既有线铁路大封锁小钢梁改造顶进施工技术研究

杨浩杰

（中铁二十二局集团第四工程有限公司，天津301700）

0 引言

叶柏寿至赤峰铁路扩能改造工程，线路长137.326km，位于辽宁省朝阳市及内蒙古自治区赤峰市境内。小钢梁改造工程为此项目施工重点，全线小钢梁改造21 处，小钢梁采用原位现浇，需对既有线进行线路加固，所需天窗点多，慢行处多，对既有线行车安全隐患大，并直接降低铁路的运输能力。

经过与运输部门多次沟通研究，初步拟定施工方案采用48h 大封锁“天窗”的方式进行实施。采用大封锁方案施工，极大降低了行车安全风险、工期风险、管理风险等，经测算工期预计提前6～8 个月、管理成本降低10%。

1 大封锁方案概述

为最大程度地减少行车运输与施工间的干扰，叶赤电化扩能改造工程采用48h 大封锁的形式进行施工，集中人力及设备进行大范围同步施工能最大程度减少营业线多类型项目施工对铁路行车的干扰。

全线施工中难度最大、影响时间最长、安全风险最高的施工项目是小钢梁改造，其中控制性工序为既有桥墩台破除和顶进施工。大封锁施工以小钢梁改造和顶进桥涵施工为主。根据现场实际情况估算破除既有桥墩台用时约15～24h、顶进施工耗时需要约12～18h，此两项关键工序耗时约为27～42h。考虑在此两项工序前后还有断轨、回填、道砟捣固、轨道恢复等工序，小钢梁改造施工时封锁时间最短为48h[1]。

在大封锁施工前，完成顶进桥涵的预制、三电迁改等准备工作，为营业线集中施工做好准备。在叶赤线铁路大封锁期间，施工现场组织人员、设备及材料进行有序施工，确保施工任务完成的同时，保证线路准时开通。

2 施工特点

此工程按原设计方案绝大部分施工项目下穿营业线，营业线施工干扰大，施工安全和工期压力大。全线如按正常流程逐个结构物施工，行车慢行点需93处，封锁“天窗”2625 个，将会对叶赤线铁路运行带来较大的安全风险、运输能力减弱及经济损失[2]。

2.1 行车安全

叶赤铁路线路长，工点多，全线架设D 梁施工的工点多达65 处，慢行时间最长可达3～6 个月的工点有21 处（小钢梁改造），直接给营业线行车安全带来较大隐患。在施工过程中D 梁检修、线路维护、日常检测等小环节出现纰漏都有可能引发行车事故，妨碍既有线的正常运营。

采用大封锁施工方案，涉及营业线施工的小钢梁改造只要分三次封锁便可以完成，期间穿插安排接触网立杆、站场改造等工作内容，直接消耗“天窗”2096个、行车慢行点93 处，通过合理组织施工队伍，确保施工作业按照批复的施工计划以及施工组织方案进行，降低了对营业线运行干扰时间，同时也降低了安全风险，能够有效地确保行车、人身及设备的安全，做到“一人不伤、一事不出、一点不延”，达到减少施工对行车影响的目的，确保运输旺季的铁路运量[3]。

2.2 成本节约

大封锁施工具有集中性、连续性的特点，多个工点集中封锁施工，在很大程度上降低了封锁施工成本，提高了施工效率。如果封锁施工能够一次完成多个工点，通过现场合理化资源调配，可大大减少机械设备的多次进场费用和人员设备的闲置。相比逐个施工，可以最少的施工成本达到较高效率的效果，通过大封锁施工资源配备与整合，管理成本降低10%。

2.3 工期

全线需慢行93 处、封锁施工工点191 处、多且分散，而天窗数量少、区间慢行处少，对施工作业带来不同程度的限制，这必然会延长施工作业时间，致使叶赤线小钢梁改造及顶进桥涵等工程的总工期难以得到保证甚至拖延[4]。

采用大封锁施工集中人力、设备多区段、多专业同时进行大范围施工，可规避天窗数量少、区间慢行处少等制约叶赤线电气化改造施工进度的风险因素，同时能够有效地缩短各工点施工持续时间，使小钢梁改造及顶进桥涵等工程的施工工期预计缩短6～8个月。

3 小钢梁改造顶进施工方案及工艺

3.1 小钢梁改造顶进施工方法概述

全线小钢梁改造框架涵顶进施工共计21 处，为下穿既有铁路，采用一次顶进施工。为保证线路安全，框架涵主体及翼墙在大封锁前完成预制，在大封锁期间进行顶进工作[5]。

顶进所需材料、机具提前进场，待封锁命令下达后组织机械、人员按照铁路技规要求进行断轨。在确保钢梁支护体系稳定的情况下，采取将整体或分段分解拆除的方式进行钢梁的拆除。桥墩台破除采用爆破的方式将既有桥墩台进行破除，随后进行路基开挖、顶进作业，顶进完成后立即进行线路恢复，如图1（a）、图1（b）所示。

图1（a） 小钢梁既有现状

图1（b） 小钢梁拆除、线路开挖

3.2 工艺流程

小钢梁改造施工的主要施工流程：工作坑开挖—涵身预制—线路拆除—小钢梁拆除—桥墩台破除—框架涵顶进、就位—回填级配碎石—线路恢复。

3.3 线路拆除

在大封锁命令下达后，首先将木枕上与既有钢梁桥纵梁连接的定位销用氧焊进行切割，然后将桥上的25m 线路进行断轨并采用吊车拆除后移至既有桥台护锥的空旷处，铁路枕木码放整齐，以不影响后续顶进施工为宜[6]。

3.4 小钢梁拆除

线路拆除后首先应进行既有钢桥的栏杆及人行道板等附属工程的拆除，拆除采用氧焊切割和吊车吊装配合的方式进行。

大封锁前3～5d 对既有钢梁桥支座的地脚螺栓进行涂油、润滑，以便地脚螺栓的螺母能顺利拧开；对于个别已经锈死无法拧动的螺栓，采用氧焊进行割除。支座地脚螺栓的螺母处理后，松开既有支座的卡板，采用汽车吊将钢梁整体吊装并移至既有桥空旷处。

4 桥墩台破除

4.1 爆破总体安排

爆破及清理工作时间只有13～14h，为保证施工进度，此工程大封锁前采用汤姆洛克全液压中深孔钻机进行钻孔工作，钻孔直径76mm，爆破桥墩及基础一次爆破成型。混凝土残渣用挖掘机和自卸车配合予以清理，液压破碎镐辅助破碎大块。根据设计图，明确钻孔及爆破深度[7]。

4.2 技术设计方案

4.2.1 桥墩爆破技术设计

（1）桥墩布孔

桥墩炮孔布置如图2所示。

图2 炮孔布置示意图

（2）主要技术参数

主要技术参数见表1。

4.2.2 桥墩基础爆破技术设计

根据桥梁施工经验以及对老桥建设时的技术分析，桥墩基础结构应为扩大基础，桥墩基础炸药包在炮孔与各个线上交叉点上，其炮孔布置见图示。爆破参数见表1。

表1 炮孔布置主要技术参数表

（1）布孔

桥墩基础炮孔布置如图3所示。

图3 桥墩基础炮孔布置示意图

（2）主要技术参数

主要技术参数详见表2。

表2 基础炮孔布置主要技术参数表

4.2.3 防护设计

爆破拆除的旧桥数量多爆破量大，且紧邻既有线，因此对该爆破体采取覆盖防护和遮挡防护相结合的方式。桥基础的炮孔每钻完一个就用袋子堵好；对桥墩采用两层草垫子，一层铁丝网缠绕防护，并且在旧桥外侧桥墩位置悬挂荆芭和草垫子进行遮挡防护，所有防护均在装药之前完成[8]。

4.2.4 安全警戒与信号

爆破作业全过程都存在安全警戒问题，在起爆阶段，其主要工作是安全警戒。作业期间安全警戒的范围是爆破作业区与周围地区的分界线，警戒区10m 内用警示旗和警示绳全部封闭；禁止无关人员进入，防止爆破器材丢失，检查施工安全情况，制止人员在作业区内吸烟、打闹、违章作业等。

在爆破后派爆破技术人员和专业的爆破员进入爆破现场进行爆后检查，经检查确保无盲炮险情后方可容许作业人员进入[9]。

5 框架涵顶进

5.1 顶进前施工准备

劳动力、机械设备及应急物资的准备，顶进前根据施工工序所需配置相应数量的人员、机械设备、顶进设备、运输车辆、应急物资等。高压油泵、千斤顶和顶铁等顶进设备安装完成后进行试运转。

5.2 观测点设置

在涵体后方，离后背墙稍远距离处设立观测点，以观测涵体顶进时的中线和水平偏差。在涵体四个角上设置高程观测点，顶进方向偏差观测用涵体中线控制，另外为了观测顶进中后背的变形情况，在后背墙两端设观测点，进行变形观测[10]。

5.3 启动（试顶）

试顶工作以顶动框架桥为止，试顶顶力不宜过大，约为顶进桥（涵）结构自重的0.4 倍，使顶镐同步逐渐加压，每次升压后稳定5min，派专人对设备及滑板、后背墙、涵体进行检查，经检查各部位无异常现象后再开泵，直至框架桥启动。试顶完后再进行一次全面的检查，如各部位情况均良好便可进行正式顶进作业。

5.4 挖土、运土作业

挖掘土方时，必须由上往下进行，严格控制挖土深度。做到“短、平、快”，同时挖土与测量工作紧密配合，设高程控制点，严格控制开挖面高程，根据涵体偏差情况及时掌握挖土方法。

5.5 框架桥涵正式顶进

土方开挖完成后开始顶进施工，开动高压油泵使千斤顶受液压力而产生顶力，推动箱身前进。当千斤顶已到限位时，控制操作系统把活塞退回原位，在空档处增放顶铁，以待下次开顶，循环往复，直至就位[11]。

6 恢复线路

在大封锁前，备足恢复线路所需的道砟、混凝土枕、扣配件及钢轨等，道砟提前装袋码放至既有桥台两侧的路肩上，混凝土枕提前运至既有桥址。待顶进就位后，立即组织进行铺砟、布枕、连接线路、捣固等工作。线路恢复后，经铁路管理部门确认达到放行列车条件，方可开通线路，经整修养护线路后逐渐恢复到正常速度[12]。

施工结束，开通线路后首列限速15km/h，第二列限速25km/h，第三列限速45km/h，且不少于4 小时，以后按60km/h、80km/h 各不少于24 小时阶梯提速，其后正常。

7 结语

此施工方案为沈阳铁路局首例，采用48h 大封锁进行集中顶进，它从根本上保证了既有线行车安全，并最大程度地降低了对铁路运输的影响。间接地加快施工进度、减少直接成本，实现社会效益与经济效益双赢，为今后类似工程的施工提供了宝贵的经验。