滨海软土地区临近运营高铁框构桥顶进施工技术

李书强

（中铁十六局集团第二工程有限公司 天津 300162）

1 工程概况

天津市武清区翠亨路下穿京津城际及京沪铁路立交工程地处滨海软土地区，施工区域地下水位高，翠亨路立交工程以3孔8.5 m－17 m－8.5 m顶进框构桥形式下穿京沪铁路。框构桥由南向北顶进，就位位置位于京津城际高铁南侧，正对京津城际高铁翠亨路中桥。框构桥就位后，桥体前悬臂与京津城际靠近京沪线最近股道的距离为23.14 m。

在京津城际高铁和京沪铁路之间，设置了两道横向止水帷幕。在两道止水帷幕京津城际侧设置观测井和回灌井。框构桥就位位置四角为防护桩。在京沪铁路北侧依次为两排钻孔桩，一排由5棵桩组成，为支撑桩，另一排由10棵桩组成，为抗移桩，见图1。

顶进施工区域地层岩性从上到下为：素填土、淤泥质黏土（σ0=80 kPa）、粉土（σ0=120 kPa）、黏土（σ0=85 kPa）。框构桥基底位于黏土层上，在框构桥底板中部偏下位置，夹一薄层粉砂层，具有较强的透水性。

2 施工难点分析

消除或最大限度的减小框构桥顶进对临近高铁产生的影响是工程的关键。临近运营高铁顶进施工，要求翠亨路中桥路桥过渡段差异沉降限值定为 1 mm。因而对框构桥降水、开挖和顶进等工序提出了新的要求，其中开挖和降水是影响城际高铁产生沉降的主要因素。

（1）顶进施工时框构桥前端开挖成槽，随着顶进的推进，开挖槽体距离京津城际越来越小，开挖槽体形成的卸载作用对临近的高铁沉降影响逐渐显现，尤其是加大路桥过渡段的差异沉降。

图1 翠亨路立交工程框构桥顶进平面布置图

（2）框构桥顶进期间，为了减小降水对京津城际的影响，在京沪铁路与京津城际之间设置两道横向止水帷幕，起止水的作用，因此对止水帷幕的止水功能的要求高。为了防止意外情况造成城际侧地下水的流失，在止水帷幕京津城际侧分别设置了观测井和回灌井。

（3）框构桥顶进期间，原则上将地下水降至底板下0.5 m处，由于顶进降水开始时间较晚，降水提前时间不足，且在框构桥底板中部偏下位置土体出现薄层透水层，基槽开挖到位后，从左、右两侧有地下水流出。顶进属于带水（少量水）顶进，因此，防“扎头”和防坍塌是顶进施工控制重点。

3 框构桥顶进方案

桥体进入路基后，随着吃土顶进和挖运土方循环交替进行，桥体两侧京沪铁路地下水沿透水层流入基槽中，当开挖后的边坡土体被地下水浸泡时间较长时，易出现坍塌现象，同时顶进框构桥出现“扎头”趋势。针对这一不利状况，其一是快挖快顶，其二是在无法快速顶进时，底板前端的土体保持原状，先开挖底板上部土体，将地下水封在透水层中，顶进施工时，再开挖底板以下部分。

框构桥顶进过程同时也是降水过程，普通顶进框构桥一般提前2周降水。但是为了减小降水对京津城际的影响，京沪铁路南侧大口井降水提前框构桥入土9天降水，而北侧降水井则在框构桥入土后方开始降水。为防止京沪铁路路基降水影响到京津城际侧地下水位变化，每天安排专人检查记录水位变化情况，并根据变化速率和变化量判断是否采取回灌等措施。

3.1 预加固路基

框构桥就位位置基底位于黏土层上，软塑，б0=85 kPa，基底承载力不能满足б0≥120 kPa的设计要求，为了减小框构桥沉降量，需对京沪铁路框构桥位置进行基底加固。

从方便顶进作业、缩短顶进时间、减小对京沪铁路和京津城际高铁影响等方面考虑，本工程采用顶前双液浆（纯水泥浆和水玻璃混合液）注浆预加固处理。

3.2 框构桥顶进

根据框构桥顶进施工时特点不同，顶进施工可分三个阶段：空顶阶段、框构桥悬臂板吃土顶进阶段及悬臂板出土后顶进阶段。其中悬臂板吃土顶进是最关键的阶段，见图2。

3.2.1 框构桥空顶

桥体在滑板上空顶时，控制的重点是框构桥顶进方向的调整，根据偏差及时调整，使桥体严格按设计轴线进入路基。

3.2.2 框构桥悬臂板吃土顶进

桥体进入路基后，吃土顶进和挖运土方循环交替进行。当框构桥顶入基坑前端止水帷幕时，为防止框构桥两侧京沪铁路的路基地下水从被破坏的止水帷幕和框构桥外边墙之间大量渗流，框构桥前端两侧刃角必须吃土顶进，以保证基坑前端止水帷幕与框构桥之间紧密接触。

基坑坡道和基坑前端止水帷幕基底由于采用了密排高压旋喷桩加固处理，当框构桥重心没出基坑前端止水帷幕前，相当于框构桥仍在坚硬的基底上顶进，只要适当欠挖，框构桥不会出现“扎头”的现象。当框构桥悬臂板下穿过京沪铁路路基时，框构桥重心刚刚出止水帷幕1 m左右，在该阶段，控制桥体按千分之三的坡度平稳前进。

随着开挖顶进的持续进行，开挖的基槽距离京津高铁越来越近，基槽卸载作用对城际高铁的影响越来越明显。为减小影响，基槽开挖宽度下口以80 cm为宜，不要超过1 m，上口以1 m为宜。根据黏性土和粉土粘结力较强的特点，桥体前端边坡以1︰0.7坡度为宜，边坡坡面需修整平顺，避免出现较大凸起，出现坍塌现象。

京沪铁路运营非常繁忙，每天都有固定的三个时段，持续时间约 2 h，三股道因列车通行密度太大而无法顶进施工，已开挖完毕的基槽较长时间的经地下水浸泡，前端边坡出现坍塌现象。针对这种现象，当临近运营高峰时，框构桥底板前端顶在原状土上，桥体前方土体向下开挖至地板顶面便不再开挖，底板顶面以下土体保持原状，使粉土层将地下水封在透水层中。同时放缓了边坡坡度，增强了边坡稳定性。基底由于经过注浆加固，地下水无法向下渗透，破坏基底承载力。当可以顶进时，开挖底板前方土体，并修正边坡坡度，迅速完成桥体顶进准备。

3.2.3 悬臂板出土后顶进

悬臂板穿过路基土时，京沪上行、京沪下行和京沪Ⅲ线已经完全坐落在框构桥上，顶程还剩约10 m，顶进施工中最危险的阶段过去了。同时土体开挖高度越来越小，开挖进尺可以适当加宽。由于框构桥重心已滑出坚硬的基底，该阶段框构桥易出现“扎头”现象。根据每次顶进后的高程变化，调整底板吃土厚度，以吃土顶进来避免出现“扎头”。

3.2.4 纠偏与防“扎头”措施

（1）轴线偏差控制

当桥体出现左、右偏差后，在顶进中实行动态跟踪监测，结合实际偏差，通过调整轴线两侧顶力以及调节左右两侧的挖土量实现纠偏，逐渐矫正归位［3］。

动态跟踪监测是指在框构桥右跨轴线的前端和后端分别放置一个自制测量跟踪靶，自制测量跟踪靶由三脚架、垂球和自制木格尺组成，见图3自制测量跟踪靶，垂球悬挂在三脚架上，并指向右跨中线，木格尺中心读数为零，向两端读数逐渐变大，固定到三角架的两条腿上，与垂线及右跨轴线分别垂直，顶进前，将零刻度与垂线重合。在顶进过程中，通过全站仪或经纬仪读取垂线位置的木格尺读数，即为前、后端的偏差数据。通过对讲机，通知油泵管理员，在顶进过程中同步调节顶镐油压，纠偏效果非常理想。

（2）高低偏差控制

为防止顶进时扎头，桥体预制时在底板前端设置加长的钢刃角，再加上底板设置的船头坡，预防扎头的产生［4］。

偏高时应向下调整底刃角的角度或前端超挖略低于底板，逐渐调整归位。当因挖土宽度不够，或侧刃角切土过多而造成底部切土量过大而抬高桥体时，应按断面挖土到位，减小侧刃角切土量，及时清除塌落土方。

偏低时，增加底刃角向上翘的角度；增大侧刃角的上部切土量；加大船头坡的吃土量；将施工机械停在桥体后端临时配重。

每顶一镐，底板前端高程的变化量不得超过1厘米，如超限，应分析原因并及时采取相应措施。

3.3 框构桥顶进对京津城际高铁的影响和控制

框构桥顶进对高铁的影响因素有两个方面：由于京沪铁路降水，线间止水帷幕渗漏造成城际高铁地下水的流失和每次开挖土体的卸载。地下水位的变化是引起路基及桥梁沉降的重要因素，因此，对城际高铁地下水位的监测是本次监测的重点。而观测井水位变化反应了城际高铁地下水水位变化，在框构桥顶进施工过程中，本项目采用自动化振弦式渗压计对观测井水位变化情况进行实时监控［5］。

当出现日水位下降量大于300 mm或累计水位下降量大于600 mm时，则利用回灌井进行补充地下水，同时利用观察井的位置判断止水帷幕出现渗漏的位置，利用注浆机械压注双液浆对止水帷幕进行堵漏。

土体开挖控制就是控制每次的开挖进尺和开挖体积。

3.4 后补底板及刃角施工

框构桥顶进就位，降水井停止降水，开挖框构桥前端土体，将底板和刃角补齐。由于原设计没考虑到后补底板两侧挡水问题，我们将原止水帷幕方案作了局部调整。

首先将框构桥前端左右两侧的支护桩位置作了移动，靠近框构桥的支护桩移到了顶桥底板内侧。其次，在桥体前端两侧各增加了一道小止水帷幕。再次，当桥体顶进就位后，在框构桥四角压注双液浆，在桥体四角边墙与邻近支护桩之间形成止水帷幕。这一套流程走完，后补底板和刃角侧面的地下水便止住了。

3.4.1 后补底板施工

后补底板混凝土在凝固过程中产生收缩徐变，地下水沿施工缝冒出来，对此采用遇水膨胀橡胶止水条止水，首先在框构桥底板前端面人工凿出两条平顺纵向凹槽，将橡胶止水条粘贴到平滑窄条上并固定牢固，浇筑后补底板混凝土。从实际效果来看，该施工缝处止水处止水效果非常好，没有出现从下向上的渗流现象。

3.4.2 后补刃角施工

预制框构桥顶板及上刃角浇筑时，将Φ 10cmPVC管放置到边墙上刃角前端，PVC管下端用防水胶带将管口封紧，并与上刃角的底端模板严密结合，与钢筋固定在一起，上端露出桥体顶板顶面约5 cm左右，见图4。

当灌注下刃角下部混凝土时，混凝土输送泵通过下刃角上部灌注混凝土并振捣；当灌注下刃角上部混凝土时，先支立加固封堵下刃角上部模板，从桥体顶部灌注混凝土，并通过模板外进行振捣。

4 结语

临近运营高铁顶进施工，在我国是第一例，本框构桥顶进是非常成功的，一是京津城际最大差异沉降累计0.329 mm，小于北京铁路局1 mm要求，保证了京津城际高铁和京沪铁路的安全运营；二是顶进偏差都极小，尤其是左右偏差为零；三是解决了带水顶进的难题。

[1]中华人民共和国铁道部.铁建设[2010]2141号高速铁路路基工程施工技术指南[S].北京:中国铁道出版社,2011

[2]余彬泉,陈传灿.顶涵施工技术[M].上海:人民交通出版社,1997

[3]冯卫星,王克丽.地道桥设计与施工[M].石家庄:河北科学技术出版社,1999

[4]黄学宁.顶进箱涵时扎头的预防和纠正[J].铁道建筑,2005(2):18～20

[5]梁卫东,张俊平,张耀等.深基坑工程中地下水问题的研究[J].施工技术,2005,34(6):60～61