浅析下穿铁路桥涵的设计施工方案

陈正驰

(中铁第四勘察设计院集团有限公司　武汉　430063)

浅析下穿铁路桥涵的设计施工方案

陈正驰

(中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063)

摘要随着我国铁路网的逐步形成，出现了很多下穿铁路桥涵工程，由于铁路运输的重要性和特殊性，这些结点往往是卡控项目实施的重难点工程。文中根据一般的设计理念，结合以往项目中的一些实际情况，归纳总结了下穿铁路桥涵工程几种常见的设计施工方案的主要特点及适用范围，通过对比分析，在线路条件允许的情况下，建议优先采用D型便梁加固线路顶进施工方案。

关键词铁路桥涵明挖转线线路加固顶进管幕工法CRD工法盾构法

近年来，随着我国铁路事业的高速发展，越来越多的工程项目不可避免地会与既有铁路发生交叉关系，为确保铁路的正常运营，且又不致影响在建工程的正常施工，就出现了各式各样下穿铁路的桥涵结构，下面就常用的几种设计施工方案进行简要的对比分析。

1设计施工方案

1.1　明挖转线施工

当既有铁路可以做临时便线时，可以采用明挖转线施工，即首先将既有铁路进行临时改线，原位明挖施工下穿桥涵结构，施工完成后恢复既有铁路正常运营。本方案的缺点是影响范围大，工程造价高，施工周期也很长。

1.2　顶进施工

本方案为目前最常见的施工方案，在顶进桥涵作业中，最重要也是最关键的环节就是既有线的轨道加固。其作用就是控制列车荷载作用下轨道的变形，减少对路基的动载作用。确定轨道加固的形式应视铁路线路的状况、既有线的运输能力、顶进桥涵处地质、地下水情况及结构的尺寸、刃脚构造、覆土厚度、施工季节等情况综合考虑。目前顶进桥涵施工轨道加固常用的方法有4种，即扣轨加纵横梁加固方案、D型便梁和工便梁纵横抬梁及军用梁加固方案。

1.2.1扣轨与纵横梁组合加固

(1) 单一的扣轨加固方法。当顶进桥涵涵箱身孔径小于3 m，处于直线地段，运输不甚繁忙，路基土质较好，且涵顶有较厚密实的覆土，刃脚安装良好，可采用单一的扣轨加固方法进行线路加固。

(2) 吊轨横梁或吊轨纵横梁加固方法。当顶进桥涵箱身孔径较大，箱顶无覆盖土，线路加固可采用扣轨横梁或扣轨纵横梁加固方法，施工顺序依此次为：铺设扣轨→铺设横梁→铺设纵梁。

1.2.2D型便梁加固

D型便梁为单线半穿式钢梁，纵梁箱形，横梁兼作轨枕，适用于曲线半径≥400 m的线路。D型便梁可以架空加固线路，一次开挖完土方，在不中断行车的条件下进行各种下穿桥涵施工，而且拼装简单、运输方便，但是D型便梁也有其使用的局限性。表现为：①D型便梁只有4种规格即D12，D16，D20和D24，对于需要顶进大孔径的框构就无法采用；②由于D型便梁高度较高，如果桥涵顶至轨底间距离较小时，则不能采用；③对铁路线间距有最小要求；④单片梁重心较高、底面较窄，在移动中很容易拆翻、倾覆。

采用便梁加固线路施工，设计限速可达60 km/h，工艺简单，可使用于各种地质情况，应用地势条件不受限制，能够确保既有线在顶进立交桥施工中的行车安全，箱涵主体的质量容易控制，同时解决了超高型箱涵顶进时的线路加固问题，D型便梁最大的缺点是纵梁不能连接，D型便梁最大跨径24 m，架空跨度超过24 m不能采用D型便梁。

1.2.3工便梁纵横抬梁加固

工便梁为分节式纵梁，利用简支钢结构原理，把工字钢作为单孔便梁联接起来。便梁可由多个支点支撑，其接头联接板采用等强度联结，由上下2组夹板和1组腹板组成，单片便梁最小长度为12 m。但由于工便梁刚度较D型便梁弱，因此在施工时往往采用工便梁加横抬梁组合的加固形式。施工顺序依次为：支墩施工→便梁安装→钢轨安装→横抬梁安装→线路控制。

工便梁纵横抬梁施工工序较为繁琐，联结构件较多，安全性较D型便梁有明显劣势；一般线路在线间距满足D型便梁架设要求时，优先采用D型便梁加固方案。

1.2.4“六四式”军用梁加固

当框架较大且与铁路线斜交角度较小时，D型便梁跨度不满足要求时，可以“六四式”军用梁作纵梁，610工字钢为横梁加固，两侧采用D16型便梁架孔。但“六四式”军用梁目前普及率较低，要根据施工单位架空设备而定制，工程造价较高。

1.3　明挖现浇施工

首先对铁路进行架空，加固方案同1.2。待线路加固完成后，再进行线下作业，挖除线路路基填土，保证框架现浇作业空间。当钻(挖)孔灌注桩基础侵占框架现浇作业空间时，先不破坏线路加固所需的钻(挖)孔灌注桩基础，在钻(挖)孔灌注桩基础处预留空洞，现浇框架。明挖现浇施工最大的缺点是施工周期很长，对线路影响大。

1.4　管幕工法

管幕工法是非开挖工艺的一种，作为利用小口径顶管机建造大断面地下空间的施工技术，国外已有20年的发展历程，在国外应用于穿越道路、铁路、结构物、机场等下方之开挖工程，都取得了不错的效果，积累了一定的施工经验[1]。该工法适用于回填土、砂土、粘土、岩层等多种地层。

由于管幕钢管锁口注浆片町能有效防止渗漏水，各单管间依靠锁口在钢管侧面相接形成管排，并在锁口空隙注入止水剂以达到止水要求，管排顶进完成后，形成管幕。然后对管幕内土体进行加固处理，随后在内部边开挖边支撑，直至管幕段开挖贯通，再浇筑结构体。本工法最大的优点是：不需要支护桩和止水帷幕；不抽取地下水(井点降水)，故地面沉降较小，不影响管幕上构筑物，不对建筑物产生不良影响，故无需加固地基和桩基。但施工工法较为复杂，精度要求较高，目前国内施工技术很难达到要求，成功案例也较少，且埋入的钢管不能回收，成本较高且工程投资大、工期长。

1.5　CRD工法

CRD工法即中隔墙的分步开挖法，是隶属于浅埋暗挖法的一种工法。其基本原理是依据新奥法的基本原理，在施工中采用多种辅助施工措施加固围岩，充分发挥围岩的自承能力，隧道开挖后及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系，有效地抑制围岩过大变形的一种综合配套施工技术[2]。

CRD法是以新奥法的基本原理为指导，采用监控量测信息来反馈设计和指导施工的新理念，并采用先柔后刚复合式衬砌新型支护结构体系，初期支护和二次衬砌共同承担上部荷载。在采用该法施工时，同时采用多种辅助工法进行超前支护，来改善和加固围岩，调动部分围岩的自承能力；及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系；在施工过程中应用监控量测等手段，及时反馈信息，不断优化设计，实现不塌方、少沉降、安全生产与施工。

浅埋暗挖法施工顺序：超前支护→中洞、侧洞3洞室台阶法施工→中柱墙、外侧墙及相应顶、底板结构同时施工→中部台阶法施工→换撑→底板、顶板结构施工。

1.6　盾构法

本方法一般用于高路堤顶进施工，采用桥式盾构法顶进时，由于路基土体在顶进过程中不被破坏，可不进行便梁架空，只需进行扣轨防止线路横移，减少了便梁架空和土方回填的工作量，顶进时依靠盾构主体受力带土顶进，对线路、行车的影响较小，提高了施工的安全性。盾构由钢柱、钢梁、盾壳、子盾构、液压推进系统、辅助机构6大部分组成。

盾构主体装配在框架桥前端，作为带土顶进时掘进面与路基的施工支护，同时也担负顶推导向作用。盾构的长度应根据箱涵高度及路基土质以确保盾构内的土方能对盾构进行3向支撑为准，宽度、高度与箱涵相同或略大于箱涵，以保证箱涵能通过盾构施工产生的开挖面。盾构母体中的子盾构箱为盾构内部唯一的活动部件，伸出后用于支撑开挖范围顶部的路基土方及担负减阻板的牵引，其运行由液压系统控制，单台组错开推进，使掘进面小断面化，减少对土体的扰动。

2经济技术比较

各施工方案比较见表1。

表1　各施工方案比较表

由表1可见，顶进施工方案的适用性是最为广泛的，成功案例也较多，因此下穿铁路工程应优先考虑此方案， 在曲线半径及线间距满足要求的情况下优先选择D型便梁加固。但其也有局限性，毕竟顶进施工对既有铁路存在一定干扰，施工时一般需要限速，对于线路标准较高或不适合限速的路段可选择盾构法施工。

3工程案例

某市政道路工程下穿既有铁路货场，总共35股道，其中外侧2股道为铁路正线，其余股道为货物线，线间距4.9～9.5 m，货场路基面宽226.9 m，路基填高7～8 m，地质条件较好，线路两侧主要为居民区。

本工程的特点为股道众多，下穿铁路范围很长，故上述管幕工法、CRD工法和盾构法在工程造价上劣势明显，且工期无法满足项目要求；另受两侧地形和构造物限制，也不具备转线施工的条件。

下穿既有铁路正线范围，因无法长时间限速行车，必须采用顶进施工方案，但若所有股道均采用顶进施工方案，两侧工作坑各需预制115 m框架，顶程长达130 m，施工周期及精度无法控制，方案也不可行。考虑到货运线车速要求较低，甚至部分股道可临时中断行车，具备明挖现浇施工的条件。本工程最终采用D型便梁加固顶进施工结合明挖现浇施工的设计方案，工程造价经济性较为合理，施工工期也能满足建设需求。

4结语

铁路为国家经济的命脉，其重要性可见一斑。因此，对施工工法的选择要点之先后顺序应依次为：铁路安全、施工周期、工程造价和施工难度等。如前所述，以上各种施工方案特点鲜明，各有所长，不同的项目应结合自身特点选择最合适的施工方案，在保证铁路安全的情况下推进项目的顺利实施。

参考文献

[1]袁金荣,陈鸿.利用小口径顶管机建造大断面地下空间的一种新手段：管幕工法[J].地下工程与隧道,2004(1):23-28.

[2]张渊,魏放,田新明.浅埋暗挖法施工工艺在铁路隧道穿越高速公路中的应用[J].铁路标准设计,2008(2)：87-91.

[3]马雷.盾构法顶涵施工工艺研究[J].城市住宅,2008(2):112-115.

收稿日期：2015-04-30

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.043