软土地区下穿铁路框构桥顶进施工关键技术

耿秀明

摘要：随着当代交通的发展，许多市政道路需要下穿既有铁路，下穿既有铁路桥涵施工时，为减少对既有铁路运营的影响，多采用预制顶进法。在软土地区桥涵顶进施工时，经常会出现栽头、抬头、偏移、路基塌方等问题，文章以天津东丽湖卢下穿既有铁路框构顶进施工为例，总结桥涵顶进过程中关键施工技术，解决栽头、抬头、偏移、路基塌方等问题。

关键词：下穿；铁路；框构桥；顶进；加固

1.工程概况

框构桥位于天津市东丽区东丽湖路，框构桥中心里程与北环铁路相交中心里程为K25+798.25，北环线为双线电气化铁路，线间距为5m，线路均为直线，施工范围内既有线路速度80km/h。框构桥采用单孔框架结构，斜交斜做，与既有北环线交角为70°，跨度为1-16m，结构净高6m，总高为8.3m，净宽为18.06m。框构顶板厚1.1m，底板厚1.2m，边墙厚为1.034m，加腋尺寸180*60cm。框构桥分为两部分，由北向南顶进段长30.08m，顶进部分刃角长4.78m，平衡重长3.72m。顶进就位后切除刃角，现浇段长10.41m，共计总长为40.49m。顶程49.61m，桥体自重4363t，最大顶力6545t。工作坑设在线路下行侧。

2.工程特点及难点

（1）软土地基

框构桥位于淤泥质黏土层，上层为黏土层，下层为粉质粘土，根据淤泥质黏土层特性，地基承载力低，土体渗透系数非常低，降水、注浆效果不理想。

（2）顶进塌方控制

框构桥在软土地区顶进，保证路基加固质量及顶进过程控制，防止出现大面积塌方，影响行车，是工程难点。

（3）顶进指标控制

桥体细长且与铁路交角为70°，做好方向纠偏和高程控制，是本工程的一个难点。

（4）基坑开挖

基坑靠近线路开挖时，基坑前掌子面容易溜滑，影响路基稳定，控制基坑稳定是工程难点。

3.施工关键环节技术总结

3.1工作坑施工技术

（1）针对软土地区，特别是地下水位较高，水系丰富的地区，止水帷幕要严格按照设计要求及试桩参数施工，帷幕桩要连续施工，咬合满足要求，由于特殊情况停工的，在相接处外侧补两根搅拌桩，防止开挖后漏水，堵漏困难，形成隐患。

（2）基坑内外侧均应该设置降水井，同时降水，开挖基坑时，能够减小围护桩外侧土压力，减小基坑围护桩的位移变形，且要留出足够的降水时间，保证干槽作业。

（3）软土地区，通过和设计沟通，基坑围护桩的长度应该适当加长，桩径适当加大，提高围护结构的刚度。基坑开挖时，本工程基坑细长，全断面台阶式开挖，每挖10m段，及时施工混凝土垫层，作为支撑起到控制围护结构位移的作用，边挖边施工混凝土垫层，直至开挖完成。

（4）开挖基坑时，要密切观测维护结构的位移，一旦位移超过限值，立刻停止开挖及时回填土，先保证基坑稳定，再采取加钢支撑等措施后，方可开挖。针对软土地区深基坑，且基坑细长时，建议和设计沟通提前准备钢支撑，施加一定应力后再开挖或是采用双排桩支护。

（5）软土地区，基坑前坡口到既有线距离稍远（15m），放坡尽量放缓（1：2），保证基坑前端稳定，从而保证既有线路基稳定。如果因为地形等因素，上坡口距离既有线较近，通过增加旋喷桩挡土墙或水泥砂浆桩，来保证基坑开挖及框构桥预制期间既有线路基的稳定。

（6）靠近既有线施工旋喷桩挡土墙时，旋喷桩应该间隔施工，隔二打一，有效减小应力快速叠加造成土体隆起，从而降低对线路路基的影响。

（7）在后背墙能够满足布置顶镐的前提下，加宽工作坑马道，满足机械出土的要求，便于满足后期顶进出土，加快顶进速度。

3.2既有铁路路基加固施工技术

为了确保铁路行车安全，防止顶进时线路横移和保证加固体系的稳定性，在铁路两侧框构桥四角、前端、线间设置路基防护桩。

（1）根据地勘报告提供的渗透系数以及现场降水情况可知，框构桥位置地质情况渗透性非常差，路基降水采用大口井降水，要增加降水井的密度和深度，同时要根据实际情况延长降水周期，从而保证降水效果。

（2）对于黏土、淤泥质粘土等渗透性较差的土层，依靠自身重力渗透，降水效果非常慢，本工程降水时间为45天，水位下降4m。建议结合实验采取其他降水方式降水，諸如电渗井、真空降水等方式。

（3）注浆是在不改变地层组织的情况下，将土层颗粒间存在的水强迫挤出，使颗粒间的空隙充满浆液并使其固结，达到改良土层性状的目的。其注浆特性是使该土层粘结力（C）内摩擦角（φ）值增大。从而使地层粘结强度及密实度增加，起到加固作用；颗粒间隙中充满了不流动而且固结的浆液后，使土层透水性降低，形成相对隔水层。采用P.O 42.5硅酸盐纯水泥浆及水玻璃混合液，为增加浆液渗透力，水泥采用超细水泥，水灰比1：1。水泥水玻璃浆液比为1：0.3（重量比）。

（4）根据实验情况，在淤泥质粘土层中注浆效果不太明显，其他土层效果较明显，针对淤泥质黏土层，采取斜打旋喷桩的方式进行路基加固。施工前进行实验，根据土体隆起量，确定喷浆的压力，查看成桩的效果。根据试桩来看，喷浆压力控制在6-8MPa时，成桩直径能达到30cm左右，实际在路基上施工，根据后期开挖成桩效果来看，直径在8-20cm，效果不理想，但是由于旋喷桩间距1m，且每组分30°、45°、60°、75°四个角度，打桩较密，水泥浆凝固时产生水化热能够改变桩四周土体的特性，土体含水率有明显的下降，起到了土体固结的作用，旋喷桩对淤泥质粘土加固有明显的效果。

（5）为了防止框构桥顶进过程中路基出现侧塌，顶进框构桥的东侧设置两根线间挖孔桩，靠近框构桥侧的一根长11m，远离框构桥侧的一根长6m，两根桩间距6m，桩直径1.25m。

①安装挡道砟木箱

首先在两股线路之间挖挡渣木箱的沟槽，木箱高度为50cm，宽1.7m，顺线路方向长2.5m，木箱顶和枕木齐平，安放好木箱后，在木箱四周回填土密实，防止木箱下沉，石渣掉进木箱内。

②安放第一节钢护筒

木箱安放好后，人工在木箱内挖土，向下挖50cm深，直径为1.4m的圆坑，人工把土装在抬土皮框内，利用列车间隔运出线间。钢护筒高1m，直径1.4m，重170kg，使用4个人抬起钢护筒运到线间，在钢护筒上内壁上对称焊接4个吊环，外侧焊接1个吊环。人工使用麻绳拉起钢护筒，慢慢对中放到木箱挖好的孔内，就位后取下麻绳，敲掉焊接的4个吊环。人工在护筒内继续向下挖土，护筒慢慢下沉，直至护筒顶比木箱顶面低20cm。

③安装第二节钢护筒

第一节钢护筒下沉就位后，安装第二节钢护筒，第二节钢护筒直径比第一节直径小1cm，同样采用人工抬进线间，采用麻绳吊起护筒下放到第一节钢护筒内，然后人工下到护筒内边挖土边下沉第二节钢护筒，直至第二节和第一节钢护筒搭接5cm，停止下挖。

护筒内出土采用人工麻绳皮斗的方法出土，不使用任何机械设备，麻绳一端系到第一节钢护筒外侧的吊环上，一端系到皮斗上，随着挖孔深度调整麻绳的长度，防止人员手滑掉落孔内砸伤挖土人员。

现场准备1.5m*1.5m的木盖，当有列车通过时，用木板盖住孔口，防止落物掉入孔内砸伤挖孔人员。

④人工挖土至设计标高

按照上述过程，逐节下放钢护筒，每节钢护筒比上一节钢护筒直径小2cm，保证护筒顺利下放，工人在护筒内挖土，边挖土边人工运出线间，钢护筒之间搭接5cm，直至挖到设计标高。

⑤浇注混凝土

浇筑砼采用地泵，混凝土标号为C25，泵车站在距线路7m以外，在枕木间穿过一根直径20cm的PVC套管，泵管从PVC管内穿过，泵管直径10cm，每节3m，防止浇筑混凝土时，泵管漏浆污染道床，以及泵管联电形成红光带。

⑥连接钢冠梁

浇筑砼后，初凝前在桩顶插入1m长45b工字钢，外露30cm，砼终凝后，用45b工字钢把桩头预埋的工字钢焊接连接为一体。严格控制浇筑砼顶面和工字钢顶面高程，不影响线路加固穿工字钢横梁。

3.3框构桥预制关键技术

（1）滑板制作对于顶桥的启动起着至关重要的作用，严格按照设计要求施做，做好隔离层保护层，根据本工程实际启动顶力为2200t，桥体自重为4300t，启动顶力为桥体自重的0.5倍，所以滑板制作对启动顶力非常重要。

（2）桥体平衡重部分向下延伸，距离底板10-20cm为宜，如果空间太大，土体容易从空隙流进掩埋顶镐。

（3）对于在软土地区顶桥，很难形成规则的掌子面，土质情况特别差的情况下，会采用吃土的方式顶进，船头坡适当做缓，能够有效控制“仰头”的趋势。

（4）刃角坡度一般为1：0.5-1：0.7，顶桥前掌子面坡度基本和刃角坡度相同，所以如果通过与设计沟通，适当延长刃角的长度，从而减缓前掌子面坡度（1：1），更利于顶进时路基土体的稳定。

3.4线路加固技术总结

（1）线路加固采用H900大纵梁，I45b横梁，取消3-5-3吊轨，横梁6根为一组，间距为0.6m，组距为1.2m。这种加固方式提高了整个加固体系的刚度，横向允许悬空长度有了较大提升，能够达到6.4m，对于顶进施工和行车安全均有了明显的提高。

（2）顶进时线路位移、高程出现较大的变化，这种取消吊轨的加固方式，能够缩短整修的时间，有利于线路的整修。

（3）一般情况下大纵梁的支点坐落于路基上，对于软土易塌地区，一旦路基土出现变化，加固体系受力会相应的变化，和设计沟通，同时采用改良的钻孔机械，路基四角防护桩尽量靠近线路（4m），大纵梁的支点设在防护桩冠梁上，保证加固体系的稳定性。

（4）线路防横移措施

①保证线路方向的方法：将线路采用拉锚固定，并在箱体顶面每3m预埋一个套环，桥体顶进时用10t倒链牵拉纵梁，随桥体顶进调整倒链长度，防止线路发生横移。

②抗移桩施工时在抗移桩顶预埋钢筋拉环，在抗移桩上设置倒链防止线路反向横移。横梁I45b工字钢端头顶在抗移桩冠梁上，整个线路横梁工字钢都通过U形卡子联成一个整体，并将横梁与抗移桩冠梁上的钢板焊接，利用抗移桩梁的作用使横梁不发生移动，继而保证整个线路不会发生大的横向移动。

③为减少顶进时的阻力，防止线路产生横移，每道横梁下垫小滑车，为了保证线路的稳定性，在每根钢轨下面各用一个，在纵梁下设置小滑车支撑点。

④为防止线路横移，桥上的横梁工字钢每隔2根在线路两侧对称设置一道线路防横移装置，外侧固定在横梁工字钢上，内侧顶到钢轨轨腰上

3.5框构桥顶进技术要点

本工程最大顶力6545t，顶程49.61m。根据最大顶力，按500t镐的65%系数配镐，需20台，由于斜交顶进，顶进角度为70°，根据计算在马道东侧（顶进锐角侧）布置9台，西侧（顶进钝角侧）布置11台，顶镐每次出镐长度为1m。

（1）顶镐的选择，顶桥时顶进速度越快，土体大面积坍塌的可能性越低，选择1.2m的顶镐，同时配置换顶铁熟练的机械和操作人员，加快换顶铁的速度，有利于框构桥顶进。

（2）顶进开始前必须进行试顶。试顶的顶力一般应为桥体自重0.8～1.2倍，开始启动时不能突然增大到此数值，应使顶镐逐渐加压，每升压一次要稳定几分钟，并由专人对滑板、后背框架和设备进行检查。在加压过程中如油表值突然下降，表示框架与滑板脱离，框架开始向前移动，直至试顶进结束。空顶时严格控制桥体方向，防止偏离中心线。

（3）顶进挖土，如果土体的特性较好，同时利用加固体系横向悬空允许6.4m，刷坡坡度能够达到1：1；同时充分利用刃角和前悬的作用，挖土时先挖刃角前段的土体，框构桥顶进，然后挖除框构内土体，保證路基的稳定。

由于本工程为软土基础，挖土时很难形成规则的掌子面，虽然经过降水注浆处理，但是挖土时根据土体性质采取合适的挖土方法。地面向下3m范围内为填土层，在刃角前方挖土，每次开挖长度为1m，再向下为淤泥质粘土层，不开挖吃土顶进。

（4）顶进前方底板以下基础经过高压旋喷桩处理，距离线路7m位置外施工4排高压旋喷桩挡土，挖除旋喷桩挡土墙时，首先随着刃角坡度斜向挖除刃角前端旋喷桩，桥体顶进，旋喷桩套进框构桥内，再斜向分层挖除框构净孔内旋喷桩，保证路基土的稳定。顶进挖土时，在距线路7m外尽量挖到底板，防止由于高压旋喷桩的作用造成框构桥“抬头”现象。刃角经过旋喷桩挡土墙后，采用不挖土顶进，边顶进边清理框构内土体，防止出现大面积塌方。

（5）破桩时路基土体稳定性较差，可以采取分块挖除旋喷桩后立刻反压土，吃土顶进；框构桥进入线路时，吃土顶进，边顶边清理涌到框构内土体，始终保持路基土的稳定。

4.总结

通过采取一系列技术措施，本工程框构桥在顶进施工中，无论是中线控制、高程控制、铁路路基稳定均取得了良好的效果。框构桥顶进施工虽然已经是既有线施工中一种很成熟的施工工艺，但本工程中采用线路加固技术，既有铁路路基加固技术、防塌方技术，以及软土地区桥涵顶进技术，对软土地区桥涵顶进均具有一定的借鉴作用。

参考文献

[1]浅谈下穿既有线桥涵顶进，孙小斌（中铁七局集团西铁工程有限公司），科技创新与应用，2015年第16期

[2]旋喷桩在既有线顶进箱涵中的应用，梁贤明，山西建筑，2008年12月第36期

[3]管涵下穿铁路既有线顶进施工方法，王娟（中铁电化局先铁路工程公司），建筑施工，2013-02-27

[4]既有线桥涵顶进施工关键技术，周明伟，章鹏（武汉理工大学），工程科学，2015-07-25.

（作者单位：中铁六局集团北京铁路建设有限公司）