下穿铁路咽喉区顶进框架桥设计与施工技术

高玉兰

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 工程概况

1.1 工程位置、结构形式

本工程位于沧州火车站北端，现状为8股铁路线，2组铁路道岔，均为南北走向。拟建桥影响范围内有3组电气化接触网杆，线间铁路设备、设施及地下管线众多，均需改移或防护。拟建桥位处有一座人行通道，孔径3 m×3 m，桥体顶进时将其同步拆除。拟建桥下穿1处平交道口，宽5.5 m，桥体顶进前须将其拆除，并在车站南端头采取临时过渡措施，待桥体顶进就位后原位恢复。拟建桥下穿3处旅客站台，桥体顶进前须拆除北端部分站台，并在南端顺接临时站台，待桥体顶进就位后站台原位恢复。桥涵结构形式为9 m-16.5 m-9 m 3孔框架桥，顶进前节长25.241 m，顶进后节长45.649 m，全桥总长70.92 m，总宽38.7 m，总高8.4 m，公铁交角为85°07'30″，采用 C45 P8钢筋混凝土浇筑［1-4］，框架桥平面布置见图1。

图1 框架桥平面

1.2 工程地质及水文地质

沧州市位于河北平原东部，渤海湾西岸，由冲积平原和冲海积、海积平原亚区组成，海拔一般为 2～15 m，地势平坦，各地层岩性特征见图2。

本桥底板位于黏土层，容许承载力为90 kPa，地下水位埋深1.0～1.7 m。

2 基坑工程

由于该工程地理位置特殊，施工场地狭小，施工制约因素较多，为确保基坑施工过程中铁路线的安全运营，防止基坑开挖、降水引起铁路线及周边居民房不均匀沉降产生下沉、裂缝，基坑施工过程中采取了以下几项技术措施［5-7］。

2.1 基坑围护桩

待地下管线拆改移工作完成后，施工场地进行围挡，基坑开挖深度约7.5 m，近铁路路基侧采用1∶1.5放坡开挖，后背采用双排φ1.25 m钻孔灌注桩，桩长16 m，桩间距1.4 m，基坑两侧采用单排φ1.25 m钻孔灌注桩，桩长19.5 m，桩间距1.5 m，桩间采用网喷混凝土保持桩间土体稳定。因地质条件较差，为防止钻孔过程中串孔，施工采用隔2钻1法，桩身采用C25混凝土灌注［8-9］，基坑检算结果见图3、图4。

图3 内力位移包络图

图4 地表沉降

2.2 桩外止水帷幕

因水泥搅拌桩具有工艺简单、施工速度快、质量可靠、环境污染小、噪声低、适合居民密集区施工等特点，结合本工程地质特性，止水帷幕采用围护桩外设置两排深层水泥搅拌桩，桩长15.5 m，深入基坑底面以下8 m，桩径600 mm，桩间咬合200 mm，采用切割搭接法施工，使桩身之间互相咬合紧密，利用密实的桩体结构在基坑四周形成截水帷幕，阻断基坑内外水的流动，达到止水目的［8-10］，基坑围护形式见图5。

2.3 基坑内降水

图5 基坑围护平面(单位:mm)

围护桩及止水帷幕施工完成后，采用φ700 mm大口井进行基坑内降水作业，依据土壤渗透系数、潜水层厚、水位降深、抽水影响半径等参数，经计算，坑内需布设降水井35眼，井深15.5 m，使地下水位降至基坑滑板1 m以下。为防止基坑外水压过大，引起围护桩变形，在基坑外亦设置适当数量的降水井备用［4-6］。

3 铁路路基加固工程

3.1 路基注浆固化

框架桥基础持力层位于黏土层，其容许承载力仅90 kPa，不满足地基承载力要求，同时为防止桥体顶进过程中铁路路基坍塌、桥体不均匀沉降、扎头等现象，确保桥体顶进过程中铁路线的安全运营和桥体顶进质量，需对桥体正面及两侧路基进行加固处理，使其地基承载力达到120 kPa。注浆固化的基本作用是胶结、填充和挤密作用。通过注浆，增大土层黏聚力(C)内摩擦角(φ)值，将土层颗粒间的水分强迫挤出，使颗粒间的空隙充满浆液，增加密实度，形成复合土体，以达到改良土层特性的目的［8-10］。

根据该工程土层地质特性及工程特点，加固范围确定为轨底面以下1.5 m至框架桥底板底面以下2.5 m，沿铁路方向宽58.9 m，沿顶进方向长54.4 m。根据以往地下工程注浆施工经验，加固黏土或粉质黏土层宜选用无收缩注浆液，本工程采用二重管无收缩WSS工法进行超前注浆。

图6 防护桩、抗移桩及支撑桩平面布置(单位:mm)

3.2 施作防护桩、抗移桩及支撑桩

防护桩在桥体就位位置四角和桥体两侧线间设置，桩径1.25 m，桩长分别为6.0、10.0 m和16.0 m，共计72根。其作用是防止桥涵顶进过程中路基侧塌，服务于线路加固系统，桥体外侧的工字钢横梁置于防护桩上，形成硬支点。

支撑桩在4道与京沪上行、京沪下行与3、7道外侧设置，桩径1.25 m，桩长7.0 m，3道共计27根。其作用是服务于线路加固系统，为桥体范围内的工字钢横梁支点，防止工字钢悬空长度过长，挠度过大。

抗移桩在 7道外侧设置，桩径 1.25 m，桩长12.0 m，共计10根。其作用是服务于线路加固系统，为工字钢横梁硬支点，防止顶进过程中工字钢横梁带动铁路线横移［4-6］。防护桩、抗移桩及支撑桩平面布置见图6。

4 站台过渡方案

4.1 南侧临时站台结构形式

为不影响线路加固体系的实施，须拆除沧州火车站1、2、3站台北端头，并在站台南端头搭建临时站台解决旅客上下车问题。临时站台采用钢结构，临时站台长度分别为36.5、28.8、27.1 m，宽度均为1.88 m，两侧主梁为 I14型钢，梁间用 I12型钢连接，间距1.0 m，焊接成整体，主排架下面设可移动碗扣脚手支架，每组支架间距不大于5.0 m，支架上下设槽托，对支架高度进行微调，主排架上铺设50 mm厚板材，临时站台与既有站台高度相同，临时站台结构见图7。

图7 临时站台结构(单位:mm)

4.2 南侧临时站台施作与拆除

每座临时站台中部设置操作平台，采用围挡围护，长15.0 m，宽4.0 m，平台距站台边2.0 m，用脚手架搭建平台并设拉锚。风镐破碎既有站台混凝土硬面或拆除地面砖并下挖一定深度，使主排架摆放后顶面与既有站台顶面平齐。在列车间隔期间，拆除既有站台帽石，将拼装好的临时站台6.0 m一段人工抬至既有站台边缘，随即将每段连接成为整体。临时站台内侧每6.0 m设置1道拉锚，防止临时站台外倾。待桥体顶进就位后，利用列车间隔，分段迅速拆除临时站台，恢复站台原貌。

4.3 北侧既有站台恢复

桥体顶进就位后，随着线路加固系统横梁工字钢的拆除，同步砌筑站台两侧片石挡墙。将站台土方由线路外侧人工运至站台内，用打夯机分层夯填站台中部土体，分层厚0.2 m。待站台中部土体夯实后，再将线路外侧土体人工运至其上，在站台中部预存边侧土方。利用较大列车间隔，分段安装帽石和夯填边侧土体。期间如遇来车，需搭设临时板材引导旅客上下车。待站台面平整后，随即铺设站台地面砖。

5 桥体顶进

该桥采用中继间顶进法施工，全桥顶程77.1 m，前节最大顶力75 380 kN，后节最大顶力139 400 kN。中继间处配备3 200 kN顶镐46台，后背配备5 000 kN顶镐46台。中继间法顶进施工的关键环节是前后节高程和方向的控制，本工程采取了以下几项技术措施［4-6］。

(1)在中继间预留镐窝位置，前节底板预埋1.5 m长、20 mm厚钢板，后节底板预留20 mm深凹槽，便于前后节插入。

(2)在中继间接缝处，箱体外四周设置20 mm厚、1 m宽护套钢板，以防止周围土体进入桥内。为防止顶进扎头，在桥体前端混凝土侧刃角支座处加设钢刃角。

(3)就位后拆除中继间护套钢板及顶进设备，粘结遇水膨胀橡胶止水棒，镐窝处恢复主体底板钢筋并浇筑混凝土。

(4)顶进期间铁路线路采用扣轨纵横梁加固体系，限速45 km/h，且必须利用列车运行间隔进行顶进，加强监控量测，每顶一镐观测一次，发现问题及时处理，以免造成更大的偏差。顶进施工过程中需严格执行四不顶制度，即:列车通过时不顶，后背倾斜或严重变形时不顶，顶柱发现扭曲时不顶，顶进超过偏差且无措施时不顶。

6 既有人行通道拆除

桥位处既有人行通道孔径为3 m×3 m，总高3.9 m，总宽3.8 m，轴线长60.09 m，其平面位置与拟建桥有交叉，拟建桥顶进过程中，须同步拆除该人行通道。

通道拆除采用混凝土切割工艺，沿轴线方向，每1.0 m作为一个切割工作循环。顶板采用绳锯切割，墙体与底板采用碟锯切割，如通道在拟建桥内部，底板可用破碎炮破除。

施作南侧线间防护桩时，在通道内南边墙钻3道斜孔，锚入钢筋至防护桩内，以防止通道拆除过程中剩余墙体向桥内倾覆。

6.1 既有人行通道在拟建桥内部时拆除工序

(1)慢行点(45 km/h)前，在通道边墙切割线位置用水钻钻穿绳孔，孔径0.05 m，穿绳孔位置见图8。

图8 穿绳孔位置(单位:mm)

(2)慢行点(45 km/h)后，即线路加固期间，在通道内安装2台碟锯机同时切割墙体。

(3)线路加固完成后，清除通道顶板上的石砟，在横梁工字钢下垫好枕木支墩，在通道内安装2台绳锯机同时切割顶板。

(4)随拟建桥顶进进尺，用破碎炮分段分步破除通道底板与墙体连接处混凝土，使墙体和顶板滑落。

6.2 既有人行通道与拟建桥交叉处拆除工序

(1)慢行点(45 km/h)前，在通道顶板切割线位置用水钻钻穿绳孔，孔径0.05 m，穿绳孔位置见图9。

图9 穿绳孔位置(单位:mm)

(2)慢行点(45 km/h)后，即线路加固期间，在通道内安装2台碟锯机同时切割边墙和底板。

(3)线路加固完成后，加固体系支撑于线间防护桩和支撑桩上，用绳锯切割地道桥顶板，使之落地，待墙体拆除后拴钢丝绳用挖掘机将顶板拉出通道。

7 结语

目前下穿铁路咽喉区的顶进框架桥工程日趋增多，本文以沧州市维明路下穿沧州火车站工程为例，针对该类工程设计施工过程中遇到的重点、难点及关键工艺，总结出以下几点体会，供类似工程借鉴。

(1)位于市区内的框架桥基坑受地理位置的制约，大多施工场地狭小，地面建(构)筑物较多，基坑开挖及降水势必存在安全隐患。这就要求设计人员充分考虑各种不利因素，制定出一套安全的基坑围护、降水、止水方案。

(2)地层加固效果的好坏直接影响到铁路运营的安全及桥涵的顶进质量，应根据土层地质特性及工程特点，选择合适的注浆加固材料，确定合理的注浆参数。

(3)中继间顶进桥涵是本工程又一关键工序，施工中应采取必要的措施使顶进前后节桥体高程及方向保持一致，并应加强监控量测，确保中继间法桥涵顶进施工的工程质量。

(4)不同的既有桥结构形式、不同的铁路现状，其拆除方案也是大相径庭，设计人员要与施工单位、铁路各部门密切配合，综合考虑各方因素，因地制宜，制定出一套对既有线干扰最小，又经济合理、便于施工的“拆旧顶新”方案。

(5)下穿铁路咽喉区的框架桥往往涉及到众多铁路设备、设施的拆除、改移及防护工程，要求设计人员认真做好现场踏勘工作，制定详细、周密的拆改移方案，确保铁路线的正常运营，确保上下车旅客、施工人员及机具的安全。

［1］中华人民共和国铁道部.TZ203—2008 客货共线铁路桥涵工程施工技术指南［S］.北京:中国铁道出版社，2008.

［2］中华人民共和国铁道部.TB10002.1—2005 铁路桥涵设计基本规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［3］中华人民共和国铁道部.TB10002.4—2005 铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［4］中华人民共和国铁道部.TB10002.5—2005 铁路桥涵地基和基础设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［5］中华人民共和国铁道部.铁建设［2009］226号，铁路工程施工组织设计指南［S］.北京:中国铁道出版社，2009.

［6］铁道部办公厅.铁办［2008］190号 铁路营业线施工安全管理规定［S］.北京:中国铁道出版社，2008.

［7］北京铁路局.京铁师［2008］435号 营业线施工及安全管理实施细则［S］.北京:北京铁路局，2008.

［8］高玉兰.软塑淤泥地层中继间顶进框架桥施工技术［J］.铁道标准设计，2011(8).

［9］地基处理手册编写委员会.地基处理手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，1988.

［10］铁道部第三勘测设计院.铁路工程设计技术手册·桥梁地基和基础［M］.北京:中国铁道出版社，1991.