框构桥顶进下穿既有铁路拓宽施工关键技术

唐红江

（中铁十八局集团第五工程有限公司天津300222）

随着我国交通事业的飞速发展，新建市政工程与既有铁路线交叉频繁，如何保证既有线路安全，不中断其正常交通是重点研究的课题。顶进法施工对铁路线路干扰小，具有安全可靠的优点。自顶进法提出以来，已被广泛应用于铁路、市政道路施工[1-4]。

徐淑亮、贺斌[5]以长深线青临高速公路工程为背景，介绍了高速公路下穿大跨铁路框构桥顶进技术和关键施工工艺。张先锋、张景平[6]以国道105线下穿邯济铁路为工程背景，介绍了斜交框构桥顶进施工技术和控制措施，为同类斜交框构桥提供了参考。董红科[7]以阳曲高速公路下穿同浦铁路为工程实例，论述了大跨小角度框构桥顶进设计要点及线路加固措施。乔卓贤[8]以朔黄铁路为工程案例，针对顶进过程扎头或扎尾问题，分析了其出现的原因，阐述了施工过程中的关键事项及纠偏方案。赵永船、张宁[9]以津山线五孔框构桥顶进施工为例，介绍了软土地基中的施工方法和加固措施，为软土地基中框构桥顶进施工提供了参考。周福来[10]以公路工程下穿既有线为工程案例，介绍了高水位地区大跨度公路框构桥顶进施工关键技术，并对线路加固方案进行了探讨。

以三河市迎宾南路下穿既有铁路线为工程背景，对现场施工技术进行了研究，从桩基、止水帷幕施工、工作坑开挖、线路加固、框构桥顶进等几个方面，阐述了顶进过程中关键技术和控制措施。

1 工程概况

1.1 既有铁路线及框构桥概况

三河市燕郊镇迎宾南路下穿既有京哈铁路改造工程，框构桥与京哈铁路的交叉里程为K0+431.190，交角86°。由北向南依次下穿京哈铁路下行线、京哈铁路上行线、8道、22道、粮1线及24道，共6条铁路线。框构桥采用顶进法施工，总顶程57.6 m。

迎宾南路位于燕郊站西咽喉，既有铁路框构为三孔连续框构桥，宽度为5.5+9.0+5.5 m，结构净高为4.8 m，框构全长35.8 m。中孔为机动车道，限高4.3 m，两侧边孔为非机动车道。

1.2 改造情况

现将三孔框构桥拓宽为双孔桥，宽度为18 m+18 m，并拆除原有框构桥。新建地道桥结构净高为7.2 m，顶板与既有框构保持一致，全长41.0 m，新建框构桥南侧与道路U型槽相接，北侧与在建京唐框构桥通过U型槽连接，图1为框构桥改造前后对比示意图。

图1 框构桥改造前后对比

2 总体方案及工艺流程

2.1 总体方案

总体施工方案按如下步骤进行：（1）进场后先进行管线迁移工作，确认无管线影响后方可进行路基防护桩、抗移桩、基坑后背桩、工作坑的施工；（2）基坑采用分层开挖措施，路基前端边坡位置需边开挖边进行路基喷锚，保证路基边坡稳定，工作坑开挖至底板上1m位置后，进行高压旋喷桩封底施工，最后再开挖到位；（3）滑板施工，滑板每隔3m设置锚梁，增加滑板顶进箱涵时的稳定性，滑板底部换填30cm碎石垫层，再在后背桩顶进前端浇筑钢筋混凝土后背梁；（4）预制框架桥，框架桥顶进前端设置混凝土刃角，底板设船头坡，保证框架桥吃土顶进，防止桥体扎头；（5）顶进前进行路基注浆加固，对既有路基土质形成固化效果，防止土方开挖时边坡坍塌；（6）采用吊轨纵横梁法加固体系对线路加固，纵梁为45b工字钢，横梁采用40b工字钢，上下采用U型螺栓进行锁定，结合钻孔桩支撑，共同达到线路加固效果；（7）最后顶进框构桥，框架桥路基坡脚吃土顶进，防止超挖造成路基土体坍塌。顶进完成拆除线路加固体系，补充道砟，恢复线路，施做后续附属工程和管线。

图2 框构桥改造前后对比

2.2 施工流程

为保证施工过程顺利进行，现场施工流程见图3。

图3 施工流程图

3 框构顶进关键施工工艺

3.1 桩基及止水帷幕施工

3.1.1桩基施工

桩基采用钻孔灌注桩施工工艺，施工顺序为：基坑防护桩、后背桩、U型槽防护桩。施工中为防止相邻孔位施工影响采取“隔孔跳打”的施工次序。

工作坑后背桩为φ1.5 m钻孔桩，间距1.8 m。抗移桩采用φ1.25 m钻孔桩，桩长14 m，间距3 m。铁路界限25 m范围内，桩基施工采用小型正循环钻机，其余采用旋挖钻施工。

3.1.2止水帷幕施工

为保证铁路正常行车安全，铁路线外侧25 m范围内止水帷幕采用高压旋喷桩，直径为0.6 m，桩长17.5 m，双层布置，桩间距0.4 m。

铁路线路25 m外止水帷幕采用搅拌桩，工作坑内采用高压搅拌桩封底。搅拌桩采用普通水泥作为固化剂，水泥土无侧限抗压强度不小于1000 kPa，水泥掺量宜为18%。搅拌过程中桩位偏差不得大于30 mm，并控制桩身垂直度。搅拌头提升速度不得大于0.5 m/min，每转一圈提升量为1.0~1.5 cm，注浆泵出口压力保持在0.4~0.6 MPa。

3.2 工作坑开挖

基坑防护桩采用φ1.25 m钻孔灌注桩，桩长15 m，间距1.5 m。工作坑采用三面防护桩支护，顶进面采用1:1.5放坡开挖形式，工作坑坡顶距离最近的整备线中心11 m。基坑四周设置止水帷幕，基坑底以下2 m范围采用高压旋喷桩封底处理。坑底设置排水沟及集水井，坑顶设置截水沟，汇集到集水坑的雨水及时排出，确保框架在预制及顶进期间基坑内无积水，图4为工作坑开挖示意图。

图4 工作坑开挖示意图

3.3 路基注浆加固

为保证框架桥顶进时不发生大面积塌方和滑坡现象，确保施工及行车安全，计划对框架桥顶进范围内路基进行注浆固化处理。注浆固化宽度为桥体正面及两侧各12 m，深度至底板底面以下2 m，框构边墙外缘9.5 m范围内，待框构顶进就位回填石后再注浆加固，并采用雷达探测路基密实度，保证在顶进后路基的密实度和稳定性。

注浆角度在15度~75度之间，孔距0.5~1.5 m，路基高度下1.5 m不注浆。为保证注浆效果，靠墙侧顶进前预埋注浆管，图5为注浆管布置示意图。

图5 注浆管布置示意图

3.4 铁路线路加固

框架顶进前先进行线路加固，采用3-5-3扣吊轨梁和横抬纵挑法布置工字钢纵横梁加固系统。

横梁采用I40b工字钢，采用间隔式从既有枕木空档穿横梁，间距分别为0.6 m、1.2 m、0.6 m。最外侧线路两侧纵梁采用I45b工字钢，3根一束布置，线路中间纵梁采用I45b工字钢，2根一束布置，置于横梁上，接头错开1.5m，用Φ22U型螺栓和横梁连接。纵梁两端支撑于枕木垛上。

其具体工艺流程为：应力放散→锁定→抽换枕木→安装扣轨→穿横梁→横梁连接→安放纵梁→线路加固验收。

3.5 既有框构桥拆除

既有框构桥主体长度为35.8 m，环型切割长度控制在1 m范围，切割线避开线路钢轨位置，以线路中心线为基准进行切割段划分，既有框构桥主体共分为36段，需切割35道。顶进配合阶段每3道切割缝为一组，共分12组，待一组切割完成后进行破除，每破除1 m顶进1 m。

侧墙、底板切割使用碟锯进行施工，在框构桥内侧墙切割完毕后，安装碟锯机切割底板。顶板采用液压绳锯切割，切割顶板前，需提前使用洛阳铲在既有框构桥两侧路基挖孔，挖出顶进前既有框构桥两边跨侧墙上所打液穿绳孔，穿液压锯条。

切割完成后从底板开始破碎，既有框构桥经过绳锯切割，被分为数个混凝土单元，对每一个单元采先行从框构内拖出，后在框构顶进范围外破除。

图6 框构桥切割机破碎示意图

3.6 框构桥顶进施工

箱体预制成型后，当框架主体混凝土达设计强度后，开始顶进作业。为防止箱体底板受顶力而压碎，在顶镐与箱体接触位置设一块承压钢板，厚度为20 mm。施工过程中边顶进边出土，箱体底、侧刃脚始终吃土顶进。

其主要工序为：①拆除既有框构桥，先顶板和立墙混凝土，采用液压破裂机进行破碎；②开挖两侧土方，底板混凝土采用破碎锤破碎；③开始顶进施工。

图7 框构桥顶进施工示意图

施工过程中，若箱体出现抬头情况，采取箱体前端底板处适当超挖的方法；扎头时，在滑板前端设过渡段以增强地基承载力，顶进中底板吃土不小于10 cm，必要时在底板前端现浇钢筋快硬混凝土纵梁。顶进时适当调整两侧顶力增减混凝土刃角阻力，以控制顶进方向。

4 结语

框构桥顶进下穿施工过程中，顶进设备的选择和最大顶力的计算至关重要，顶进过程中箱体时常出现“扎头或抬头”的现象，需要采取一定的控制措施。

本工程针对三河市燕郊镇迎宾南路下穿既有京哈铁路改造工程，采用了顶进法施工，并简要介绍了施工过程中的关键技术和控制措施，有效解决了现场施工问题。既有铁路线基本无影响，适当调整两侧顶力增减刃角阻力，可以控制顶进方向，为拓宽顶进施工提供了技术保障，积累了丰富的工程经验，具有较高的参考意义和工程价值。