斜交顶进涵结构设计及施工技术分析

丁 磊

中国铁路设计集团有限公司，天津 300142

1 箱涵顶进施工方法及设计

1.1 施工方法

（1）正交顶进法。我国采用顶进法进行桥涵修筑是从建国初期，第一座使用顶进法修筑的桥涵为北京永定门地道桥，从20世纪60年代开始，我国大力修筑各种交通设施，顶进法常被用于铁路沿线修建，后技术成熟，修建的桥涵数量逐渐增多、跨度变大，进桥涵的箱涵尺寸增大，孔径从传统的单孔逐渐衍生为双孔、三孔和四孔等，顶部覆土的厚度也开始变薄。

（2）斜交框架顶进法。斜交框架顶进法包括正框架斜向顶进、正向顶进和斜框架斜向顶进等，不同的顶进方式有不同的应用特点。如正框架斜向顶进法是在斜角角度较小的状况下使用，对应的箱涵常为多孔分离式小孔径箱涵。目前我国穿越京哈线铁路框构涵为斜交框构涵，通常在斜角度数值很小、钢筋混凝土箱涵长度较大时使用。

1.2 施工设计

（1）高压旋喷注浆加固地基。路基加固常用到高压旋喷注浆式，跨框架顶施工期间会因基地软弱出现线路悬空，这容易使线路出现开裂或坍塌，需及时进行地基加固，时速较高的铁路对路基要求更高，受地质因素影响，采用静态注浆钻孔无法满足当前需求，为此需要采用高压旋喷注浆方式提高路基压实度，以此保证施工安全性。若开发初期存在固结体，则固结体可以将周围土体压实，以此增强土体自身的力学性能和抗滑能力；若土地较软，则需要加大固结体的体积，以此提升地基的承载力和安全性。

（2）基坑支护结构。在工程应用中，基坑支护结构常采用工字钢桩衬板支护结构，坑壁土侧压力会通过衬板传递给工字钢桩后，通过腰梁达到顶撑或拉锚。连续钢板桩支护结构优势强度大，挡水性好。

（3）线路加固方法。线路加固方式多样，如吊轨梁、扣轨梁和工字钢等，这种方式常用于顶板以上无覆土或覆土层比较薄的顶进，吊轨则使用在净跨度比较小的场景下，若箱涵尺寸比较大，则选择横梁加固方法。从铁路提速后，传统的加固方式无法满足线路要求，桥梁工作者开始使用便梁加衡抬起梁的方式，增加了稳定性但扰度大、养护不安全。

2 工程概况

辽西北供水工程为辽西北城镇、县级和工业园区等干旱缺水地区提供供水工程，拟建管线处于开原市城郊乡附近与京哈铁路线交叉，使用2根DN3200管线，工作压力为1.4MPa，框构涵位于距离京哈线K809+859.49m，顶进位置在无缝线路地段。地区地质条件为冲洪积地貌，主要是由第四纪全新冲洪积物组织，地段地势较为开阔，铁路两端地势较为平坦。地下水为第四系孔隙潜水，常接受大气降水补给，侧向补给采用排泄的方式，地下水深度为4～9m，埋深高度大约在81.3m，在含水层常为园砾，渗透数值在70～100m/d。根据实际调研数据显示，该地区的地下水对混凝土结构呈现出腐蚀特性。

案例工程使用整体顶进施工方式，箱体位于京哈线上行先桥址位于左侧空地，按照设计文件，箱桥使用整体预制，采用纵横抬梁的方法实现线路加固目标，具体施工方式需要根据设计图纸在京哈线左侧进行工作坑开挖，边坡的设计要符合坡度。工作坑的深度需满足设计图纸的深度要求，并夯填碎石。完成C25混凝土底板养生结束后，设置润滑隔离层，其由石蜡、机油和滑石粉组成。线路使用工字钢纵横抬梁法的方式对线路进行加固，施工支墩需在“天窗”内施工，将无缝线路施工更换为200m长的标准轨，在完成施工后重锁。

3 斜交框构涵顶进结构设计

3.1 滑板结构设计

在顶进桥涵施工中，滑板发挥着重要的作用，滑板在预制钢筋混凝土箱涵、顶进桥涵中可作为施工垫层和隔离层，保证混凝土箱涵沉降均匀，实现土层的隔离，降低钢筋混凝土箱涵与土壤间的摩擦力，确保顶进实施的有效性。目前滑板结构有两种形式，一种是滑板与后背梁相互连接，两者可以视为一个整体，如图1所示，在这样的状态下，滑板所要承受的拉力沿着顶进的方向减少，滑板与后背连接承受拉力达到最大值，会发生破坏，为了避免这一现象，需要增设钢筋，以此增强滑板的抗拉能力；另一种是滑板与后背梁分离，滑板与背墙处于分离状态，靠近背墙的地方，滑板所要承受的拉力达到最小值，另一端的拉力则达到最大值，此时滑板受力计算会增加施工的难度，如图2所示。

图1 滑板与后背梁整体式连接

图2 滑板与后背梁分离式连接

3.2 顶力计算

顶进期间需要考虑箱涵与土层之间存在的摩擦阻力，为了减小摩擦阻力的数值，克服箱涵两边刃角上存在的抗力造成的影响，施工中阻力统称为箱涵顶力，需对顶力数值进行估计后，选择合适的顶进设备。按照《铁路桥涵设计规范》（TB 10002—2017）计算最大顶力，具体计算公式如下：

式中：Pmax为最大顶力值；K为系数；N1为箱涵顶上荷重（包括线路加固材料重量）；N2为箱涵自重；f1为箱涵顶上表面与顶上荷重的摩擦阻力系数；E为箱涵两侧土压；f2为箱涵底板与基地土的摩擦系数；R为钢刃角处正向阻力；A为钢刃角正面积。

3.3 后背设计

后背设计期主要借助抵抗顶进时所产生的水平顶力，为了保证设计的稳定性和刚度，在最大顶力作用下，不允许出现顶跨现象，一旦出现，会造成桥涵出现顶偏现象，使得桥涵无法工作，增加设计成本。结合案例工程具体情况，设置桥上线路两股，顶进施工使用横抬梁加固线路，翼墙施工采用D16型便梁加固线路。滑板使用钢筋混凝土，与后背梁连成整体结构，滑板顶面选用直径为8mm、纵横间距为30cm的钢筋，如图3所示。

图3 滑板及后背图

3.4 线路加固

顶进桥涵在施工期对铁路线路进行加固，目的是增强行车和施工安全性，在线路加固方法选择时要综合考虑多种因素，如降低运输过程中的干扰，保障铁路运输安全，减少施工的复杂性等。若顶进桥涵净跨度数值小于8m、孔径较大时，则需要采用轨束梁法或工字梁束法，这期间为了避免横移现象可使用钢板脱壳法，稳定涵顶覆土土层；若顶进桥涵净跨度超过8m，则可以使用钢吊轨加横梁加固法或吊轨加纵横梁加固的方法用于解决顶上无覆土或覆土层厚度不满足要求的问题。

4 结束语

文章基于箱涵顶进施工方法和顶进设计理论分析京哈线顶进施工工程，在顶进施工计算中具体包括滑板设计计算、顶力计算后背墙尺寸，为施工设计提供了参考依据，同时深入研究了斜交顶进涵施工方案及顶进关键施工工序，可为同类型工程提供设计参考。