下穿既有铁路的箱涵顶进施工和加固技术

广厦建设集团有限责任公司 杭州 310013

1 工程概况

银川火车站工程位于宁夏银川市上海西路，原有火车站线路东侧。工程包括站房、雨棚、天桥及地下通道等四个部分，其中地下通道由出站地道、人行通道及行包地道等组成。出站地道、人行地道结构宽度为14.05 m，铁轨底到结构顶板顶距离为1.62 m。行包地道结构净宽为6.05 m，铁轨底到结构顶板顶的距离为1.5 m。出站地道纵向分19 节，人行地道纵向分21 节，行包地道纵向分25 节，3 座地道均需下穿既有Ⅰ、Ⅱ道。Ⅰ、Ⅱ道间距3.6 m，Ⅱ、Ⅲ道间距11.0 m。既有Ⅰ、Ⅱ道施工区域的上部有高压接触网线，地面上有铁轨和给排水等设施，地下有暗埋水电管线，危险源众多。工作面被铁轨和管线分隔成多个破碎狭小的工作区块。现场在地貌上属黄河冲积平原Ⅲ级阶地，场区自上而下为人工填土，第四系湖积成因和黄河冲积成因的黏性土、粉土和巨厚砂土层。

2 工程特点

Ⅰ、Ⅱ道的铁轨枕木与地道顶板的距离很小，加固线路用的D24便梁（图1），长度为24 m，高度为1.3 m，质量为18.5 t，架设D24便梁后空间更小，决定对下穿既有1、Ⅱ道的地下箱涵采用先挖再顶的顶进法施工，顶进前必须先对铁路既有线进行加固。与常规边挖边顶的顶进法相比，采用先挖后顶的施工方法，克服了顶进施工时箱涵抬头、扎头与过顶等现象，从而确保线路安全，加快施工速度。

图1 便梁加固剖面示意

铁路营业线施工把确保行车安全放在首位，坚持运输、施工兼顾的原则。对既有线进行加固属于铁路营业线的施工作业，大部分工作要求要点施工。加固施工具有以下特点：

（a）要点施工，施工工期紧，配合严密；

（b）工作面狭小，跨线施工，影响范围广；

（c）在既有高压接触网下的线间施工，技术性强；

（d）对便梁基础、D型便梁、基坑支护的变形控制要求高。

3 加固施工[1-3]

3.1 加固施工流程

深井降水→修筑便梁基础→抽换轨枕并穿入横梁→架设D型便梁→联接纵横梁→修整线路→土方开挖与基坑支护，完成箱涵顶进、土方回填和路基填筑等相关工作后拆除纵横梁并恢复线路。

3.2 设置降水井

由于地下水位较高，在地表下2～3 m，对位于既有线路下的地道采用深井降水。在顶进段基坑两侧设置深井，深井距基坑边3.0 m，确保深井与人工挖孔桩有一定的安全距离，同时又能有效降低人工挖孔桩的桩底水位。在便梁基础开挖前进行降水，将水排入纵向排水沟中。

3.3 修筑便梁基础

由于在线间施工，工作面狭小，而且上部有高压接触网线，因此D型便梁基础采用人工挖孔桩。挖孔桩断面为1.25 m×1.25 m，桩底位于箱涵基底以下3.5 m，桩顶距轨底0.72 m，混凝土强度等级为C30，主筋8Φ16 mm配置，箍筋Φ8 mm@200 mm，桩上部800 mm范围内箍筋Φ8 mm@100 mm。护壁采用厚50 mm木板加100 mm×100 mm 撑木，撑木间距300 mm。开挖和灌筑D梁基础时均要求列车限速60 km/h。搭设横梁并穿上滑轮，将孔内挖出的土方用皮斗运出，置于线路以外。挖至设计标高后，下泵管灌筑孔桩混凝土。在轨道底下预埋套管，商品混凝土输送泵管通过预埋套管穿越线路。

3.4 穿入横梁

要点施工120 min，线路封锁后开始施工。根据加固长度先在钢轨腰或枕木上划线定出下穿横梁的位置，在其位置开沟槽，松动枕木。采用人力垂直于线路穿入横梁，先中间后两侧，穿入横梁后，将其与轨束连接成整体，钢轨与横梁间架设绝缘胶垫，减少对电气信号干扰。

3.5 架设D24便梁

便梁提前用汽车运输至银川车站站外区间，采用2 台160 kN汽车吊将D24便梁吊到轨道平板车上，每2 榀梁为一车，然后用轨道平板车运至施工现场的Ⅰ、Ⅱ道上。便梁配件、横梁利用天窗点运输至施工区域。上部有高压接触网，下面要跨越轨道线作业，便梁吊装采用2 台700 kN汽车吊双机抬吊。吊车停在既有的Ⅱ道与Ⅲ道之间，可以满足在铁路既有线吊装钢梁的作业要求，即满足起重臂与接触网线的距离大于2 m、满足跨线作业的长度、满足起重量要求、满足要点施工要求。吊装时要点施工120 min，同时接触网停电120 min。汽车吊将停放在Ⅰ、Ⅱ道的轨道平板车上的便梁分别吊至便梁基础上，同时安放胶垫和绝缘垫片。图2为双机跨线抬吊便梁的示意图。

图2 双机跨线抬吊示意

3.6 联接纵横梁

便梁就位后，将横梁与D24便梁进行联接。逐根准确调整横梁位置，调整时可采用2 台起道机平放于横梁两端，松动要调整的横梁与钢轨连接扣件，起道机顶住横梁腰部，同时起压2 台起道机。横梁对位后，稳住起道机，连接横梁与纵梁的扣件，联接板及牛腿上Φ23 mm孔均应上满螺栓，弹簧垫圈置于螺母及平垫圈之间。最后拆除起道机，恢复道床。

3.7 修整线路

便梁组装完成后，检查、修整线路。检查支座板（胶垫）安放稳固情况、检查各部件紧固情况、检查线路扣件紧固情况、检查线路轨距、水平、方向情况，对线路进行修整。使用过程中，应随时检查，上紧松动的螺栓。图3为加固完成后的线路情况。

图3 加固后的线路情况

3.8 顶进段基坑开挖

地道基坑开挖深度达到8 m，基坑施工范围内土质以粉细砂为主。上部2 m土方采用人工探沟开挖，2 m以下土方采用挖掘机分层挖土，距基底0.3 m范围内的土方由人工配合机械施工，确保地下管线的安全。基坑支护采用复合土钉墙支护结合深井降水，边坡坡度为1∶0.41。上部2 m自然放坡，下部6 m每隔1.2 m设1 道土钉，水平间距2.5 m，土钉长4.5～8 m。设置2 排Φ48 mm×3.0 mm超前锚杆，长度为4.5 m，间距为2.5 m。钢筋网为Φ6.5 mm@200 mm×200 mm，喷射厚100 mm C20混凝土。基坑出土采用自卸汽车从西边运出。土方开挖到位后马上施工垫层与滑板。图4为从顶进段基坑仰视的线路加固情况。

图4 仰视的线路加固情况

4 顶进施工[4-6]

4.1 滑板、导向墩、隔离层和定位梁施工

在灌筑滑板混凝土时，用Φ16 mm的钢筋头埋入混凝土内，分成2 m方格网控制高程，按点找平，再用1∶3水泥砂浆抹面，保证表面的平整度。在滑板上施工隔离层。隔离层做法：废机油与滑石粉按体积比1∶1.5加热调匀，浇完凝固后撒上一层厚0.2～1 mm的滑石粉，上铺一层塑料薄膜。导向墩采用C20钢筋混凝土制作，高出滑板40 cm，与箱涵两侧的距离为10～15 cm。定位梁采用断面为250 mm×250 mm、主筋为上下2Φ14 mm、箍筋为Φ6 mm@200 mmm的C30钢筋混凝土梁，其位置紧贴地下箱涵的设计位置。

4.2 箱涵施工

在工作坑内按设计要求预制钢筋混凝土地下箱涵并进行养护，按设计要求施工防水层。为防止在顶进过程中框架箱涵混凝土碎裂，在顶镐与箱涵接触部位预埋厚10 mm的钢板。

4.3 后背与后背梁施工

设置后背与后背梁，后背采用M10浆砌片岩，其尺寸按库仑理论法计算确定，后背具有足够的强度、刚度和稳定性，达到安全可靠并便于拆除，箱涵顶过平面图如图5所示。

图5 箱涵顶过平面示意

4.4 安装顶进设备

千斤顶安装在箱涵的底部，按箱涵中轴线对称布置。传力设备的顶铁、传力柱与顶力线一致，并垂直于后背梁。千斤顶采用多组3 200 kN千斤顶配合型号为BZ31.5 MPa-25的高压轴向柱塞泵站。

4.5 顶进施工

采用液压千斤顶整体顶进法施工，先试顶一个行程并符合要求后再进行正式顶进，顶进过程中随时进行纠偏。以定位梁控制箱涵的顶进位移，箱涵顶进到位后对其两侧及顶部进行土方回填并夯实，并进行铁路路基填筑，经检测合格后上道砟。

从箱涵启动到箱涵就位一气呵成。顶进过程中，随时对后背、传力柱进行检查，发现后背倾斜或严重变形，顶柱发生扭曲等现象，应立即停止顶进，迅速处理后再继续顶进。顶进过程中设置专人随时对箱涵方向、标高进行观测，发现偏差及时纠偏，确保箱涵方向、标高控制在规范充许偏差范围内。

4.6 土方回填

箱体顶进到位后，组织人力回填箱体两侧及顶部填料。按设计要求分层回填分层夯实。箱身两端填筑须对称进行，采用冲击夯进行局部处理。路基填筑完成后，经检测合格后上道砟。

5 拆除纵横梁、恢复线路[7]

地下箱涵顶进到位，完成土方回填和路基填筑等相关工作后，拆除纵横梁并恢复线路。

（a）拆除纵横梁：拆除便梁采用人工拆卸横梁，汽车吊横向吊移纵梁至线路限界以外。封锁线路，要点施工120 min，同时接触网停电120 min。封锁线路后，拆卸横梁、便梁的连接部件，同时在线路以外、便梁两侧安放2 台700 kN汽车吊。横梁、便梁的连接螺栓卸开以后，用2 台汽车吊在纵梁两端同步将便梁吊至线路外侧已设置好的垫木上。便梁放置稳定后，人工打紧支撑。便梁吊移完成后，拆除横梁和恢复线路。拆除横梁用人工顺线路横向向外抽出，同步调整轨枕间距，上砟、捣固及做道。

（b）恢复线路：人工拆除横梁后，抽出木枕，穿入混凝土枕，放正轨枕，上扣件。回填道砟，捣固及做道。线路开通前，检查线路轨距、水平、方向及轨枕扣件紧固情况等。拆下的轨料放到远离线路位置，并堆码整齐。拆除的枕木、U形卡及紧固螺栓等及时收回。

6 结语

对铁路既有线地下箱涵采取“先加固，再开挖，最后顶进”的施工方法，解决了铁路既有线地下箱涵施工的难题，克服了顶进施工时箱涵抬头、扎头与过顶等现象，具有很大的技术优势，确保了铁路线的安全，保证了线下基坑的安全与稳定，使预制箱涵顺利顶进到位，并有效加快了施工速度。该施工方法适用于铁路既有线下穿地下通道与桥梁、涵洞的箱涵施工。