双孔大跨度公路框架桥顶进下穿既有铁路线施工技术研究

窦晓曦 DOU Xiao-xi

（中铁十二局集团第一工程有限公司，西安 710038）

0 引言

目前我国高速公路交通网络越来越密集，新建高速公路项目也陆续展开建设，由于我国交通网络建设时间较早，使得新建高速难免会与铁路线路产生交叉。新建高速线路为减少对既有高速影响，一般多采用下穿既有铁路线路的设计，这样不但便于施工，而且后期维护简便，对铁路既有线路影响较小。但框架桥顶进下穿铁路技术较为复杂，其方案的可行性与施工能力水平直接关系着铁路线路的安全，因此必须对框架桥顶进下穿方案进行仔细研究，使得框架桥下穿就位后其平面位置、高程等满足有关要求，同时也必须要确保在整个施工过程中既有铁路线路的安全。在武深高速公路始兴联络线TJ3 合同段下穿赣韶铁路框架桥施工中，由于该框架立交桥为双孔大跨度结构设计，采用顶进式下穿至既有铁路线路，不但自重体积较大，顶进施工技术难度高，而且框架顶部距离既有铁路轨面较小，对行车干扰和安全影响大。为确保该框架桥顶进后其结构尺寸、平面位置及高程满足有关要求，同时减少施工过程中对行车的干扰，保证既有铁路线路运营安全，项目部对该框架桥顶进施工方案进行认真编排，同时对施工工序进行合理规划，对影响的管线等设施进行提前处理。通过一系列举措，不但减少了对行车的干扰，确保了既有营业线的安全运行，而且顶进后的框架桥其各项参数均满足有关要求。通过现场实际应用，双孔大跨度公路框架桥顶进下穿既有铁路线相关技术在施工中取得很好的效果。

1 工程概况

新建武深高速公路始兴联络线道路等级为高速公路，设计行车速度100km/h，双向四车道。本项目为武深高速公路始兴联络线下穿赣韶铁路框架桥工程，框架桥与赣韶铁路交叉铁路桩号为K105+044；下穿处为赣韶铁路区间路基段，铁路为正线单股道，电气化铁路，预留复线，复线线间距拟采用4.0m。

设计采用顶进两孔13.75m 的框架桥作为道路下穿铁路的通道，框架长24.0m，左右幅框架净距0.2m，框架顶距离既有铁路轨面约1.77m，设计采用对铁路轨道架空后顶进施工。顶进框架结构横断面：1.0m（侧墙）+0.75m（检修通道）+0.5（C 值）+3×3.75（车行道）+0.75（路缘带）+0.5（C 值）+0.75（路缘带）+1.0m（侧墙）=15.75m。赣韶铁路顶进框架顶覆土约1.77m，顶板厚1.1m，框架内净高均不小于5.5m，框架桥侧墙厚1.0m，底板厚为1.2m，顶板加腋采用0.85×0.5m，底板加腋采用0.3×0.3m。（图1）

图1 框架桥下穿既有铁路线路平面设计图

2 框架桥总体顶进下穿施工方案

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）

图2 框架桥顶进施工流程图

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。其主要施工工艺流程为：测量定位→管线探挖及迁改→砼锁口施工（H≥300mm）→开孔挖取→抽排水修整护壁→钢筋绑扎→支模→校正中心→浇护壁砼→养护→拆模→循环往复→到达设计深度→终孔验孔→钢筋笼制作→钢筋笼验收→钢筋笼安装→浇桩身砼。

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。

3.2 顶进工作坑开挖 铁路顶进框架工作坑设在铁路东侧，由东向西分段顶进。先顶进右幅框架桥，一次顶进就位，再将左幅框架桥二先由北向南顶进到预定位置，再由东向西顶进至韶赣铁路下。框架桥一与框架桥二工作坑在西侧平行铁路南北布置。工作坑开挖前，须先进行地下管线的探挖工作。先测量放样出基坑范围，在基坑范围内人工开挖不浅于3m 的十字探沟，摸清地下管线的类型、走向、埋深等情况。

工作坑顶周围设置60cm×60cm 的截水沟，以防地表水流入工作坑、防止地下水渗入基坑边坡土体。基坑底部四周设置60cm×60cm 的排水沟，排水沟离坡脚30cm，排水沟设5‰的纵坡以利排水。沿排水沟每10m 设置一个集水井，集水井截面尺寸为140cm×170cm，集水井比排水沟低110cm，使基坑渗出的地下水、雨水通过排水沟汇聚于集水井内，然后用水泵将其排出基坑外。

3.3 顶进框架桥预制 框架桥预制时需对桥体平面位置、顶部和底部标高进行放样，其施工主要分为三个步骤：首先是施工框架桥底板部分，在底板钢筋绑扎后浇筑至框架下倒角处，然后施工框架边墙部分，最后施工框架顶板部分。其主要施工工序为：桥位测量→底板钢筋安装→底板模板安装→底板混凝土浇筑→边墙钢筋安装→边墙模板安装→边墙混凝土浇筑→顶板支架安装→顶板底模安装→安装钢筋→浇筑混凝土→端部刃角安装→防水层施工。（图3）

图3 框架桥预制支架体系布置图

3.4 D 型钢便梁安装 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）

图4 钢便梁安装示意图

3.5 既有铁路线下开挖及支护 顶进按框架顶部无覆土，带侧面土状态顶进。每掘进进尺控制在30cm。待框架顶进并将刃角插入土体30cm 后，才能进行下一进尺的开挖。开挖时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。

3.6 下穿铁路框架桥顶进施工 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 顶力计算及设备配置

顶力计算：P=k[N1f1+（N1+N2）f2+2Ef3]

式中：P－最大顶力（t）；k－系数，取k＝1.2；

N1－涵顶上荷载（t），由于采用架空顶进，故该项为0；f1－涵顶部表面与顶部荷重之间的摩阻系数，取f1＝0.3；

N2－框架桥自重（t），N2＝QL＋10（t），式中Q 为单位长度涵身自重（t/m），L 为顶进涵长（m），10（t）为机具、人群、刃角以及未能及时运走的土重等施工荷重；

f2－框架桥底板与基底土摩阻系数，取f2＝0.8；E－框架桥两侧土压力（t）；

E=2×（γ×h×Ka）由于采用架空顶进，故该项为0；

f3－侧面摩阻系数，取f3＝0.8。

由于在框架桥顶进时用D16 型施工便梁架空线路，并且采取边开挖边顶进，顶上及两侧土压力比较小，从而N1忽略不计。则计算简化为P=k（N1+N2）f2=1.2×（3680.4+10）×0.8=3533.2t，故，需配备500t 千斤顶8 台。

5 安全质量保障措施

①框架桥顶进时要严格注意施工时间段，当列车通过时严禁施工，同时顶进时顶进设备周边严禁站人，防止出现意外伤人。②孔口作业人员必须拴挂好安全带，井底的作业人员与上部的人员要采用对讲机保持联系，如遇见异常情况，井底人员通知上部人员，以便及时采取相应措施。③在施工过程中，铁路股道应双向设置防护并24 小时巡视，观察和检查线路路基变化情况，以及线路加固设备的变化及稳定情况，发现问题及时进行养护和加固，确保行车及施工安全。

6 结束语

通过对该框架桥顶进施工方案进行认真编排，同时对施工工序进行合理规划，对影响的管线等设施进行提前处理等一系列举措，不但减少了对行车的干扰，确保了既有营业线的安全运行，而且顶进后的框架桥其各项参数均满足有关要求。经现场实际应用，该双孔大跨度公路框架桥顶进下穿既有铁路线相关技术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。