其是以砂性土为主时,顶进过程中极易引起大面积坍方。为了解决这个难题,本文采用“卸载预压”+钢筋混凝土刃角带土顶进的施工方法,确保箱涵安全顺利顶进到位。

1 工程概况

南昌市洪都大桥滨江路 BB匝道下穿京九铁路框架桥工程,其车行道设计线于京九下行线K1 438+982处下穿铁路,并与京九下行线斜交,角度为 82°22′12″。框架桥结构尺寸:主框 1-13×7.9 m,副框 1-7.5×7.9m,两框架桥并排布置,边墙设置 5 cm沉降缝(图1)。两框架正长均 27.03横延米,此框架均分为 2节,其中一节长为 14m,另一节长为 13m。

路堤高度 7m,路基主要填料为砂性土,土质松散,稳定性差,必须采取措施,保证箱涵顶进期间路基的稳定。

图1 框架桥结构(单位:m)

2 施工难点

京九线是国家干线铁路,行车密度大,为保证铁路运输的安全畅通,施工期间必须对铁路进行安全可靠的架空。顶进箱涵时,由于线路轨底至涵底高 11m,采用 D24施工便梁加固线路,副框外边到便梁支点只有 7m的距离,无法满足 1∶1的放坡,并且砂性土容易溜坍,对便梁支点产生很大的安全隐患。因此,在箱涵顶进过程中,确保便梁支点的稳定是本工程的主要难点。

3 施工方案

3.1 线路架空方案

线路架空采用 D24施工便梁架空线路,顶进施工期间行车限速 45 km/h,便梁支点采用人工挖孔桩和枕木垛相结合。

副框线路架空时便梁支点设置如下。

(1)在线路外侧的支点采用人工挖孔桩,桩长 7 m,桩径 1.8m(图2);

图2 副框线路外侧便梁支点设置(单位:m)

(2)线路之间的支点采用 3层枕木垛 +双层扣轨。由于线间距只有4.05m,人工挖孔桩施工很困难,并且铁路慢行时间很紧。经过研究讨论后采用 3层枕木垛 +双层扣轨,扣轨两头搭在外侧的桩基上面(图3、图4)。

图3 副框线路之间便梁支点设置(单位:m)

中间支点开挖时,先要对线路进行简易加固:纵向扣轨采用 43 kg/m钢轨双层 4+5扣,横向采用 43 kg/m钢轨单层 1+2扣。线路加固完成后,再挖去轨底下的道砟及填土,挖至支点底高程后,为加固地基,打入3排长 1.5m、φ48 mm钢管桩,再铺设 3层枕木垛,最后横穿双层扣轨。横穿扣轨采用长 12.5m的50 kg/m钢轨,用卷扬机一根根拖拽过去,再扣成双层扣轨。

图4 副框线路架空平面设置(单位:m)

主框顶进时,便梁支点一端搭在副框边墙上面,另一端的线路外侧支点搭在桩基上面(图5),线路之间的支点依然采用 3层枕木垛 +双层扣轨。

图5 主框线路外侧便梁支点设置(单位:m)

3.2 箱涵顶进方案

顶进挖土利用列车运行间隙时间,随顶随挖,每个循环进尺 0.3～0.5m,列车通过时框架内作业人员应撤离路基面 1m以外,严禁继续掏土。做到“顶进不行车,行车不顶进”。

箱涵顶进过程中,关键是在箱涵靠近中间支点时,危险最大,容易导致中间支点土体坍塌。为了解决这个问题,本工程采用“卸载预压”+钢筋混凝土刃角带土顶进的施工方法进行箱涵顶进。

“卸载预压”是指在箱涵还未顶进到线路底下时,先人工在线路底下挖通架空部分的道砟及路基,在轨底下去 3m,跨度为距离便梁支点 3m处开始按 1∶1向下放坡,这样人为地先把架空部分线路底下的道砟及填土掏空,使得线路预先架空,让施工便梁先受力,使便梁支点沉降稳定。待箱涵顶进穿过线路时便梁支点沉降已经稳定,对线路有利。如图6所示。

图6 “减载预压”法立面示意

钢筋混凝土刃角带土顶进是指让刃角插入土体40～50 cm(图7),然后再组织挖土,这样可以减小路基坍方的危险。箱涵前面的土采用挖机挖成圆弧形,并且尽量让坡度放缓,以免前面土体发生大面积坍方,严禁超挖,开挖的长度控制在 1～2m,以免开挖纵向长度太长,引起大面积坍方。

图7 钢筋混凝土刃角带土顶进示意

在箱涵顶进穿过线路时,让刃角插入砂性土中,这样不仅可以起到挡土的作用,而且还可以提供向上的反力,使箱涵有向上抬的分力,可以克服箱涵扎头的趋势。

钢筋混凝土刃角的制作在箱涵预制完成后就可以进行,但预制箱涵时要先预埋好刃角的钢筋,在制作钢筋混凝土刃角时把刃角钢筋与预埋钢筋连接起来。钢筋混凝土刃角结构尺寸:顶部长 3.5m,底部长 0.8m,根部厚 0.5m,端部厚 0.3m,高7.8m。钢筋混凝土刃角属于临时结构,箱涵顶进到位后,需要凿除。为了便于凿除,使刃角的混凝土强度等级比箱涵的低一个等级,这样凿除刃角时不至于破坏箱涵边墙。

由于地基承载力较低,刚开始顶进时箱涵一直在扎头,后来在箱涵前端安装钢船头板及压入小方桩,使得箱涵扎头的趋势逐渐减缓。钢船头板设置在底板前端两边墙间,副框船头板长 6.4m,主框船头板长 11.8 m。由角钢支架、肋板、底板组成,角钢支架间距为 0.5 m,与底板混凝土以 M24锚固螺栓连接为一体,角钢支架与肋板、肋板与底板焊接在一起,然后把船头板的底板插入箱涵底板里面。顶进过程中钢船头板下的土体被压实。钢板以上的土体将胁间三角楔体填充构成一个向上的坡面,形似犁铧,可将钢板上的土体犁向箱涵底板上,免去了挖土中的清槽作业[5]。压桩用挖机把小方桩压入土中,增加地基承载力。

4 顶进箱涵方向与高低的控制

箱涵顶进方向主要通过液压顶顶力来控制,当发现偏左时,随之减少左侧顶力,再配合左侧刃角欠挖土,右侧刃角超挖土来控制方向。通过带土顶进或超挖土体来调整高低。顶进应贯彻“少挖、慢顶、勤测、勤纠”的原则,每一顶程土方开挖完毕后,及时对轴线高程进行观测,发现偏差及时采取措施纠正,在顶进中如发现左右偏差较大时,可增减一侧顶力调整或用挖土调整,然后继续顶进。

顶进结束后前面方向偏差 15 cm,高低偏差+10 cm,在误差允许范围之内。

5 结论

(1)通过采用“卸载预压”法预先让便梁受力,使便梁支点沉降稳定,对于确保线路的安全起到很好的效果;

(2)便梁支点设置在线路外侧采用桩基,在线路中间采用双层扣轨 +枕木垛,均可以满足线路稳定性要求。但是如果条件允许,采用桩基做便梁支点将更为安全;

(3)对于在砂性土中进行箱涵顶进取得一定的经验,采用钢筋混凝土刃角带土顶进,由于刃角较为容易插入砂性土,起到挡土的作用,确保了支点的稳定。

(4)通过在箱涵端头安装钢船头板,可以起到一定抑制扎头的作用。

[1]冯生华,张孚珩.城市地道顶入法施工[M].北京:中国建筑工业出版社,1982.

[2]刘 辉.在重载铁路下顶进框构涵的施工技术[J].铁道建筑,2007(7):11-12.

[3]鲍二良.既有线高路堤段下穿箱桥设计[J].铁道标准设计,2004(3):19-20.

[4]王志启.高填土箱涵顶进法[J].铁道建筑,2003(11):30-31.

[5]尚振坤,等.在松软地基上顶进箱涵防止扎头的尝试[J].铁道标准设计,1993(11):23-25.