下穿既有铁路大跨度架空顶进箱涵的设计与施工关键技术

张飞

（中铁七局集团第一工程有限公司）

下穿既有铁路大跨度架空顶进箱涵的设计与施工关键技术

张飞

（中铁七局集团第一工程有限公司）

随着我国科技的大力发展，道路铁路的覆盖越来越广，人民的生活也随之越来越好，交通便利，但是建设交通施工过程中仍存在不少难题和问题，本文就对施工中架空顶进河箱涵设计和施工中常见的一种施工方法进行阐述和议论。这种施工方法主要是解决公路和铁路等立体交叉工程的难题。

铁路大跨度；顶进箱涵；设计；架空施工

1　引言

随着目前交通施工技术的迅速提高，各种施工问题难题被不断的克服，在提高施工速度的同时，也提高了施工的质量，在铁路大跨度架空顶进箱涵设计过程中要对各个参数进行认真的核对和仔细的计算。

北京永定门地道桥是1965年修成的。他是最早采用顶进法修建的一条隧道。可谓是修建历史上的意义一大跨步。顶进桥涵施工出现了非常迅速的发展局面，首先是大城市内开始大幅度发展铁路和隧道。逐步由发展到城镇的铁路。随着科技的慢慢发展，隧道的个数越来越多，跨度也越来越大，长度也在增加，箱涵技术在不断的改进。尺寸也越来越大，孔径也从单孔双孔到多孔，连接方法也变得越来越多，21世纪以后已经发展到了许多种方法，例如对顶法，顶拉法，牵拉法，和中继间法。

2　箱涵顶进施工

框架两侧带土顶进。需要分台阶进行先上后下，从两边开挖防止两侧土体坍塌。顶进过程中还需要严禁超前开挖，人工配合清理淤泥。施工过程需要按照铁路技术规范管理，对行车要做好有效保护。挖土机人员和质检人员需要适当的配合。严禁从土底部挖空，保证作业人员的安全，需要对其间列车进行限速通过。同时也要保证加快施工进度确保工程质量。对人员的安排也采取，一天8h，一天三班。以下针对顶进法中的四种进行介绍。他们各有各的优点，也同时具有不同的缺点。所以工程中应该采取多种方法混合施工，以达到，多快好省的目的。

2.1对顶法

第一种为对顶法。对顶法就类似于一个面包切成两半。在铁路的两侧各挖一个工作坑，同时修筑后背工程，两个工作同时进行，修筑内部的同时并修筑起的后背。但是这种方法，是需要开槽施工，需要破坏路面。这种顶进施工是在工作槽内将一根机械管道从地下向前伸进到拟定的深度内，向前伸进，达到预定的位置。最后借助千斤顶的反作用力。将小涵去顶入路的地基。基本上用于一些比较复杂的施工，例如障碍物，以及过路，河流。造价非常昂贵。但是是一种最可靠，最方便的方法。

2.2一次顶入法

第二种为一次顶入法。一次顶入法和上一个方法基本类似。但是一次顶入法只在铁路的一个侧面设置一个工作坑。在工作坑内部根据设计标高浇筑混凝土滑板，并在其上进行箱涵预制，滑板混凝土浇筑时应保证滑板表面平整，避免出现不平整现象，为防止顶进过程中出现扎头现象，滑板顶面按3～5‰做成头高尾低的坡度，并在箱涵顶进侧端部设置船头坡。为防止预制框架与滑板粘连，造成启动困难，在滑板顶面设置润滑隔离层，同时为控制框架在顶入土中之前的准确方向，在板两侧设置导向墩，导向墩与框架边缘间的空隙为10cm。箱涵预制过程中，在顶进端部两侧设置钢刃脚，增加顶进过程切土效率。

然后在后背梁上设置千斤顶。同时小函内存在着后背。一个斜坡就可以使千斤顶利用被反作用力将箱涵顶入地基。这样的方法进的时候会大大缩短工程的时间。边顶边挖。到最后小函会全部进入路基内，这种方法的效率非常高，同时成本也非常高。

2.3中继间法

第三种方法是箱涵还比较长的时候，可以利用中继的方法。将小函分为许多节。再利用中继法进行顶进。就是前一节的箱涵利用后面一节的箱涵作为它的后背。中继过程中利用千斤顶作为中继向前顶进。很快千斤顶就会到达最大定程。到最大顶程后，前部箱涵暂停前进。后面的箱涵再继续顶进。这个时候，前面的小千斤顶，就会随着后面箱涵的前进，而进行回顶。不过后背部分的的最大反力，却只有最后一节的顶力。这样后背工程就会小了很多。笔者们都知道后背工程是相当的麻烦。所以这种方法，就会极大地缩小。后背工程的难度，大大缩短工期。

2.4对拉法

第四种为对拉法。对拉法是在铁路两侧，先挖两个小函口。事先放好的箱涵，然后利用小口径的顶管，将高强度的钢缆，或者是其它高强度拉杆，穿过地基，将两节箱涵连接上。相互持有拉力，这样可以对拉前进直到对接，然后合拢。这种方法最大的优点就是完全不需要后背工程的束缚。所以在后背工程比较难的时候，可以采用放弃其它的方法，使用对拉法。而且这种方法的效率也十分的高。所以是比较实用经济的一种方法。

3　顶进施工工序

框架桥顶进施工工序：挖土→清底→接长滑板→测量→开镐→顶进→换顶铁→接长车道→测量校正→下一个顶进循环。

顶进施工在确认线路加固能够保证行车安全后方可进行。框架顶进采用油顶及高压油泵控制台组合，顶铁采用传力柱，待框架混凝土强度达到100%后才开始顶进施工。顶进施工前，先对顶管的所有设备进行全面检查并经过空负荷试运转，设备运转正常，确认条件具备时方开始进行顶进工作。

使用挖掘机将顶进方向路基土挖除并进行滑板接长，对箱体两侧土方塌方应尽量及时回填夯实，或采用编织袋装土防护。顶进到架空支撑桩位置时，首先将纵横梁放置在箱体顶板枕木垛上，后进行桩基拆除，顶进过程中注意横抬梁位移情况，保证线路架空安全，为防止箱体下沉，滑板采用仰坡，顶进也采用仰坡顶进，顶进过程中接长滑板，根据具体形式预测顶进下降坡度，适时采取措施。

顶进挖土直接影响着人身和线路的安全，要设专人进行防护，机械和人工不能同时作业，要用机械开挖和人工修整相结合的方法，及时观察和了解土质变化情况，如发现异常和大体积土体坍塌，要果断采取措施，确保行车和人身安全。

从试顶开始到顶进期间要设专人认真观察后背、传力桩的情况，保证顶进方向和箱桥轴线要一致。每次开顶，线路负责人一定要观察好线路的方向和水平，特别是夜间顶进时。顶进过程如果发现顶力异常，要立即停止，发现问题及时解决。

顶进时防止线路横向移动，纵横梁架设完成后，在股道外侧与纵横梁间搭设硬木支撑，硬木采用杉木，方木边长采用12～ 15cm的规则木料，木支撑2m一道，用木楔将方木与纵横梁加固紧密，防止线路横向移动。顶进时，纵梁梁端两侧各设置稳固桩，稳固桩采用钢轨埋入路基并用混凝土包住。

4　顶进的水平控制及方向控制

高程偏差调整主要依靠箱底施工速强混凝土制作的滑床板，顶进前进方向制作早强混凝土及钢轨等方法，高程得到非常好的控制与调整。同时先期科学测算顶进挖土基底标高，根据地基承载力，适时、适量调整挖土标高。使基底挖土施工标高在立交顶进压实后，基本等同该处设计桥位标高。

坚持每镐必测。每顶进一镐立交进尺为30cm，必测水平和方向误差，在离后背一定距离设观测站，用水平仪观测设置在箱身顶板四角上的观测点，进行高程测量控制。用经纬仪观测设置在箱桥墙面前后端的标尺，进行方向的控制。每顶一镐，观测一次，并作记录，及时对箱桥的高程与中线进行调整。水平标高未达控制偏差的要及时调整，基底挖深或挖浅；方向偏差较大，则在偏移侧适当欠挖（欠挖尺寸小于顶进方向偏移尺寸），偏移侧相对另一侧同次顶进顶距加大，即偏移侧过顶来调整方向偏差。通过顶进期间不间断地实时监控量测，随即进行纠偏调整，确保框架桥准确的顶进就位。

中线偏差调整主要依靠关闭部分顶镐，使箱桥所受顶力左右不对称，以达到调整箱桥中线偏差的目的。若箱桥中线左偏，关闭部分右侧顶镐以减小右侧顶力；反之亦然。纠偏时，不可太快，采取少纠勤纠的方法，避免箱身两侧土方坍塌。

框架顶进扎头较大时，要分次抬高，不可一次纠到位，避免框架底板中部悬空，造成框架底板横向断裂，并将框架抬至上坡顶进趋势，以免出现再次扎头。

预制箱体前方留船头坡，船头坡尺寸为50cm×5cm，顶进扎头时可以在船头坡前方铺设轨排或者高强度混凝土块，能有效的防治框架扎头。为保证对顶标高可控，在箱桥底部设置五道混凝土条形基础（宽50cm、高50cm），分别位于中墙、边墙与跨中底部，混凝土顶面设置防裂钢筋网片。

5　线路架空安全措施

（1）架空用的工具，卸车后要放置稳固并随时检查是否侵限。

（2）架空设备用的连接件必须连接牢固。

（3横抬梁临时支点必须对称，与线路中心和架空跨度中心成对架设，确保线路平顺。

（4）架空设备未起作用前，不允许开挖道床，以确保行车安全，架空完成后，挖出道床石碴并存放在施工范围外，以免顶进挖土过程中掉落伤人。

（5）架空期间，设专人24h进行线路检查和施工防护，以确保列车和施工人员的安全。

（6）架空作业必须在下班前1.5～2h完成，保证有足够的时间进行线路整修，整修后的线路应经常检查并做好记录，使之达到按规定速度放行列车标准，方可下班。夜间加强巡道检查，发现情况，立即采取措施。

（7）线路架空地段，要做到每过一列车，巡视检查线路一次，每两小时全面检查线路的几何形位，并填写检查记录本，对超限及时进行整修，保证线路几何状态良好。线路允许偏差不得大于（轨距-2～+4mm），水平（4mm）。

（8）工地按规定设置防护牌，标示牌要齐全，标志要醒目。线路两侧的设备及材料设专人看护，不得侵限，按规定进行巡查，并做好记录。搬运工字钢、钢枕等笨重物件时，要配足劳力，专人负责，统一指挥，不得违章蛮干，应各行其是、各负其责。

（9）钢枕、横抬梁与钢轨及连接零件必须加设橡胶垫，防止滑动，影响行车安全。钢梁与钢枕间的螺栓要连接牢固，并由专人检查。高强螺栓应由专人保管，严禁和普通螺栓混放。为防止线路变形，钢轨与钢梁之间每隔2m设置轨距拉杆，以防线路偏移。

6　注意事项

笔者结合本人的观点认为施工中的注意事项还是很多。从钢轨垫板开始说起，钢轨的垫板采用特殊的橡胶，特制的厚度只有两厘米。绝对不能用别的材料代替。从便梁开始施工的时候就需要电力部门对这种变量的绝缘胶垫进行测试。其中测试包括绝缘性。几何尺寸，以及其他性能要求，如果性能要求不符合违规范绝对不允许使用。施工的过程还要保证，行车交通都正常。施工要按照施工规范要求，确保线路都正常工作，以及铁路的施工安全。严禁铁路的横梁同时进行接触。导致车辆的走鬼，出现红光带，影响了行车的信号。线路加固的时候，需要确认施工方和设计方的责任。便梁的桥墩施工结束后，还要预备道渣。以防备用。防止倒床塌陷以后，没有道渣作为备用材料。线路安全是第一位的。工地上还应该采取24h工地防护。确保施工的安全。做到巡，养，防工作，三位一体。最后，道路的安全才是最重要的，施工过程中道路必须要采取封锁措施。保证周围人民及其它生物的安全。在施工期间，线路慢行，施工想要放出便梁的位置，交给施工队长，并派人，在便梁的位置，对码，封装。清点。清理出便梁的位置。同时还要考虑，更换钢丝绳的时间。达到节省时间的目的。人员的分工要明确。专人负责专事。不能出现人不在岗，人在错岗以及人和机器分离的情况。同时一些细节也需要被重视。例如螺栓的松动和枕木的位置偏差。电路信号是否短路等等。保养工作得到重视。工作坑是预制框构箱体及安放顶进设备的临时性工作面。因下穿铁路地道工程一般两端都有上下坡引道，故需按设计标高挖一矩形坑。工作坑中线与下穿铁路垂直或有一定角度与地道中线重合。位于铁路的一便于进料、出土、顶程较短有较好工作面的一侧，既有铁路北侧有预留铁路复线位置，工作坑设在北侧将会减少顶程。地下水位高地基承载力低，工作坑开挖前先加固工作坑底地基。先在工作坑周围打降水井，降低水位至滑板以下0.5～1.0m。后背采用打入钢板桩与现浇混凝土后背梁的方案，所以工作坑开挖前必须先做好降水、地基加固、打钢板桩工作，便可正常开挖。

7　结语

综上所述；作者总结阐述了在下穿既有铁路大跨度架空顶进箱涵的设计和施工的过程中要根据相关的标准和技术要求进行施工，对关键技术点进行有效的控制，并保证施工质量。

[1]王德华.大跨度下穿顶进框架桥线路加固设计[J].铁道标准设计，2010.

[2]朱标.下穿既有铁路立交桥施工时的线路加固设计[J].路基工程，2012.

TU445.4

A

1673-0038（2015）14-0213-03

2015-3-16

张飞（1990-），男，助理工程师，毕业于河南理工大学，土木工程专业。