大跨径箱涵线下顶进技术

郑佳豪

（350322198609290011， 福建 福州 350005）

顶进法在运量大的营业线箱涵施工中的使用频率较高，不但占地拆迁少，而且对过往线路不会造成过大的不利影响、施工耗时短。在既有线下开展箱涵顶进，因路堤的主要构成是砂性土，在施工期间极易导致垮塌，安全风险高，而常见的“扎头”、“抬头”现象又难以避免。为了解决这个难题，本文采用“便梁掏底和利用涵端刃角带土顶进”的方式，以使箱涵能够完全顶进到位并且无安全隐患。

1 工程概况

鹰厦铁路改造中，大跨径箱涵下穿既有铁路，箱涵和线路斜交形成70度角。箱涵结构尺寸:15×8m。正长30延米，分成长度为17m和13m的两节。由于箱涵跨度大，且路堤的主要构成为砂性土，密实度 不足，高10m属高路堤，需要采取措施，确保施工期间路基平稳。

2 施工难点

既有线路行车密集，需要在施工过程中对线路架空固定。在箱涵顶进的时候，因为线路轨底到涵底的高度为10m，采用D24便梁来完成加固[1]，箱涵外侧至便梁支点的间距仅为6m，无法符合相应的1：1安全放坡标准，同时该支点所在的位置恰好为砂性土，会导致安全事故。所以，对于本工程而言，最大的难点就是如何确保在箱涵顶进期间使便梁支点具有足够的稳定性。

3 施工措施

3.1 线路架空措施

用D24便梁工法加固线路[2]，顶进过程中对过往车辆进行限速为45km/h，以避免由于车速过快导致基坑土体倒塌，用人工挖孔灌注桩上设置枕木垛的方式加固便梁支点。便梁支点如下设置：

线路外侧的支点设在路肩上，使用人工挖孔桩，长度及直径分别为7m与1.5m（图1）。

图 1 线路外侧便梁支点设置 (单位: m )

利用枕木垛和扣轨对线路中间支点加固。因为 2股铁路线间距只有 4m,工作面小，人工挖孔桩无法施工，且行车密集，人员穿越铁路施工极其危险。拟采用3层枕木垛+2层扣轨横向加固，这样行车荷载传递到便梁上，而便梁的力传递到扣轨,扣轨具有一定的刚度和延度，火车通过时既保证了线路的稳定又具有一定缓冲冲击荷载的能力，扣轨横穿线路两头搭在外侧的挖孔桩顶面，最终把力传递到挖孔桩上。枕木垛质量轻便于移运，材料自身又具有足够的强度抵抗压应力，3层枕木垛受压面积经过计算符合要求(图2)。

图 2 线路架空平面设置 (单位: m )

中间支点施工前，要对线路进行整体加固，保证道床掏空后，整个线路轨面标高依然符合既有标准，然后才能进行中间支点开挖:纵、横向扣轨分别选用43kg/m钢轨双层扣与单层扣。线路加固完善后，再将轨底下的填土和道砟挖除，挖到支点底高程（枕木垛底）后，打入3排长1.5m、直径50mm钢管桩，而后铺上枕木垛3层，最后横穿2层扣轨，横穿时，需借助卷扬机对钢轨进行拖拉到达指定的位置（每根钢轨为12.5m，50kg/m），再扣成两层扣轨。

如果有双孔箱涵顶进时，可以先顶进较小的副涵再根据主涵的中线要重新调整便梁的位置，使便梁一端支点搭在已经就位的副涵边墙上面，同时人工挖孔桩基上搭着另一端的线路外侧支点。

3.2 箱涵顶进方案。

由于列车通过振动大极易使土体坍塌，顶进过程中挖土作业要利用列车行车间隙时间，在顶进同时借助小挖机于箱涵里开挖土面，单个循环进尺依据土质的状况而确定，在0.3～0.5m之间。要做到“顶进不行车，行车不顶进”，一旦有列车通过，则洞内工作者需要撤出，至少距离路基面1m之上，禁止继续施工。

箱涵顶进期间，在箱涵与两股道的中间支点相接近的时候安全风险最高，导致土体坍塌，因为此时一股线路完全临空，整个路基断面一半被掏空。为了解决这个问题，本工程采用“便梁掏底和利用涵端刃角带土顶进”的方式完成箱涵顶进。

“便梁掏底”具体指的是在箱涵顶进至线路底下前，先借助人力对路基及道床进行挖掘，从而使线路底下得以连通并且处于架空状态，此范围应当在轨底之下3m，长度为和便梁支点间隔3m位置起，依据 1∶1的比例向下放坡，这样做又2个好处：

第一，将顶进期间产生“抬头”现象的几率降至最低。涵顶部的摩阻力和覆盖的土层的存在及厚度有直接关系，因为如果土质一般，开挖会使土体不规则脱落无法形成天然土拱，特别是开挖至线路下部,由于通过的列车振动强烈,箱涵顶部的覆土容易坍塌，出现冒顶,因此在有覆土的情况下, 摩阻力的变大不单单局限于顶部，同时边墙上也会伴随侧面土压力的提升而变大，进而出现“抬头”现象。为解决此问题,通常箱涵的顶进基本上都是在完成顶端覆土的挖除之后进行的，且能有效防止安全风险。但如果箱涵的上部覆土层太厚，如需要全部挖去则应控制好前进方向不可超挖,同时应随时与驻站防护员保持联络,在该施工区域列车通过前适当的时间点进行一次顶进,同时可于基底之下适度的超挖，以防止出现“抬头”现象。

第二，在行车过程中，便梁负载受力，对线路有预压作用，使其支点沉降稳定。一旦箱涵顶进穿过线路底下，则便梁的沉降已经稳定，支点的牢固性也得以检验，对线路有利。

涵端刃角带土顶进具体指的是使刃角先进入土体[3]，入土约为40～50cm，而后再开始挖土，如此路基就不易出现坍塌。先用挖机对箱涵前面的土开挖，使其成为圆弧形，同时最大程度刷坡，因为一旦开挖长度超标，则会导致大范围的坍塌，禁止超挖，长度保持在1～2m之间。在顶进期间，使刃角插进到砂性土中，这样有个相对安全的空间，能有效挡土，同时提供朝向上方的反力，箱涵在垂直方向存在向上抬的分力，能够避免扎头[4]。在箱涵预制之后便可开始制作钢筋混凝土刃角。刃角为临时结构，一旦箱涵顶进至设计位置之后便需拆除。浇筑所用混凝土强度需要低于箱涵一级，从而使得后期的拆除方便，不会对边墙造成损坏。预制箱涵时，先于端头预埋刃角钢筋，在制作期间需要把预埋钢筋和刃角钢筋进行接连。钢筋混凝土刃角结构尺寸:顶部长度为3m，根部及端部的厚度分别为0.5m和0.3m，高度为7m。

图3 钢筋混凝土刃角和钢刃脚示意

该路基的土质较为疏松，地基强度小，直接顶进箱涵则会始终处于扎头状态，为了解决这个问题，选择将钢刃脚装于箱涵前端，如此有效抑制扎头的发展，又能压实前方地基，缩短顶进工期。钢刃脚对比钢筋混凝土刃角，重量轻不会使结构增重且重心前移，加工快，由底板、肋板、角钢支架组成，设立于底板前端两侧墙之间，角钢支架的距离为0.5m，用锚固螺栓与底板混凝土加以接连，成为一个整体，肋板和底板，角钢支架和肋板进行焊接，而后于箱涵底板中插进钢刃脚的底板，箱涵钢刃脚长2m，顶进期间向地基里压进钢刃脚下的三角形土体，大部分地基都得以被夯牢。顶进中土体由于反力进入钢板上部，便于后期清槽工作。

4 箱涵方向与高低的控制

液压泵顶力在控制箱涵顶进方向时起主要作用[5]，一旦出现左侧偏后，则应当适度降低左半边底板吃土，使该阻力变小，同时辅以左侧刃角超挖土和右侧刃角欠挖土来对方向加以控制。在对高低加以调节的时候需要超挖土体或者是带土顶进。5cm是边墙吃土量的底限。另外，两边墙外端绝对不可挖空。

顶进应遵循“勤测、勤纠、少挖、慢顶”的准则，每完一顶程，都应及时观测轴线高程，倘若发现问题需要尽早纠错，再持续顶进。顶级到位后中线偏差为12cm，高低偏差为+9cm，符合要求。

5 结论

(1)便梁掏底的运用使便梁支点预沉降稳定，有助于后期工作开展及安全性。

(2)将桩基运用于线路外侧的便梁支点中，在横向选用扣轨+枕木垛，保证线路的牢固。若将桩基用于中间支点，将会更有效。

(3)钢筋混凝土刃角在砂土当中顶进，阻力小，挡土效果好，保证支点稳定。

(4)将钢刃脚装于箱涵端头，能够有效减缓扎头。