下穿既有铁路框构桥顶进施工技术研究

徐 斌，李若铭

(1.中国铁路沈阳局集团有限公司,辽宁 沈阳 110000;2.沈阳铁道工程建设管理有限公司,辽宁 沈阳 110005)

1 引 言

近年来，随着我国交通建设的不断发展，各类桥梁相继建成。其中，框构桥作为建立在道路上或跨越沟渠之上的框架桥梁，不同于其他桥梁，其可跨越铁路等，修建于路面以下，不妨碍交通，被广泛应用[1-3]。

我国学者针对框构桥顶进施工进行了研究。葛德书[4]以市政框构桥顶进施工为例，运用有限元法对框构桥顶进施工过程中，对既有铁路桥影响的风险源进行分析，并通过建立框构桥顶进有限元模型，得出顶进对附近铁路桥的影响小于规范限定值。袁广益[5]以大跨度框构桥顶进施工为例，对其工法进行研究，最后分析了大跨度框构桥顶进施工在市政工程中的应用。赵永船、张宁[6]以津山线框构桥顶进施工为例，对软土地基框构桥扣轨加固暗挖顶进与军用梁支撑桩加固线路顶进法进行对比分析，结果表明：扣轨加固暗挖顶进施工适用性更强。唐文夫[7]以唐廊高速公路为例，对框构桥顶进施工进行研究，并对施工方案进行了优化。

以上学者针对框构桥顶进施工方案以及施工过程对其他构筑物造成影响的风险源进行了系列研究。但针对下穿既有铁路条件下的框构桥顶进施工研究相对较少。因此本文以鞍南大道公铁立交桥新建工程为例，首先针对鞍南大道公铁立交桥工程背景进行重难点的分析，进而根据分析结果对框构桥顶进施工方案进行研究，最后提出了合理的施工方法。

2 工程概况

2.1 工程背景

鞍山市鞍南大道处于沈大线铁路交叉，框架桥主体共4孔，桥梁结构为8.0 m+2×16.0 m+8.0 m顶进框架地道桥，中间2孔框架主体轴长23.55 m，全宽35.3 m，全高9.81 m；2个边孔框架主体轴长23.55 m，全宽9.4 m，全高9.81 m。框架采用现场预制，顶入法就位。

2.2 工程特点及重难点

根据鞍南大道公铁立交桥所处位置与工程背景，总结出以下重难点。

(1)框构桥尺寸较大，工期较为紧张，设计分为两次顶进，先顶进中孔，再顶进两边孔，施工对既有线影响次数多，周期长，需做好各项线路加固及防护措施。

(2)施工现场全部为耕地，土质较为松软，地表及地下水丰富，框构工作坑及引道U形槽基坑开挖深度均较大，需进行降、排水及支护。

3 框构桥施工方案

3.1 工作坑设置

在既有铁路线东侧放坡开挖工作坑，根据开挖深度边坡设置钢轨桩或草袋堆码防护。在工作坑中部位置设置出土通道，后背墙、滑板及导向墩均采用钢筋混凝土结构。工作坑采用降水井降水，布置在工作坑非铁路侧。

3.2 框构预制

框构桥在工作坑内现浇施工。主体按底板，边墙及顶板三阶段施工，顶板采用支架现浇；钢筋混凝土刃角、配重及主体同时浇筑。钢筋集中加工，现场绑扎连接，框构钢筋骨架主筋采用闪光对焊并进行纵向打磨处理。模板采用大块组合钢模板，支架采用万能脚手架。

3.3 框构防水、排水与降水

框构桥主体结构以混凝土自防水为主，柔性防水层为辅，施工缝部位采用全封闭密闭防水。为提高防水混凝土的密实度，减少早期水化热，掺入粉煤灰、硅粉等材料。框构桥内部采用排水沟槽排水；顶部设置排水坡自然排水。

3.4 铁路路基加固及防护

边孔及中孔框架桥两侧采用旋喷桩固化既有路基。旋喷桩直径0.6 m，框架桥两侧相邻4排桩间距和排距均为0.6 m，其他桩间距及排距为2.0 m。沿公路走向框架两端每边设置6根钻孔桩对路基进行防护。桩顶采用钢筋混凝土帽梁连接，确保刃角补齐及U形槽施工时铁路路基稳定。

3.5 线路加固

施工开始前，接触无缝钢轨，用标准轨代替长轨。通过横抬梁结合吊轨梁实现对线路的加固，线路加固范围内更换为新I类木枕，并用U型钢紧固件固定，以防止由于横梁的移动引而导致线路变形，纵梁由3片I56c工字钢组合构成。工字钢纵横梁采用栓接，栓接接头错开布置。工字钢横梁从线路两侧交错对穿施工，减少对线路行车的影响。

3.6 框构顶进

由于本桥顺线路方向全宽达到56.41 m，铁路线路为R=800 m圆曲线，接触网最大跨距为50 m，因此该桥无法整体顶进。桥体采用中间2孔为一整体，两侧各设一孔框构，先顶进中孔框构，顶进就位后，接触网立柱移至框构顶板中墙位置，再顶进2个边孔框构。旋喷桩路基加固及路基防护钻孔桩均应在框构顶进前施工完成，确保路基稳定及行车安全。为减少顶进阻力及防止坍塌，框构前端增设钢筋混凝土刃脚。顶进采取吃土顶进法施工，吃土深度按0.5 m控制。为防止顶进时扎头，将滑板顶面预留适当仰坡。顶进施工主要施工步骤为抽换枕木(混凝土枕换木枕)→对线路设“3-5-3”吊轨→安装I55c工字钢纵梁→横穿I55c工字钢横梁→对横梁与纵梁进行连接→线路加固好后，顶进框构→框架顶进至设计位置后，回填框架两侧填土，拆除纵横梁，恢复线路。

4 框构工程施工方法及工艺

4.1 工作坑、滑板及后背梁

工作坑采用明挖法施工，坑道的两端均以槽钢桩保护，出土道路的边坡坡度10%、宽0.4 m，其中工作坑的边坡坡度为1∶ 1.5，靠后背砌体端部采用φ1 m钻孔桩支护。土方通过机械分层施工，距基底0.3 m范围内则由人机配合施工。滑板底部的锚梁、后背砌体土方和工作坑一起施工。

工作坑采用降水井降水，其过滤段长12 m，沉淀段长2 m，井深25 m。φ0.5 m降水井中安设6620/1型潜水泵，Q=360 m3/h，H=36 m，N=55 kW。在滑板施工范围内采用碎石垫层对基底加固，提高地基承载力。

滑板混凝土采用网控制高程法进行施工。为了实现整体受力性能，滑板、后背及地锚梁混凝土连续浇筑，不留施工缝。沿顶入方向设置槽钢方向墩。滑板做成前高后低的仰坡，从而避免了在顶进过程中扎头。框构底板预埋螺栓，以便安装板及托板。滑板顶面设润滑隔离层，以减小摩阻力。滑板混凝土达到50%设计强度后，在框构底板绑扎钢筋，浇注混凝土。后背梁按常规法施工。

4.2 框构预制

采用现场浇筑法对框架涵进行浇筑施工。箱身浇筑分二个阶段进行，第一阶段首先捆扎底板钢筋，然后浇注底板(包含下梗肋)混凝土，第二阶段则在混凝土强度超过设计抗拉强度的50%以后，再继续捆扎上层钢筋，然后立模，最后浇注中间、边墙和顶部混凝土。各中边墙施工缝不在同一平面上，施工缝中通过预埋连接钢筋抵抗剪力。当混凝土达到设计强度后进行后背填土。

4.3 线路加固

线路加固采用吊轨梁、工字钢纵横抬梁法施工。吊轨梁采用P50钢轨，长12.5 m，按3-5-3形式布置，线路加固时抽换的木枕间距为0.8 m。施工时采用翻漏法施工，用撬棍扳翻上层钢轨使之翻漏倒置在下层两钢轨中间。吊轨梁与轨枕用U型螺栓和槽钢连接在一起。施工中可先用铁线将未完成的轨束与枕木连结，保证行车安全。

纵梁的铺设是将工字钢置于路基支墩上，纵梁接头用拼接板和高强螺栓固定，用U型螺栓和扣板将横梁吊扣在纵梁上。在顶进的前方设置一排钢轨桩地锚，防止横梁移动，影响行车安全。横梁的铺设是将工字钢穿在木枕下，支撑在混凝土支点带上。横梁支点施工前，需用吊轨梁加固线路。

4.4 框构桥顶进

进行框构桥顶进施工时，首先对场地进行布置，开挖工作坑，并进行线路加固。接着修筑后背并进行后背梁的顶板浇筑工作，设置排水系统。然后开始进行框构梁顶进作业准备，制造拖板并将顶进设备安装就绪，开始顶进并记录观测数据。顶进过程中同时进行挖土运土工作，增加顶铁并再次顶进。顶进至梁段到达指定位置后，开始测量中线水平并记录数据。最后进行缺口处的回填并开始恢复正常线路。

(1)顶进作业

顶进作业前需进行一次全面的检查。顶进过程连续进行，杜绝长期停顿，降低地下水渗出、路基坍塌的隐患。正式进行顶进工作时，利用千斤顶将框架桥主体的箱梁顶推到规定位置，挖土与顶进循环交替进行，用滑板来移动箱体，工序如图1所示。箱身与路基接触后进行土方开挖运送(图2)。顶进出土采用人机配合施工。

(2)调整顶进桥身偏差

运用对一侧千斤顶顶力进行调整、轮流开动两边高压油泵、后背顶铁(柱)、调两侧挖土调整及在箱身前端加横向支撑等措施来调整顶进方向。顶进中高程控制措施采用抬头调整和扎头调整。通过适当调整刃脚的角度和两侧适当多挖，来纠正箱身“抬头”现象。

图1 箱身滑板移动工序图

图2 挖运土方工序图

5 结 论

为研究下穿既有铁路的框构桥顶进施工技术，以鞍南大道公铁立交桥新建工程为例，首先分析了工程特点与重难点，制定了合理的框构桥顶进施工方案，包括工作坑设置、框构预制、防排水、线路加固与框构顶进等，并通过施工方案，对工作坑、滑板及后背梁、框构顶进等施工流程及工艺进行了研究，最后列举了顶进桥身偏差的调整措施。为今后相似工程提供参考。