大吨位、长顶程刚构桥下穿既有铁路施工技术

刘小辉

(中铁六局集团有限公司，北京 100036)

1 工程概况

天津市中纺道地道桥工程位于天津市河北区，是东纵快速路的重要组成部分，它的建成将使河北区主干道金钟河大街和中山路的交通压力得到有效缓解，为周边居民出行带来便利。中纺道工程包括4座桥体及1段U型槽，自西向东沿顶进方向分别为3#桥、4#桥、1#桥、2#桥及U型槽，规划为10 m双孔框架地道桥，总长度118.187 m，主体结构宽度22.4 m，总高7.2 m，净高5.7 m。桥体顶板厚度为0.7 m，底板、中墙及边墙厚度均为0.8 m。共设置2个基坑，其中铁路西侧为顶进工作坑，先预制1#桥，待1#桥顶进就位后，在顶进基坑原位现浇3#桥及4#桥。铁路东侧基坑在京津城际铁路桥梁下方，基坑内现浇2#桥及U型槽，与1#桥顺接。

该项目下穿既有线路多条股道，涉及道岔、信号箱、信号灯、信号变压器及电缆、光缆等众多重要设备及邻近高速铁路桥墩，加大了施工难度大。为保证既有线路正常运营，涉及接触网杆改迁、线内路基降水施工、控制长顶程框构桥顶进姿态等多项施工难点，针对上述施工中遇到的技术难题，进行施工方案优化设计、技术创新显得尤为重要。

2 接触网杆改移

2.1 接触网杆改移方案优化

框架桥两侧有2组硬横梁接触网杆，其中1组距离框架桥较近，施工前必须进行改移并且做好保护措施。最常用的改移方案有两种，一种是将接触网杆临时改移位置，待框架桥顶进施工完成后恢复；另一种是将接触网杆与线路加固体系为一体，待顶进施工完成后，再在原位置安装钢架杆。前者施工方法较繁琐，首先原接触网杆改移位置，然后再恢复，施工费用较高。后者受框架桥顶进影响较大，如遇路基塌方或框架桥“扎头”现象，则接触网杆变化较大，危险性较大，同时也不适用与硬横跨接触网杆。

考虑本工程铁路设备较多，只能在路基防护桩上方设置临时钢架，以软横跨的方式进行过渡，施工结束后进行恢复。该种方法不仅降低了接触网杆改移过程中的风险性，简化了施工操作，降低了成本，还解决了框架桥大跨度无法穿越铁路的问题，此方法更具有大力推广价值，具有操作简便，经济适用，节约工期，技术先进等优点。

2.2 施工步骤及工艺

(1)确定临时软横跨钢架位置

首先在铁路两侧选择合适位置作为接触网杆改移基础。通常情况下，两侧路基防护桩为最优选择，原因是：路基防护桩为钢筋混凝土结构，刚性较好，此外将软横跨锚杆植入混凝土冠梁内，将接触网杆基础和防护桩排桩形成一个整体，增加了基础稳定性。基础采用预埋8根螺杆及螺栓，软横跨钢架与基础采用螺栓加固。

(2)改移接触网

对原接触网杆进行改移，将接接触网改移至软横跨上。

(3)恢复接触网

框架桥顶进完成后，将接触网恢复至原有硬横跨接触网杆上，然后拆除临时立柱。

3 利用高压旋喷桩接长滑板

3.1 滑板对于顶进施工姿态的影响

滑板作为顶进施工的基础，其对顶进施工姿态调整起到重要作用。在下穿铁路框架桥顶进施工过程中，下穿多股铁路的情况越来越多，而且框架桥结构尺寸也相对变大，顶程加长，尤其遇到地质较差，地基承载力不足的情况，顶进过程中框架桥的姿态越来越难控制。

针对尺寸较大、顶程较长的框架桥顶进施工，利用传统的方法进行姿态控制，已经不能满足现阶段铁路安全要求，同时姿态偏差较大影响后续配套工程施工及使用要求，结构外观性较差。

以往顶进过程中框架桥姿态的控制，水平向利用左右不均匀开镐、调整左右开镐数量及侧刃角不对称吃土的办法来加以控制；抬头可通过顶进时减小底板及侧刃角吃土量和框架桥前端增加配重等措施来制；扎头主要是框架桥前端设置船头坡、顶进时加大让底板前端及侧刃角吃土、框架桥后端增加配重等方法控制。框架桥顶进施工过程中，重心下滑板以后直至就位期间行程较长，框架桥姿态很不稳定，姿态控制全靠上述方法进行。

3.2 滑板接长设计优化

本工程基坑三面均为钻孔灌注桩支护体系，前端按1∶1.5坡度放坡开挖。基坑内滑板宽度25.3 m，长度46.1 m，采用C25混凝土，滑板厚度20 cm，下面设置20 cm厚碎石垫层。基坑内滑板前端与框架桥底板前端基本平齐，滑板前端即为路基坡面下坡脚，下坡脚至上坡脚距离为11.2 m，上坡脚至前端最近铁路中心10 m，滑板前端距离最近铁路中心21.2 m。通过使用高压旋喷桩接长顶进前端滑板的施工方法来增加滑板的长度，在满足铁路安全要求的前提下，使滑板尽量延伸至领近铁路，增大框架桥顶进过程中在滑板上的行程，从而实现框架桥顶进过程中姿态平稳。

3.3 高压旋喷桩接长滑板施工

(1)框架桥重心分析

首先计算顶进过程中加固体系、车辆及其他荷载作用在框架桥后框架桥重心位置，主要是分析框架桥重心与设计滑板前端的相对位置关系，确定框架桥顶进多少距离后重心下滑板，以及框架桥前端所处的位置。

(2)确定接长滑板施工参数

滑板接长在既有滑板前端与最近一股铁路之间的路基上进行，宽度与框架桥两侧路基防护桩之间的距离相同，接长长度确定要考虑的因素：①临近营业线施工机械设备侵线，必须保证设备不侵线。②高压旋喷桩施工时会造成路基隆起，应进行实时监测，严格控制高压旋喷桩注浆压力控制，配合工务段进行线路整修。采用的高压旋喷桩施工设备高度2.5 m，施工过程对路基造成隆起，因此滑板接长范围顺顶进方向至距离线路10 m位置处，接长长度为为11.2 m。桩顶标高根据设计滑板高程进行控制，桩顶标高控制在设计滑板顶以上10 cm位置处；桩长根据设计要求最小承载力及实际实验所得地基承载力确定，参照基坑封底桩长为3 m。

(3)施工工艺具体施工方法

施工工艺与施工方法同高压旋喷桩基坑封底一致。

(4)顶进过程中滑板破除

顶进挖土过程中及时测量滑板高程，使其破除面始终保持与设计滑板高程一致，保证框架桥顶进平稳前进。

3.4 优点

(1)顶进前期，框架桥重心超过整个顶程一半的行程始终在滑板上，桥体前端抬头、扎头幅度大幅度减小，姿态平稳。

(2)框架桥重心下滑板以后至顶进就位，框架桥后端始终在滑板上方，不会存在由于滑板短缺及地基承载力不足，顶进后期框架桥后端突然下沉，造成整个框架桥前高后底的状态，导致加固体系维护困难甚至失稳，严重危及行车安全。

(3)滑板接长可以提高地路基承载力，同时可以起到封闭地下水的作用。

4 降水设备改进

4.1 改进装置构造及设计参数

该装置为小型反循环钻机，通过设计改装其主要部件包括四部分，分别为机架、主机、卷扬机、钻杆钻头。

(1)机架高度4 m，宽度1.5 m，作业影响长度4 m，由钢管及角钢组成，整个机架又分为底座、门式立杆、斜撑及拉锚四部分，作为整个钻机的支撑体系。

(2)主机作为钻孔主要动力，主要为电动机及变速齿轮组组成的一个整体。主机为专业定制，基本成正方体形式，宽度1 m，高度0.6 m，下端与钻杆连接，上端通过门式立杆上的滑轮组与卷扬机连接，整个主机的提升与下降均有卷扬机控制。

(3)卷扬机安置在机架底座后端与斜撑交接位置处，用2根螺栓与底座固定。

(4)钻杆长度为1.1 m，钻头高度0.4 m，考虑主机高度及其他因素影响，该设计使整个主机的可变行程为1.7 m，完全满足施工要求。

4.2 操作工艺

(1)钻机的安装顺序

底座→立杆及斜撑→拉锚→卷扬机→主机→钻杆钻头。

(2)钻机组装

支架的稳定性与可靠性尤为重要，考虑线间施工时间有限，其安装、拆解必须具备方便快捷的特性，因此支架各部分之间的连接均采用套管插销的形式及铰接的形式连接固定，拉锚采用钢丝绳与铁杆固定在路基内。与钻机相关的电源线、进水管、泥浆管提前从钢轨下方预埋的套管内穿过至钻机位置处，管件连接采用沟槽式法兰连接，方便快捷不漏水。

(3)钻机成孔

钻机成井作业操作方法与施工工艺与普通钻机一致。

(4)钻机的拆解顺序

钻杆钻头→主机→卷扬机→拉锚→立杆及斜撑→底座。

4.3 优点

(1)该装置运入、运出线间，组装拆解无需机械配合，全部有人工操作即可完成，满足线间作业环境要求。

(2)该装置组装拆解快捷方便，结构操作性强，能在有限的时间内完成施工。

(3)适合在既有线间进行降水井施工，专业性强，解决了路基降水的难题。

5 顶进就位后路基防塌方措施

5.1 施工工艺

主要由防护桩和框架桥作为基础，首先在框架桥预制时预埋钢板，与框架桥主筋连接，顶进就位后在与预埋钢板对应位置的支护桩上植筋，所植钢筋与预埋钢板焊接，形成钢筋格栅，然后在钢筋内侧(路基一侧)插入木板，然后一次性支模、浇筑混凝土，施工布置方案见图1所示。具体步骤如下：

(1)框架桥预制时在后端边墙外侧预埋钢板，钢板长度与框架桥高度一致，厚度10 mm，宽为150 mm。预埋钢板制作时，在钢板上焊上“L形”钢筋，与主体钢筋搭接，预埋钢筋的位置适当调整，保证不会与框架桥主筋位置发生冲突。

(2)框架桥顶进就位后，在与预埋钢板最近位置的防护桩上植筋，所植钢筋与防护桩垂直，由桩顶向下至地板底位置依次进行，间距为1 m，钢筋直径选用直径16 mm的钢筋，植筋前清理桩身及桩间泥土。

(3)将所植钢筋与预埋钢板焊接。

(4)在钢筋内侧(靠近铁路一侧)从上往下在防护桩框架桥之间依次插入木模板，并且将模板与桩身接触部位的缝隙填塞密实。

(5)木板插完之后在其后面加上斜撑，防止浇筑混凝土时木板脱落。

(6)将上述工序都整完后，浇筑混凝土，插入的木板不取出，以保证其稳定。以上整个施工过程要求迅速完成，防止二次塌方造成混凝土浇筑施工受阻。

5.2 优点

(1)使用该方法浇筑混凝土，能将支护桩与框架桥之间的缝隙浇筑密实，所浇筑的混凝土充斥防护桩桩间，凝固后形成一个“梯形状”实体结构，不会发生混凝土实体倒塌的现象，从而保证路基不会发生塌方。

(2)浇筑混凝土后，即便有水渗出，也不会将路基内土体带出，致使路基内形成孔洞。

(3)施工周期短，结构简单，便于操作，对铁路安全运营影响小。

6 结 论

针对天津市中纺道地道桥下穿顶进施工的技术难点，对既有铁路接触网杆改移方案优化、利用高压旋喷桩接长滑板、改进降水设备、优化防塌方方案等系列的技术创新研究，保证了既有铁路线路安全运营，克服了长顶程下穿铁路施工中遇到的姿态调整、线内降水等技术难题，其主要结论如下：

(1)通过在路基两侧对应防护桩上设置临时软横跨代替原接触网杆的方法，顺利完成接触网杆的改移。

(2)利用高压旋喷桩接长滑板，增大了框架桥在顶程范围内滑板上的行程，保证了使框构桥顶进姿态，实现顺利就位。

(3)改进了一种适应营业线间降水设备。在运输、安装、拆解均由人工操作，实用性强，解决了降水设备侵线问题。

(4)优化了框架桥就位后路基防塌方的方案，通过在顶进就位后框架桥后端与路基防护桩之间浇筑混凝土，有效杜绝了框架桥顶进就位后框架桥后端路基塌方的现象。