双孔大跨径框架桥顶进下穿既有铁路线施工技术研究

赵博ZHAO Bo

（中铁十二局集团第一工程有限公司，西安 710038）

0 引言

目前我国高速交通网络飞速发展，越来越多的高速公路项目陆续开展建设，使得越来越多的人们享受到高速公路所带来的便捷与通畅。当高速公路线路与铁路线路交叉时，主要有两种方案，一是采用桥梁上跨铁路线，但上跨铁路桥梁跨度较大，多采用连续梁或转体桥梁，该两种桥梁不但工程造价高，而且施工工期较长，而且对铁路线路影响较大，后期维护成本较高。二是下穿顶进铁路线路，一般下穿结构多采用框架桥，下穿顶进施工不但对铁路线路影响时间短，而且框架桥自身刚度大，变形小，后期维护费用低，但框架桥在顶进施工时安全风险高，需要铁路部门配合，同时要确保既有铁路运营安全。在武深高速公路始兴联络线项目下穿既有铁路框架桥顶进施工中，由于该框架桥为双孔大跨径设计，所顶进下穿的赣韶铁路桥路基距离框架桥顶覆土约1.9m，施工难度大，安全风险高。为确保该框架桥能够顺利顶进，使其标高与位置满足要求，同时还要确保既有铁路线运营安全，项目部对该框架桥施工方案进行仔细研究，对施工工序进行优化，同时对施工安全措施进行严格把控，通过上述一系列举措，不但保证了该框架桥顶进施工中既有铁路线的安全运营，而且也使得框架桥顶进后其顶板和底板标高位置符合相关要求。通过现场实际应用，该大跨径框架桥顶进下穿既有铁路所涉及的工艺和措施在施工中取得很好的效果。

1 工程概况

武深高速公路始兴联络线项目起于罗坝镇深渡水乡坪田村，在深渡水设置互通连接武深高速，而后经过横岭村，周所村，在顿岗镇东侧跨越X346，于石坪村东侧跨越墨江及S343，设置始兴东互通与S244 相连，经过马市镇涝洲水村置服务区及红梨村、安水村，终点位于马市镇柴塘村。路线全长29.55km。全线共设互通式立交3 处、服务区1 处、管理分中心1 处、养护工区1 处、收费站1 处。

该顶进框架桥用双孔设计，孔跨布置形式为10.0+10.0m，全宽为21.95m。框构桥中线与铁路线路交角为90°。顶进框构桥结构净高按6.1m 设计，桥体总高度为6.58m。结构使用净高≥5.1m。框构顶板厚65cm，底板厚70cm，侧墙、中间墙厚均为65cm，加腋尺寸为150*50cm。

本框架桥下穿赣韶铁路，铁路里程为K129+137.4，设计时速120km/h，铁路轨底距离框架桥顶部距离为1.9m。（图1）

图1 下穿涵洞结构设计图

2 总体施工方案

顶进工作坑设置在线路一侧，工作坑开挖支护后在底板处修建滑板，在滑板顶面上铺设隔离层，预制钢筋混凝土框架涵身涵节，安装顶进设备，堆放枕木垛，封锁180 分钟架设D24 施工便梁，加固既有线路，行车限速45km/h，方可进行箱涵顶进施工作业，首先将顶进前方铁路路基土体进行开挖，然后对油泵进行加压使顶镐对框架桥产生推力，从而推进框架桥前进，完成上述顶进工序后将顶镐回程，然后在空挡处增加一个顶铁，然后再将顶进方向土体进行开挖出一个顶程距离，紧接进行下一次顶进工序，重复循环上述工序直至框架桥顶进到设计位置。

图2 顶进桥整体施工流程图

3 主要施工工艺

3.1 便梁支撑桩开挖

本工程支撑桩设计桩径为1.5m，里程方向桩间距为24.5m，横向间距为4.45m，桩长设计均为12.0m。线路同时采用左右对称开挖挖孔作业采用人工逐层开挖，遇坚硬土层用锤、钎或风镐破碎，首先开挖孔中心位置土体，然后向周边逐步开挖，允许误差为30mm。先做锁口施工，锁扣砼护壁高出地面30cm。一般情况下每层挖深1m 左右。桩孔分节开挖分节浇筑护壁，必须当天开挖当天浇筑护壁，严禁超挖。

桩身混凝土应一次浇筑成型，过程中不得有较大间歇。当混凝土灌注顶面标高接近设计桩顶时，需将混凝土顶部浮浆抹除，确保桩顶标高及桩顶混凝土质量满足有关要求。[1]

图3 支撑桩平面位置布置图

3.2 钢便梁安装

钢便梁由吊车分节吊装就位后再进行纵向组合拼装，纵梁联结采用联结板进行，联结板材质与强度等级需与便梁相同，联结板主要构成为上下夹板和一组左右腹板。便梁架设采用50T 吊车吊装到路肩，然后利用申报的既有线天窗点将便梁胯下横移。架设便梁前，横梁与钢枕全部安装到位，以减少便梁安装时间，减少对既有线路的影响，确保行车安全和稳定。将支撑桩顶部预留钢筋提前挖出，便梁安装就位后及时将预留钢筋与便梁进行连接，防止便梁产生纵向位移。

图4 钢便梁现场组装图

3.3 横梁安装

横梁由H 型钢制作焊接而成，长3960mm、宽200mm、高212mm，横梁顺线路方向间距按照0.67m 进行布置，然后将铁路原有轨枕拆除移走，同时清理干净横梁之间的道碴，横梁的安装尧严格遵循“隔六穿一”的原则，为防止产生红光带，横梁与轨道之间必须安装好绝缘板等设施，经专人检查确认无误后，采用专用钢轨扣件将横梁与轨道进行紧固，最后采用轨道尺和测量仪器对轨间距、水平位置、轨向进行检查上述参数是否均达到要求，确保列车通行安全。如图5 所示。

图5 横梁安装示意图

3.4 工作坑施工

工作坑设于既有线路右侧，基坑及坑顶四周设置40×60cm 排水沟，顶进后背墙为浆砌片石墙体，砂浆强度为M10，长10m，宽1m，高2.5m。前面设置梯形截面的浆砌片石，后背梁前设置长3 根10mI45 工字钢，工字钢与每根顶柱之间再垫一块20mm 厚的钢板。

采用43 型钢轨做为滑板两侧导向墩，每根钢轨长度为150cm。工作坑滑板需与后背墙设计为一个整体，底板、地锚梁和后背梁均一次现浇连接为整体，从而增大底板与地基之间的摩擦力。同时为了降低底板顶面的摩擦系数，在底板浇筑成型后采用水泥砂浆进行抹光找平，水泥砂浆凝固后再其表表涂上一层30mm 厚度的石蜡，从而最大程度地降低框架桥与滑板之间的摩擦力。

3.5 框架涵预制

框架涵预制工作面设置时，对框架位置精确定位，确保其涵身中心轴线与底板中心线重合。预制涵身时需设置船头坡，在预制箱涵身时在涵底前端作船头坡，以便顶进时将高出涵底的土壤压入箱涵底，增强其承载能力，防止扎头[2]。

其施工顺序是：测量定位→绑扎底板钢筋→浇筑底板→养护→安装内模→绑扎边墙及顶板钢筋→安装外模→灌注边墙及顶板混凝土→养护→拆模→作箱身防水层。

3.6 路基开挖

线路架空之后，采用人工配合小型挖机开挖路基，小型农用车将挖出的土方运送在选好的场地堆放。开挖之后路基下部做木挡板防护，防护钢管间距1m。上部坡度做素喷混凝土来防护路基，边开挖边做下部木挡板防护。

3.7 顶进作业

涵洞顶进时多台千斤顶需协同配合，每个顶进点顶进行程需一致，每处顶镐的顶进方向必须平行于框架轴线方向。为确保顶镐的反向作用力能够均匀地传递至后背墙上，在框架与顶铁之间以及顶镐与后背墙之间均设置分配梁。

由于顶铁自重较大，其在安装时需采用吊车配合人工进行安装。顶铁每隔3m 需设置一道横向顶梁，从而增加顶铁的整体稳定性。在每个顶程结束后，将顶镐活塞收缸复原，然后在空挡处再填放顶铁，然后重复上述前一个顶进工序直至框架箱体顶进至设计位置。

4 顶力计算及设备选择

4.1 计算最大顶力及过程

其中：P—最大顶力；

N1—桥涵顶上荷重（包括线路加固材料）；

f1—桥涵顶上表面与顶上荷重的摩擦系数，涂机油调制滑石油膏，取0.30；

N2—桥涵自重；

f2—工作底板与下方土体之间摩擦系数，根据基底土土质情况，取0.8；

E—桥涵两侧土压力；

f3—框架桥与两侧土体之间摩擦系数，根据土质情况，取0.8；

R—钢刃角正面阻力，根据土质情况，取60t/m2；

A—钢刃角切土正面面积；

K—修正系数，取1.2。

N1为桥涵顶上荷重（包括线路加固材料）。根据线路加固设计要求经计算为120t。

N2经计算为5450t，桥上施工人员及机械设备重为5t，总共为5455t。

两侧钢刃角切土正面面积为0.2m2。

4.2 顶进设备选择

顶进设备必须满足顶进时的最大顶力和顶程，且千斤顶必须型号统一，尽可能地选择大顶程，从而提高作业效率。千斤顶配套设施如油泵、油箱及其他设施需与千斤顶配套。

目前我公司已有的千斤顶最大顶力为400t，该框架桥自重为5450t，则至少需要14 台该型号千斤顶方可满足要求，考虑到避免千斤顶满负荷作业，一般千斤顶输出顶力按额定输出顶力的75%进行计算，即每台千斤顶工作时最大顶力为300t，则共需要20 台该型号的千斤顶同时进行顶进作业。顶进设备安装完毕正式顶进前，需做预顶试验，检查顶进设备的运行状况是否正常。待检查无异常后，方可进行正式顶进作业。

5 安全质量保证措施

①施工前按照铁路局的要求进行专项方案的编制及审批，并严格执行。主要管理人员以及安全员、防护员、联络员、带班人员、工班长须经铁路局培训合格后才能上岗[3]。

②要点和开天窗施工时，合理组织和安排施工进度，防止对上道工序及相邻工程造成破坏。施工中加强安全防护并积极与相关专业协调。

③既有线路加固后，安排专人对轨间距、线路位置及轨道高差进行检查，同时检查轨道与横梁之间的加固扣件是否拧紧无松动以及横梁与轨道之间的绝缘是否良好，并且在后续每次列车经过均要重新检查。

④在框架箱体顶进过程中，采用全站仪和水准仪对箱体位置及标高进行实时监测，每个顶进周期后，检查其轴线位置及顶板底板标高偏差是否在规定范围内，当偏差过大时停止顶进，及时采取纠偏措施。

6 结束语

通过对框架桥顶进施工方案进行认真规划，对施工工序进行优化，同时对施工安全措施进行严格把控，通过上述一系列举措，不但保证了该框架桥顶进施工中既有铁路线的安全运营，而且也使得框架桥顶进后其顶板和底板标高位置符合相关要求。通过现场实际应用，该大跨径框架桥顶进下穿既有铁路所涉及的工艺和措施在施工中取得很好的效果，也为后续类似施工提供了借鉴和参考。