市政道路下穿铁路的永临结合箱涵结构设计与施工关键技术

贺红星，龚 政，杨鹏举，王树峰，闫学冲，周 越

（中建三局集团有限公司工程总承包公司，湖北 十堰 442000）

0 引言

随着城市发展水平的不断提升，市政道路工程的建设规模日益增大，难免会有越来越多的市政道路与既有铁路之间相互纵横交错。通常在交错位置采用市政道路下穿铁路的建设方案以尽量减少对铁路正常运营的干扰。在市政道路下穿铁路施工前，需建造支护桩以确保土方开挖的安全性和承担上部结构荷载（包括铁路路轨自重和列车行驶荷载）。支护桩一般仅作为临时支护结构。当主体结构进行施工时，其邻近的支护桩需要拆除，且需对相关辅助构件如 D 型便梁［1，2］进行多次拆换，这样不仅浪费建筑材料和制造大量建筑垃圾，也会延缓施工进度，从而导致施工成本的剧增。

本文介绍了十堰市林荫大道 3 号线下穿东风铁路现浇箱涵结构施工过程中中间两根支护桩与主体结构永临结合所采用的施工工艺及施工方法。本文提出的永临结合结构系统能够避免临时结构的拆除，同时现浇箱涵结构的左右幅可以同步进行施工，有效地提升施工效率和降低施工成本及对环境的干扰，具有较强的应用前景，对未来同类型工程的建设具有重要的参考价值。

1 工程概况

图1 通道位置示意图

下穿通道主体结构纵向全长 21.6 m，横向由 2 个独立的、平行的钢筋混凝土闭合式框架结构组成，两箱净距为 0.04 m，每个箱涵宽 14.75 m，顶底板厚 1.0 m，侧墙厚 0.9 m，框架净高 10 m，通道顶部覆土约 1～2 m，铁路位于覆土层上。通道标准断面如图 2 所示。

图2 通道标准断面图（单位：cm）

由于设计采用通道下穿铁路的方式，其通道主体结构采用原位现浇，在施工时需首先对铁路进行架空保护［3］。架空保护采用位于铁路附近的 10 根支护桩作支撑，8 道铁路保护专用 D 型便梁位于支护桩顶，以承托列车和轨道的荷载，这样就直接将其荷载传递至通道底板以下的地基，为通道现浇施工创造了工作条件。其支护桩采用钢筋混凝土实心方桩，设计尺寸为 1.5 m×1.5 m，桩长为 18～28 m，共 5 排合计 10 根，即每排 2 根，同时为增大桩底的承载力，在桩基底部设计了扩大头，最大直径 2.8 m，深度 2.65 m。布置如图 3 所示。

图3 通道支护设计立面图和平面图（单位：cm）

2 地质情况

根据地勘情况，下穿铁路通道附近地勘孔钻至 61 m深，未遇中风化及高强度岩层，主要由两层组成：第一层为杂填土，层厚约 8.5～15.5 m，主要是开山碎岩块、岩屑、岩粉及黏性土等；第二层为强风化绢云母石英片岩层，主要矿物成分为石英、钠长石和绢云母，岩体组织结构基本破坏，完整性差，岩体破碎，岩芯主要为针状岩渣，属极软岩，岩体基本质量等级为 V 级，局部夹中分化薄层。未见明显地下水和暗河。工程地质剖面图如图 4 所示。

图4 工程地质剖面图

3 原常规设计及存在问题

3.1 原常规设计

原设计采用 D 16 和 D 20 型临时便梁作为架空保护体系，其中三跨采用 D 16 型，另一跨采用 D 20 型，结构施工时中间两跨按照左右幅倒边施工的需求需倒边安装一次。具体施工方法及顺序如下：施工准备→应力调整→铁路加固→路基挖孔桩及防护桩施工→D 型便梁安装→通道放坡开挖→左侧通道施工→D 型便梁倒边→支护桩破除→右侧通道施工→支护桩破除及道砟回填→附属施工→竣工验收。原设计倒边工艺流程如图 5 所示。

图5 原设计倒边工艺流程图

3.2 存在问题

原设计完成左幅通道主体结构后，需要先进行 D 便梁的倒边安装，并完成中央支护桩破除后才能施工右幅通道。整个施工过程中，施工工序繁多且部分工序需重复实施，且左右两幅不能同时施工，工期较长，成本投入较高。

4 新型永临结合设计及特点

4.1 设计方案

箱涵结构与支护桩两者间优化设计后采用新型永临结合方法，其中箱涵结构施工前支护桩与 D 型便梁共同支撑上部铁路轨道，施工完成后支护桩与主体箱涵结构形成一个有机整体，共同承担上部轨道重量及列车行驶荷载。

基于上述的永临结合结构形式，主体箱涵结构与其邻近支护桩之间采用刚性连接方式（支护桩凿除护壁，植筋并浇筑细石混凝土），作为一整体结构系共同抵抗差异沉降；同时，对永临结合设计部位进行钢筋补强，可进一步保证箱涵结构的安全性以及耐久性。永临结合部位钢筋补强如图 6 所示。

3.2.2.3 术前给予穿血栓袜 由于术中在麻醉作用下，下肢肌肉会松弛，血流变缓慢，所以对估计手术时间较长，超过3 h、D-二聚体异常增高者，进入手术室前穿好抗血栓袜，以防止术中血栓形成。有资料显示，手术持续时间超过4 h者DVT的发生率显著提高［12］。本研究中有21例术前穿好抗血栓袜入手术室。

图6 永临结合部位钢筋补强图（单位：cm）

4.2 特点

在实际施工时主要特征有以下几点。

1）箱涵结构与部分支护桩采用永临结合设计方法，施工过程中不需拆除支护桩和拆换 D 便梁，箱涵结构施工完成后支护桩与箱涵主体结构形成永临结合结构以共同承担上部荷载。

2）支护桩采用实心扩底桩，其材质为钢筋混凝土，可在确保桩基竖向承载力的前提下尽可能缩小桩径，减少桩基施工作业影响范围。

3）桩基及箱涵结构施工过程中不影响上方列车的正常行驶。

4）主体箱涵结构与其邻近支护桩之间采用刚性连接方式（植筋并浇筑细石混凝土），作为一整体结构系共同抵抗差异沉降。

5）主体箱涵结构的左右幅进行同步施工，具有较高的施工效率，缩短工期。

采用该设计方法，可避免在箱涵结构施工时拆除邻近支护桩，实现箱涵结构的整体式施工，同时可省去了 D 便梁及其它辅助构件（如万能杆件）的多次拆换，极大地提高施工效率并节省大量的材料和人工成本。

5 关键施工技术

5.1 主要施工流程

具体施工方法及顺序如下：桩基施工→D 型便梁安装→土方开挖→永临结合桩护壁凿除→箱涵结构施工→回填夯实→回填区注浆→拆除 D 型便梁，如图 7 所示。

图7 施工流程图

5.2 铁路架空安全防护

在施工时需首先对铁路进行架空保护，架空保护［4］采用位于铁路附近的 10 根支护桩作支撑，8 道铁路保护专用 D 型便梁位于支护桩顶，以承托列车和轨道的荷载。其荷载的传递路径为：铁轨→D 型便梁→实心方桩→箱涵结构基础以下地基［5］。铁路支护现场施工如图 8 所示。

图8 铁路支护现场施工图

上述支护桩为横截面积较小的扩底实心桩，采用人工挖孔灌注的制作方式，具有承载能力强、施工作业影响范围小等特点。其中人工挖孔桩施工流程：施工准备→提升架搭设→孔桩开挖与土石提升→护壁施工→土石外运→钢筋笼安装→混凝土浇筑→检查验收。人工挖孔桩现场施工如图 9 所示。

图9 人工挖孔桩现场施工图

5.3 D 型便梁运输安装

D 型便梁由挡碴板、连接板、纵梁以及横梁构件组成，其中挡碴板通过焊接的方式固定在横梁下方且埋置在轨道的正下方，横梁从轨道下方穿过，其通过连接板与纵梁相连，共同形成工字形结构。它的最大优点是在不中断行车的情况下，利用它进行桥涵的开挖和施工，并且具有运输和拆装方便的特点。

1）D 型便梁运输。便梁采用专用运输车进行运输，提前办理大型构件运输通行证。

2）D 型便梁的安装。施工准备→便梁运输→调整木枕间距→穿设钢枕→安装主纵梁→纵梁等强件连接→拆除架空、恢复线路。

3）注意事项。①横梁的位置应与枕木的位置一致，所以事先应将枕木间距适当调整，且在抽换调整时应遵循“六抽一”的原则；②每一根钢轨下需要垫大块绝缘橡胶板，防止轨道电路短路，影响信号及行车；③塞入横梁时要对准主梁联接板并定位，同时垫好橡胶垫，上好扣件；④为增加钢轨的横梁稳定，要在横梁上安装挡渣板，并捣固道床；⑤逐段扒除道碴，安装斜杆和所有联结系统，组装过程中，连接板及牛腿上孔眼均应上满螺栓，且弹簧垫圈不得漏装。D 型便梁安装如图 10 所示。

图10 D 型便梁安装完成示意图

5.4 箱涵结构及与桩基永临结合部位处施工

在保证铁路正常运营前提下，本施工技术将支护桩由施工期的临时结构拓展为工后永久结构，其与主体箱涵结构合二为一形成永临结合结构系统，该永临结合结构系统可满足主体箱涵结构的施工安全性，同时也精简了施工工序和降低了施工成本。在施工过程中不需要拆除支护桩和拆换 D 型便梁及其它辅助构件，避免了拆除施工及废渣外运期间存在的安全隐患，节省了大量材料和人工成本，降低了对周围环境的干扰。

箱涵结构的左右幅采用同步施工的方法。①铺设混凝土垫层，并通过溜槽配合人工入模，再插入式振动器振捣密实，最后进行人工抹平；②箱涵底板施工包括定位放线、放线验收及修正、复核、钢筋绑扎、模板支护与防水处理、浇灌混凝土、养护；③箱涵墙身及顶板施工包括墙身钢筋绑扎、墙身模板、顶板模板支护与防水处理、顶板钢筋绑扎、混凝土浇筑、养护；④支护桩表面进行一定的凿除处理，使其与厚度略小于箱涵隔墙宽度，并通过浇筑混凝土使其成为箱涵隔墙的一部分；⑤回填夯实：箱涵通道周围分层进行回填夯实处理；⑥回填区注浆：待回填夯实结束后进行注浆处理，提升地基土的承载力和刚度。护壁凿除现场施工如图 11 所示。

图11 护壁凿除现场施工图

箱涵结构的制作模板均为木模，且表面覆膜，以确保表面光滑、平整；模板支架必须具有足够的强度、刚度和稳定性，能承受所浇混凝土的重力以及施工中可能产生的各种附加荷载。箱涵结构现场施工如图 12 所示。

图12 箱涵结构现场施工图

6 结语

本施工技术是一种基于永临结合设计方法的桩基-箱涵结构体系，其具有施工速度快、经济成本低、环境干扰小等优点，更好地满足了市政道路工程中安全、绿色、环保的建设理念。基于所述的永临结合结构形式，箱涵结构的左右幅可同时进行施工，极大简化了施工工序，避免了倒边施工情况的出现，也进一步保障了施工效率及安全性。涉铁施工是一项极敏感工程，施工前需与铁路部门做好沟通，在施工工艺的选择上需充分考虑对铁路的影响，尽最大可能性减少对既有铁路运营的干扰。Q