桥式盾构法在下穿铁路既有线框架桥施工中的应用

欧阳鸿志

（江西地方铁路开发有限公司，江西 南昌 330000）

桥式盾构法在下穿铁路既有线框架桥施工中的应用

欧阳鸿志

（江西地方铁路开发有限公司，江西 南昌 330000）

新建公路下穿铁路既有线框架桥工程一般采用D型钢便梁对线路进行加固，再进行框架桥顶进施工。由于D型钢便梁架设需要封锁点实施，且架空顶进需列车运行限速45km/h，同时存在回填路基密实度难以保证等缺陷。合理使用桥式盾构工法，可减少甚至消除传统方案中的缺陷。文章重点介绍桥式盾构在新干县善政三路下穿京九线应用中的技术控制要点，旨在减轻下穿框架桥施工对铁路既有线的影响。

桥式盾构法；既有线；框架桥；应用

1　工程概况

本框架桥位于新干县善政三路与京九电气化铁路相交处，东通新城开发区，西连城区中心。框架桥中心线与京九电气化铁路切线斜交82度，交点里程为京九线K1584+080，铁路路基为路堤形式。

框架桥采用强度C40、P8抗渗钢筋混凝土，5m+15m+5m的三孔连续框架结构：1～15m框架桥通行机动车，两侧5m框架桥为非机动车与人行通道。框架桥全宽28.2m（中墙厚1m，边墙厚0.6m），全高8.2m（顶板厚0.09m，底板厚0.12m），板顶最小覆土厚度为1.5m。框架桥全长36m，穿越京九上下行线和一条牵出线，影响信号机、光电缆、铁路电力和接触网等铁路设施，平面位置见图1。

图1　京九线K1584+080框架桥平面位置图

2　桥式盾构法简介

桥式盾构法是在传统顶进施工框架桥结构预制工艺的基础上，将桥式钢盾构体（以下简称“盾构体”）装配在框架桥的前端作为带土顶进时的支护结构，再配合液压推进系统、反拉系统进行暗挖顶进的一种新型工法。

盾构体由钢柱、钢梁、盾壳、子盾构组成，横向截面呈简支梁桥形，其外廓尺寸与框架桥桥外廓尺寸基本相同。盾构体截面跨中的中心土始终保持安全坡度，并滞后子盾构掘进面一定安全距离开挖，它与盾构体共同平衡周边土压，成为子盾构箱的强大支护体系，同时也起到导向的作用。在子盾构顶靠土体后，子盾构在油压顶推系统的顶推下分别切入土体，子盾构箱前的土体及墩柱前的土体采用人工开挖，子盾构箱下跨中的中心土采用机挖人修方式掘进。掘土完成后由液压推进系统配合反拉系统将框架桥向前推进，形成一次顶进循环，单次顶程控制在40mm，循环顶进使框架桥到达设计位置。

桥式盾构法的核心原理是通过子盾构化整为零切土提供超前支护，利用保留中心土为体系提供稳定支撑，并使用反拉系统将顶进时土体与框架桥的动摩擦变为土体与反拉系统的静摩擦，从而降低对土体的扰动，减轻对上方线路影响。

3　施工方案

本框架桥具有跨度大、顶程长、工况复杂、风险源多、安全要求高等特点。根据现场实际条件，采用桥式盾构法顶进施工，从京九下行线侧始发，总顶程60m。

（1）施工流程。主要施工流程见图2。

图2　流程示意图

（2）子盾构布置。本项目盾构总宽28.2m，子盾构38台组，各组0.75m水平布置。每组子盾构设置2台30t双向液压油顶提供推进切土能力，并在子盾构推进时牵引反拉板，76台油顶由2套液压泵站控制，液压系统中设有38只高压截止阀。

（3）掘土作业。本项目每一顶需要进行三处掘土作业：32组子盾构箱前土体、5个墩柱前的土体和跨中滞留的中心土。

每组子盾构箱前土体和墩柱前土体的掘土作业因作业空间限制只能由1名工人完成，在子盾构切土后先进行子盾构箱的掘土作业，并出土至墩柱前或中心土的作业面，再由盾构墩柱处工人进行掘土，最后再由挖机掘进中心土，自卸汽车外运弃土。每顶掘土严格控制宽为墩柱的外廓尺寸，长为前进方向0.04m。

（4）最大顶力计算。根据顶进长度、土的性质、地下水情况、框架桥外形及施工方法等因素按下式计算框架桥的最大顶力：

式中：N1为桥上荷载，N1=2268t；μ1为框架桥顶面与顶上荷载的摩擦系数，取0.3；N2为框架桥自重，N2=6937t；μ2为桥涵底板与基底土的摩擦系数，取0.8；E为桥体两侧土压力，E=823t；μ3为侧面摩擦系数，取0.8；A为盾构正面积，A=60m2；R为盾构正面阻力，取350kPa；K为系数，取1.1。

计算得P=10320t，需400t千斤顶26个。

（5）顶进系统布置。框架桥的顶进系统由液压系统和传力设备两部分组成：液压系统中千斤顶布置以框架桥中心线为轴对称分布，并优先布置在边墙与底板交界的部位；传力设备中传力柱的更换和增加时必须检查，并按规定设置横梁，防止“错位爆顶”造成安全风险。本项目中采用设置轨束梁反压和土压覆盖等方法增加传力体系稳定。

（6）施工监测。框架桥顶进的全过程必须对盾构及框架桥运动中线、水平和控制点进行持续监测，每一次顶进测量数据是指导框架桥的掘进与调整的重要依据。从邻近施工开始，除施工方和设备管理单位的线路沉降监测外，要求第三方沉降监测单位对线路进行独立监测。施工过程中对发现的线路变化情况，立即进行分析并作实质性调控。

4　技术控制要点

（1）框架预制与盾构安装。桥式盾构工法属暗挖带土顶进，要减少顶进时对线路的影响，就必须控制整个下穿构筑物的外轮廓变化。所以框架桥预制时必须对工作底板的平整度、框架桥的尺寸进行确认、复核，钢盾构拼装时需满足设计要求，对前端面进行检测、修整，反拉板安装时妥善处理搭接位置的顺接。一般来说，框架桥边墙误差＜30mm，顶面误差＜10mm；盾构外壳安装后其总宽值大于框架桥总宽约30mm，由此间隙来降低顶推过程中框架桥两侧与土体产生的摩擦阻力，以减小两侧土体的摩擦位移现象。

（2）设置防护桩。在铁路路基入土和出土两边的框架桥位两侧设置防护桩，可以有效降低钢盾构顶靠路基开始掘土时两侧土体坍塌的可能，并在框架桥顶就位后挡墙施工完毕前为路基提供防护。在具备现场实施条件的情况下尽量采取防护桩增加施工安全系数。

（3）起动试顶。框架桥起动顶进时需先进行试顶，在逐步增大顶力的同时对各部进行检査，无异常后继续增大顶力直至框架桥开始前移。顶进过程中需实时监控顶力数值，一旦发生较大变化应立即停止顶进，解决定力变化的原因后方可继续顶进。

（4）掘土作业。掘土作业时应当合理调整作业人员让每组子盾构箱和墩柱的掘土作业进度基本保持一致；盾构墩柱出土采用皮带机运输的，应当有专人维修养护皮带机；掘土作业期间要加强对作业面的排水处理，减少地下水和地表降水等对作业面的浸泡。跨中滞后挖掘的中心土从盾构体入土到出土至少保持1：0.75的坡度，并滞后子盾构掘进面至少盾构长度三分之二开挖。掘进时，机械统一将框架桥前滞后的中心土挖去相同长0.4m距离。中心土、子盾构箱和墩柱的掘土作业完成后，进行顶进作业前必须检查掘土的尺寸及清底情况，不得超挖、欠挖。

（5）反拉系统。在盾构体顶进过程中，随着框架桥前行，电机将反拉板向反方向牵引，将土体与框架桥混凝土的动摩擦变为土体与反拉系统的静摩擦，减少顶进时对土体的扰动。由于反拉系统由人工控制，操作时必须由专人统一指挥反拉和顶进操作，且顶进过程中监控人员实时向总指挥报告线路及盾构情况。

（6）顶进纠偏。在顶进的过程中，不可避免会遇到框架桥的位置偏离设计位置的情况，在实际施工中应当根据实际情况，当偏离位置不影响道路顺接且经调整就位后能满足规范要求的可尽量避免纠偏。进行纠偏时，通过调整两侧千斤顶的顶进行程来实现水平纠偏，通过部局部超挖或欠挖实现竖向纠偏。

（7）盾构出土。子盾构在出土时可能由于顶部与线路及道床底部的摩擦力大于道床结构的粘聚力而带动路基发生横移。为了避免这种情况，可以在钢盾构出土侧设置挡土横梁，阻止路基横移，同时在子盾构头出土后将反拉板进行切割，框架桥主题顶进时启用反拉系统让反拉板保持与上方土体保持相对静止，从而确保道床稳定。

（8）路桥过渡段处理。框架桥就位后，可能影响线路变化的主要是框架桥两侧边墙与铁路路基之间形成的路桥过渡段。钢盾构的超宽和顶进中的纠偏、超挖、地下水损失等，都可能是造成路桥过渡段土损失的原因，所以当框架桥顶进到位后需要对路桥过渡段进行注浆填实，注浆时必须严格控制注浆压力。

（9）线路监控与养护。在每次顶进停止后，应立即对正在穿越线路进行水平、轨距测量，对线路变化不管大小，有变即修。不管是否顶进，线路养护人员必需对线路进行一列一检，确保行车安全。

5　结束语

新干县善政三路下穿京九线K1584+080框架桥施工过程中严格执行《铁路技术管理规程》、《铁路工务安全规则》、《南昌铁路局营业线施工及安全管理细则》等相关规定，顶进施工历时45天完成，顶进期间线路单次顶进最大竖向位移最大3mm，最大水平位移2mm，累计竖向位移12mm，水平位移7mm，达到维修规定要求。框架桥就位后框架顶面及路桥过渡段的线路，经养护后无明显沉降。本项目中对施工技术的控制要点，可为桥式盾构工法提供施工参考。

［1］王会.浅谈顶进涵施工［J］.山东省农业管理干部学院学报，2008，（1）.

［2］郭建波.框架桥桥式盾构设计与施工技术的研究［D］.北方工业大学，2012.

U448.13

A

1671-3818（2016）09-0042-02

欧阳鸿志（1989-），男，江西萍乡人，工学学士，助理工程师，研究方向：涉铁工程管理。