下穿铁路站场超大长细比框构桥施工技术

宋文泽

（中铁六局集团天津铁路建设有限公司 天津 300232）



下穿铁路站场超大长细比框构桥施工技术

宋文泽

（中铁六局集团天津铁路建设有限公司 天津 300232）

摘要：由于城市道路现代化立体交通的发展需要，市政公路穿越铁路的工程越来越多，选择下穿框构桥施工可以解决上跨铁路桥两侧路面纵向坡度受限影响，大大减少拆改投资费用，而且工期短，预期收益高，经济适用。顶进施工时对既有铁路采取成熟加固工艺后无需中断行车，对铁路运输干扰小。桥体底板受力面积大，适用于我国大多数地质环境，与上垮桥相比具有主体工程量小等优点。结合福州路工程实例，总结超大长细比框架桥顶进施工技术，不断提高工程质量，为其他类似工程提供借鉴。

关键词：框构桥 顶进施工 超大长细比控制技术

1　工程概况

福州路工程是为解决河北省滦县城区交通拥阻的重点民心工程，主路为双向四车道，设计时速60 km/h，等级为一级公路。此项工程需穿越10股线路，顶进框构桥规模为13 m-13 m两孔框架地道桥，框架桥总长159 m，宽28.7 m，相对以往工程的长宽1︰1.5～1︰2的比例来讲，此项工程顶进结构长细比太大了，因此设置1#桥、2#桥和3#桥，1#桥和2#桥为顶进段、3#桥为现浇段。顶进段分别在铁路两侧设置工作坑，采用对顶施工，1#桥在铁路南侧，由南向北顶进；2#桥在铁路北侧，由北向南顶进施工，在1#桥和2#桥之间设置3#桥，用以连接并保证道路的线性流畅。13 m～13 m两孔框架地道桥主体框架结构尺寸：底板、边墙、中墙为0.9 m；顶板0.8 m；1#桥长（顶进方向）71.1 m、2#桥长（顶进方向）77.94 m，框架桥顶进最大长细比达到1～2.7。其结构平面图如图1所示。

图1　总体布置图（单位：m）

2　施工流程

该工程南北两侧箱体顶进施工采用对顶方式进行，即在公路或铁路路基两侧各挖一个工作坑，每边预制半节框架，并修其后背，同样各借后背反力将框架顶入路基。操作时两侧可同时进行对顶，也可先顶一侧的半节，再顶另一侧的半节，最后在设计位置对接，施工流程图如图2所示。

图2　施工流程图

3　框构桥顶进前准备

将影响顶进的地下、地上的管线全部明出或进行有效地保护及防护，需改移的必须改移完成；铁路防护桩、支撑桩、抗移桩也需要全部施工完成。并由第三方检测单位对三桩进行深度、桩径、完整性等进行确认符合设计要求；框构主体和防水保护层抗压试件试验达到100%，箱体防水施工完成。路基土质注浆加固完成后进行钻芯检测，达到设计要求时。顶进区域土质的水位降至滑板2 m以下，且降水停止后，水位保证7 d内水位上升不超过滑板1.5 m以下。铁路股道加固完成，线路加固达到以上条件后方可施工。

4　顶推的理论基础

4.1 计算理论

箱涵顶推的计算主要考虑施工过程中各个可能产生作用的荷载，［3-4］取用最不利的荷载进行计算，主要包括箱涵本身的自重、浇筑的混凝土的容重、列车荷载等，采用桥规中公式，计算出箱涵的最大顶推力，最后求出所需要油顶的个数。

4.2顶镐顶力计算

初始顶力P0计算如下：P0=K×N2=7 329 t。式中：N2为箱体自重，取12 215 t；K为滑板摩擦系数取0.6。

箱体两侧土压力，利用朗金土压力公式计算：

式中：ξ为静止土压力系数，取0.25；γ为土的容重（kN/m3），取19；H为计算土层高度，取8.3 m；B为框架边墙长度，取71.21 m；Ф为土体内摩擦角30°。

框架顶部荷载：框架顶部4股线路总长为114.8 m，线路及扣轨按1.1 t/m计，桥上45b工字钢16.2 m长的有32根，20.5 m长的有32根，每米重0.087 4 t，N1=2 289 kN。

最大顶力计算：框架桥顶进路基下方时，对持力层土质分析，该框架桥持力层土质为细砂，按照土力学规定，计算参数取值为：

式中：P为最大顶力（kN）；N1为框架顶部荷载（kN）；f1为桥面顶部的摩擦系数，采用小滑车，取0.15；N2为桥涵箱身自重122150 kN；f2为箱身底板与基底土的摩擦系数，取0.75；f3为框架侧表面与土体摩阻系数,取0.7；E为箱体两侧土压力（kN），利用朗金土压力公式计算；R为刃角正面阻力取55t/m2；A为刃角正面面积14.94m2。

顶镐布置以1#桥为例，后背位置配备QYA320F型320 t顶镐54台，由于考虑油路系统摩擦阻力，320 t顶镐按70%的有效顶力计算，能提供的实际最大顶力为：12 096 t，储备系数为：12096t/7329t =1.6，满足施工要求。顶进设备布置满足最大顶力要求。

为了防止顶进时损坏底板混凝土，沿底板后三角受顶面安装20 mm厚通长钢板。

4.3顶镐布置

顶镐布置以1#桥为例，顶程86.261 m。单节箱体顶进最大顶力约119 000 kN，后背位置配备QYA320F型320t顶镐54台，备用顶镐6台，最大顶程86.261 m，采用顶镐两侧均匀布置；每侧布30台中继间配备320 t顶镐26台，总共86台，传力设备：东侧设顶铁15排，西侧设顶铁15排，顶镐前设长钢横梁作拖梁，每隔4 m设一道横梁，后背混凝土梁前设钢横梁，以均匀分散应力。顶进过程中顶铁设钢轨压梁，以防顶进时顶铁崩起。为了防止顶进时损坏底板混凝土，沿底板后三角受顶面安装20 mm厚通长钢板。顶进设备选择如下：超高压油泵：BZ50-96两台，设备最大压力为50 MPa，最大流量96 L/min，顶进设备布置如图3所示。

图3　1#桥顶进设备布置图

4.4 框构桥试顶

顶进开始前要进行安全试顶，试顶的顶力不宜过大，一般为桥体自重1.4倍，启动时不能突然增大到此压力值，控制油泵逐渐加压，每升压一次都需要稳定几分钟，有专人负责由对滑板、后背框架和设备进行检查。一切正常后，才可加压进行正常的顶进。

4.5框构桥启动

由于框架桥为细长，必须严格控制桥体方向，防止偏离中心线，增加纠偏工作。若是普通箱体，顶进时出现误差，可以随时进行调整。但由于本工程的长细比太大，因此出现误差形成走向趋势后，受箱体两侧土体的影响，方向很难调整回正确的方向，而且，即使千辛万苦调整回来了，也很容易又走向另一个误差的方向。

5　顶进施工中的技术控制措施

5.1方向控制措施

从启动顶进到箱桥入土前的空顶阶段，主要利用导向轨（放置在导向墩和箱桥之间的钢轨）控制方向。箱体入土后，方向控制利用左右不均匀开镐，通过调整左右开镐数量和侧刃角不对称吃土的办法来加以控制。［5］忽略底板前端土压力不计。随着箱体入土深度增加，侧墙静止土压力逐渐增大，由此产生的偏转力矩增大。这样通过控制开镐数量，形成力矩，来加以平衡。［6］

5.2水平控制措施

5.2.1扎头

框构桥体扎头是框构桥顶进过程中，常见而又不易处理的难题。它直接影响工程质量和施工进度。为防止箱体扎头采取如下几点措施：在滑板施工时，根据现场实际地质情况，滑板面水平设置。在底板前端1 m设置船头坡1︰10，顶进时船头坡挤压土体产生一个向上作用力。箱体出现扎头趋势时，顶进时让底板前端、侧刃角上部或全部吃土，使土阻力作用点上移，加大顶力，产生一个抬头力矩。备足碎石、水泥等物资，遇到土质较软的情况，夯填碎石提高地基承载力，必要时浇筑速凝混凝土，解决扎头和不均匀沉降的问题。

5.2.2抬头

当箱体出现抬头趋势时，应仔细检查底刃角安装是否向上挠起过大，侧刃角是否向里挠起过大，需适当调整刃角的角度；此外两侧挖土不够宽，也是造成箱体“抬头”的原因，需根据具体情况在两侧适当多挖土；当箱体“抬头”量较大，则在底刃角前方超挖20～30 cm，并在箱体前段增加配重来控制抬头。

5.2.3顶进测量控制

箱体顶板上设观测标志，在现场选择合适作为固定点，建立相对坐标系，用全站仪观测顶进过程中桥体位置及水平偏差。每次顶进都进行中线和高程测量（中线随时观测，水平高程每顶一镐一测），将测量结果及时通知顶进施工负责人，作到及时调整，从而控制桥体顶进的高程、方向。常规的工程的测量可以在单此顶进完成后进行，测量结果作为下次顶进的参考数据。由于本框架桥长细比较大，若等到下一次顶进时再调整本次的误差，可能已经来不及了，因此在顶进过程中采用实时监测箱体走行路线的测量方式，一旦误差超限必须马上调整，顶进过程中测量人员将测量实时数据每隔30秒报送一遍，以便指挥人员能够及时掌握箱体的行走方向，能够及时调整两侧的开镐数量，随时保证箱体的顶进准确。

5.2.4顶进及挖土作业

每个涵洞配备1台挖掘机和2台装载机，挖土利用挖掘机进行，出土利用装载机进行，两孔同时出土。出土采用自卸汽车10辆。在顶进过程中，掌握切土尺寸，侧刃脚必须吃土。

桥体顶进施工是本地道桥工程的关键之所在，直接影响工程的质量好坏。本工程框架桥长细比较大，框架桥入土后方向调节比较困难，因此在框架桥入土前将滑板两侧导向墩与框架桥通过木楔塞密实，并随时检查。顶进过程中控制两侧顶镐压力及出镐速度使两侧前进一致。框架桥入土后顶进前方挖土刃角外侧土体不得扰动，保证两侧土压力一直。顶进至支撑桩或抗移桩时，采用两台破碎锤凿除，用时5h，凿除过程中随时监测线路情况，发现问题立刻停止施工并采取应急措施。凿除完成后，立即清运。

5.2.5顶进注意事项

（1）施工现场安装一部联系车站的直通电话。要点施工开始后24 h进行驻站，通过对讲机与现场负责人勤联系，及时通知列车通行情况。框架桥顶进在要点限速45 km/h；

（2）要点施工开始后，设置慢行牌、减速地点标；

（3）在线路加固人员就位后，得到线上顶进通知方可顶进开镐，确保行车安全，桥上桥下密切配合，步调一致；

（4）线路发生横向位移时，立即通过倒链，进行线路整修，每个倒链和两根钢丝绳连接可同时拉拽两处加固体系，拉拽位置为横梁和纵梁交界处，拉拽位置需再进行一道扣轨加固，另一端再与抗移桩和箱体顶板预埋钢筋连接拉实；

（5）随时对路基、线路监测点进行观测，若发现变化超限，立即停止施工，进行线路维修或支撑，必要时通知防护员拦停列车，确保行车安全；

（6）桥体面层施工达到平整，确保滑车走形方向精确。

6　结语

我国的顶进施工技术目前已处于领先水平，尤其是在地道桥施工中应用非常广泛，但在施工过程中仍有许多应注意的地方，例如确定顶镐数量及受力，控制桥体前进方向，防止桥体扎头等施工重难点，本文结合滦县地道桥的工程实例对上述重难点进行分析，可得出如下结论：

（1）应制定详细的施工组织计划并严格落实；

（2）准确计算顶镐力及顶镐的布置对于地道桥的就位至关重要；

（3）施工中应根据实际情况，采取合适的方向及水平控制措施，同时还应有应急措施，以保证施工顺利进行和既有线的行车安全。

（4）预测顶进趋势图，提前做好中线方向的控制，改变以往一稿一测，做到随顶随测。

参考文献：

［1］李家稳.地道桥设计与施工［M］.中国铁道出版社,2001

［2］刘辉.在重载铁路下顶进框构涵的施工技术［J］.铁道建筑,2007（7）：11-12

［3］铁道部专业设计院标准设计管理处,框架式地道桥［M］.北京：人民铁道出版社,1979

［4］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,2000

［5］周长清.顶进桥线路加固施工技术［J］.铁道建筑技术,2010（增）：84-87

［6］梁红燕.顶进式下穿铁路框架桥设计［J］.铁道建筑,2009（6）：25-27

［7］杨功勤.地道桥的设计及施工［D］.成都：西南交通大学,2002

Construction Technology for Super Large Slenderness Ratio Frame Bridge under the Railway Station

SONG Wen-Ze
（China Railway Sixth Group Tianjin Railway Construction Co. Ltd Tianjin 300232 China）

Abstract：With the development of urban modernized three-dimensional traffic network, a growing number of projects of municipal roads need to go through railways. Construction of a frame bridge under a railway will reduce the slope limit of roads besides the railways and greatly reduce the costs for dismantling and modifying, and have advantages of shorter construction cycle, higher expected benefits, and lower costs. It is unnecessary to break off the running of railway by adopting the jacking construction after the existing railway is reinforced, which results little influence on the railway transportation. The base plate of bridge has a large stressed area, and has a smaller quantity of main construction work than projects of overpass bridges, which is suitable for most geological environments in China. In connection with the case of Fuzhou Road project, this paper summarizes jacking construction technology for super large slenderness ratio frame bridge in order to continuously improve the construction quality, which is of great referential value for similar projects.

Key words：frame bridge jacking construction control technology of super large slenderness ratio

文献标识码：中国分类号：U445A

文章编号：1673-1816（2016）01-0036-06

收稿日期：2015-11-14

作者简介：宋文泽（1970-），男，高级工程师，研究方向桥梁工程。