并行斜交框架桥顶进施工工艺控制

张胜利

（甘肃华澳铁路综合工程有限公司 兰州铁路局工程公司，甘肃 兰州 730050）

0 引言

截至2022年底，我国铁路运营总里程达到15.5万km，高速铁路运营里程达到4.2万km。根据《中国公路规划报告》，到2030 年，我国还将建设近3 万km 的高速公路、建设或改造升级9 万km 其他公路。全国公路网正逐步形成，我国的公路建设在今后10 年将持续扩大规模。在不断提升交通运输运营能力的情况下，铁路网和公路网的规模都在进一步扩大，在2个路网规模扩大过程中，有大量的公铁立交工程。在公铁立交工程中，框架桥顶进施工占大多数，营业线框架桥顶进施工任务既要保证铁路运营安全，又要按时、保质完成施工任务，对施工安全和质量提出了较高要求，其中并行斜交框架桥在顶进施工中既要保证斜交的角度合适、并行高程误差小，还要保证沿铁路线方向的位移在允许偏差范围内，即在顶进过程中不发生“顶偏”的现象，还要减少或消除“扎头”“抬头”的问题，以免在框架桥顶进施工中桥顶与施工便梁发生碰撞。经实践总结，通过改善相关施工工艺可以大大提升并行斜交框架桥顶进施工的安全和质量控制水平，以控制各项指标在允许的误差范围内，从而保障并行斜交框架桥的顶进施工的安全和质量。

1 项目概况

彭阳—大桥村高速公路吴家堡枢纽立交框架桥下穿天华铁路工程为高速公路下穿铁路，设计2-14.0 m 框架桥下穿铁路线路，并行斜交62.5°，主线立交框架桥桥址处里程为天华线K110+525 m，框架桥单幅长度为11.0 m，框架结构高9.6 m，结构宽度16.4 m，轨顶至框架底距离10.46 m，框架桥自身质量达到1 600 t。箱形桥顶进完成后，对两侧开挖及塌落部分采用素混凝土浇筑回填，补换道砟并铺设Ⅲ型桥枕后安装护轮轨，框架桥线路两侧设置防护栏杆和防落网。框架桥顶进施工过程见图1。

图1 框架桥顶进施工过程

2 施工工艺简介

2.1 流程

框架桥顶进施工工艺流程见图2。

图2 框架桥顶进施工工艺流程

2.2 控制偏差

框架桥顶进施工工艺控制偏差（扎头、抬头、方向）见表1［1］。

表1 框架桥顶进施工工艺控制偏差

3 顶进施工工艺控制

3.1 高程偏差控制

并行框架桥下穿铁路施工中高程控制是施工工艺控制的重要环节［2］。高程偏差过大，使框架桥的美观、竖向线型都受到影响，给道路和桥梁衔接造成一定困难，增加工程成本，同时偏差过大也不利于既有铁路养护。控制并行框架桥的高程，不仅要在顶进阶段控制，施工全过程都要控制，按施工进程可将控制分为顶进前控制、顶进中控制。

3.1.1 顶进前

采用设置滑板延长、设置桥体船头坡及加装钢刃角、基底注浆加固等措施。框架桥预制、顶进在滑板上进行，为保证桥身的各项顶进数据准确，要求滑板浇筑时各项数据符合设计要求，使滑板具有一定强度，即滑板首先要能承载桥身质量，其次要求顶进过程滑板不发生横向破坏。纵横梁板结构是滑板通常采用的结构形式，布设20 cm 的单层钢筋网片，但实际施工中，框架桥体顶进脱离滑板约2/3 处后，滑板前端的一部分容易被破坏，影响顶进。因此，通常将滑板前端1/3处3～5 m设置成30 cm的双层钢筋网片混凝土板，提高其抗折能力。由于框架桥自质量，原土地基密实度不够，在框架桥重心移出滑板后，通常会出现“扎头”，为杜绝此现象，通常将滑板做成1‰～3‰的仰坡。仰坡根据土质情况设置，软弱土质地基时采用高限值，坚硬土质地基时采用低限值。

为提高桥身顶进效率、降低阻力的影响，通常将桥体底面前端浇筑成斜坡形状，如三角形形状，坡的高度一般为6～8 cm，长度一般为1.2～1.8 m。

在整个施工过程中，桥身底板前方需要预先设置好钢板，当桥身“扎头”现象严重时，需要通过钢刃角纠偏，钢刃角的安装要满足顶进实际需要。如桥身开始出现较严重的“扎头”现象时，施工人员需立即准确测量扎头尺寸，将钢刃角安装到相应位置。

3.1.2 顶进中

在框架桥附近设置观测站，配备全站仪和水准仪各1台，用于观测框架桥身的轴线和标高测量，框架桥每顶进一段距离，测量1次桥身的轴线和高程，如果发现问题需要立即分析改正。因出现“抬头”或“扎头”的高程失控而造成顶进高程控制出现误差时，进行施工工艺控制可消除偏差。

3.1.2.1 纠正框架桥身“抬头”

（1）采用减小钢刃角角度、增加底板下取土量或在框架桥前端增加配重等措施以纠正框架桥抬头，具体调整量根据需调整的高度确定。

（2）超挖桥身前端的部分，尺寸与桥身宽度相等；具体调整量根据需调整的高度确定。

（3）将钢刃角两侧适当挖宽20～30 cm，若两侧钢刃角处挖土宽度不够，也易造成框架桥“抬头”现象。

3.1.2.2 纠正框架桥身“扎头”

（1）当框架桥出现“扎头”时，增加桥体前段滑板厚度，让框架底板前端、侧刃角与滑板完全紧密贴合，形成向上土坡，逐步顶进调整。

（2）基底开挖时，预留一定厚度土体，利用船头坡将高出部分土体压入框架桥底，纠正“扎头”现象，具体调整量根据需调整的高度确定［3］。

（3）在框架桥前端设计安装钢刃角，减少全断面挖土量，采用强制切土法施工，扩大受力范围，准确顶进。

（4）框架桥安装的钢刃角入土后，在保证既有线安全的情况下，现场施工管理人员通过各种手段提高顶进速度，不间断作业，减少框架桥 “扎头”速率。

（5）如基底土质软弱时，可根据情况换铺30～50 cm厚的卵石、碎石、砂夹石、浇筑一定厚度速凝混凝土、地基注浆或施做挤密桩、砂桩等方法加固地基，通过改善地基的相关强度参数，避免或减少“扎头”现象。

3.1.3 应急措施

（1）高程超出允许偏差上限时，应立即停止顶进，查明原因，针对具体情况制定措施。一般是由于滑板隆起所致，此时应该在框架桥前方重新施作滑板，待滑板达到强度后再开始顶进。

（2）高程超出允许偏差下限时，应立即停止顶进，查明原因，针对具体情况制定措施。一般是由于滑板长度不够或者前方地基松软导致框架桥“扎头”，此时应该续接滑板或者对前方地基进行换填处理。

3.2 方向偏差控制

线路加固后，进行箱形桥开挖顶进，在框架桥尾部设置8 台600 t 顶镐对箱形桥进行顶进，能够满足桥身对顶进力量的要求，顶进时开挖、运输土方要与顶进施工作业交叉，采用挖掘机开挖、人工配合。加强对路基的监控并做好安全防护，确保线路稳定，为确保铁路行车安全和施工安全，桥身顶进前，按照既有线运营要求，需要提前报施工限速计划，批准后才可顶进。

在并行框架桥顶进施工过程中，必须定时对线路进行检查，确保列车安全运行。火车经过施工作业地点时，施工人员要立即停止作业，密切观察线路变化。传力柱设置数量、顺向平直、接触面垂直、柱间间隙在顶进施工过程中对方向偏差影响很大，需要项目施工人员特别注意。

（1）浇筑框架桥滑板时，在滑板上预制框架桥左右两侧均匀设置钢筋混凝土导向墩，顶进施工过程中利用导向墩侧顶纠正方向偏差，导向墩截面见图3。

图3 导向墩截面

（2）设置固定观测站，实时进行中线测量，每顶进1次都记录测量结果，判断其方向偏离程度。当框架桥在滑板上前进时出现偏差，利用已经设置好的导向墩调整方向；脱离滑板后，用调整左侧或右侧顶力、改变顶铁左右侧长度、侧面多余挖土或减少挖土等方法进行调整，或者可以在桥身前面附加沿桥身宽度方向的支撑进行顶进调整。正确的操作程序是：箱形桥向左边倾斜时，需要增加箱形桥左边的顶力，减小箱形桥右侧顶力；利用另外一种方法将右边的千斤顶停下；在开挖时增大一侧的挖土量，让一侧腾空，另一侧相反，以慢慢调整方向偏差。

（3）安放传力柱时，每顶进4 m，在顶铁最前面牢固放1道分配梁，确保传力柱不发生位移，传力柱的方向必须和顶进过程中力的方向一致，才能达到顶进的最大效率，柱间支承面保持密贴，如果观察到顶铁开始变形、移位时，应停止施工，进行检查，分析原因，确保后续顶进正常。

3.3 安全控制

（1）在既有线施工，必须制定安全控制措施，编制应急预案，向全体施工人员做好安全培训、技术交底、安全交底，确定施工人员走行线路、学习相关规定和其他施工要求［4］。

（2）按铁路局集团公司已经批准的施工计划准备施工工作，设置有效防护，做好线路防胀、防断及防洪和基坑防塌工作［64］。

（3）做好既有线设备防护，特别是光电缆及接触网线支柱、信号设备、通信设备等防护，严格机具管理、规范材料堆码，防止侵入限界。施工开始前，与既有设备管理单位沟通协调非常重要，需与相关单位（设备管理单位）签订施工安全协议，在多个设备管理相关单位的监督指导下施工，维护施工安全［4］。

（4）施工时尽量加快进度。杜绝乱挖前方土方，每次进尺控制在0.8 m 以内。开挖坡度一般设置为（1∶0.50）～（1∶0.75）时较合理。顶进时如果有列车通过，停止挖土，所有人员必须尽快撤离工作面，并观察前方土方断面变化。

（5）如果顶进设备出现故障，导致顶进不能按计划进行时，应立即停止挖土和顶进，按规定做好必要的防护措施，避免强行顶进。

（6）挖土要和顶进同步进行，边挖边顶进边观察，分析数据，随时更正顶进方案。顶进到设计位置时，一般情况下，桥身边线和中线偏差需在20 cm以内，而高程偏差在顶程的1%以内即为合理，同时，偏高、偏低各不大于15、20 cm。

（7）施工人员顶进施工前先确认顶进设备周围不能有人，以防油管漏油及顶铁崩出伤人。

（8）框架桥顶进到位后，采用砂夹石拌合水泥或注浆填实框架桥两侧与路基的缝隙，保证施工后的框架桥沉降值在可控范围内，避免危及铁路行车安全［5］。

3.4 千斤顶设置及计算

以该工程为例，进行千斤顶设置计算。该框架桥自质量1 500 t，千斤顶推力F≥1.25倍框架桥自质量+摩擦力，其中摩擦力=цG（ц为滑板与框架桥底板的摩擦系数，G为框架桥自质量）［6］。

则：F≥1.25×1 500+1 500×0.5=2 625 t。

因此，在框架桥尾部设置6 台500 t 顶镐对框架桥进行顶进，产生的推力可以满足顶进施工要求。

4 结束语

并行斜交框架桥顶进施工过程中的施工工艺控制是整个工程中最复杂的环节，施工难度较大。通过对2-14.0 m 箱形桥下穿天华铁路工程顶进施工工艺改进，为铁路营业线并行斜交框架桥顶进施工工艺控制及保证既有线行车安全积累了经验，可为同类下穿铁路既有线并行斜交框架桥的顶进施工提供参考。