顶进框架桥下穿既有铁路施工技术分析

王月

摘要 文章以叶赤铁路扩能改造工程K37+293双孔12 m顶进框架桥为依托，阐述了框架桥的顶进施工技术，对顶进施工准备、顶进过程与顶进质量控制措施等进行了详细介绍。该桥采用大开挖顶进法，在整个施工过程中，既要确保铁路线路的安全，也要保障框架桥工程的施工质量。实践证明，这一工法行之有效，技术可实施性强，为工程顺利推进奠定了基础，也为以后的同类工程提供了参考。

关键词 框架桥；顶进技术；下穿铁路；质量控制

中图分类号 U445.462文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）03-0034-04

0 引言

在以往的铁路建设中，由于受场地设计因素的制约，使得一些公路与铁路出现了平交道口，随着铁路运输事业的发展，平交路口存在的交通安全隐患这一问题也凸显出来，且影响通行效率。要解决这一问题，需将平交改为立交，即采用预制箱体顶进施工法下穿铁路，在不影响既有铁路正常运营的情况下进行施工。

1 工程概况

K37+293顶进框架桥位于内蒙古自治区宁城县天义镇境内，既有道口里程为K37+220，该次改造将原道口K37+220平交道口封闭，在K37+293处新建2孔12 m顶进框构桥。顶进框构桥共下穿3条股道，下穿叶赤线及2条铸件专用线，结构全跨度（铁路方向）为26.7 m，净宽24 m，净高4.5 m，该框架桥中心线与叶赤铁路交角为90 °，顶进工作坑设置在铁路东北侧，由东北向西南顶进施工。如图1所示。

K37+293框架桥采用大开挖顶进法，即在铁路线路一侧设置工作坑，在其底板上预制好框架涵身及后背，然后用千斤顶作用于后背顶推箱身前进，随挖随顶，将箱身顶到预定位置。

2 框架桥顶进施工技术

2.1 框架橋顶进前准备工作

K37+293顶进框架桥主体结构已提前完成预制，由安质部负责对施工人员进行安全教育与安全技术交底，做好各项记录，并与供电段、电务段、工务段等设备管理单位做好现场对接，对需要迁改及防护的管线进行现场确认，并对迁改方案达成统一意见。

2.1.1 劳动力、机械设备及应急物资的准备

顶进前项目部召集所有参建人员，进行统筹安排，人员、机械设备、车辆、观测仪器等是否满足施工需要，施工用电及其线路检查、应急物资是否到位，将责任落实到人。

2.1.2 顶进设备的检查

电源电压是否符合要求、插头和电缆是否有破损、开关和保险装置是否正常；高压油泵、千斤顶等压力实验是否合格、压力能否达到规定标准、油管和油嘴是否漏油、控制阀门是否灵活、油箱油位是否充足；顶铁的型号、长度及数量的配置是否满足施工要求[1]。

2.1.3 观测点设置

观测点设置在后背墙的受力影响范围之外，同时配置防雨照明设施。在箱体顶板前、后端各设三个水平观测点，用于测量框架涵高程和水平偏差，在箱体前后端顶板立面上画出中线点和标尺，用于测量方向偏差[2]。如图2所示。

2.1.4 启动试顶

试顶工作一般以顶动框架涵移动0.3 m左右为宜，试顶时，顶力最好控制在桥涵自重的0.4～0.8倍左右，但刚开始需慢慢加压，每个阶段加压后等待5 min，然后检查设备、滑板、后背墙、涵体等部位是否正常，正常后再继续加压，直到框架涵开始移动为止，试顶完成后，需全面检查设备和结构，没问题后再进行顶进作业。

2.2 施工流程

下达封锁命令—拆除钢轨、灰枕—土方开挖、外运—涵身顶进施工—涵身两侧回填级配碎石—恢复线路—其他附属工程。

2.2.1 封锁命令下达及断轨

封锁命令下达后，按照铁路部门的技术规范要求，先断轨，拆掉连接钢轨的扣件，然后把钢轨、灰枕移走，断轨完成后，立即对路基进行开挖，同时顶进施工队也开展顶进的相关工作。

2.2.2 土方开挖

（1）线路开挖前，对施工区域内探明的各种管线进行迁改，对不能迁改的按照设备管理单位要求进行架设，做好防护工作后开始施工。

（2）技术人员根据工作坑及框架涵尺寸测量开挖线，用白灰做好标记，并在开挖线外侧1.5 m处安装钢管临边防护，高度1.2 m，间距3 m，竖杆长2 m，打入地面下0.8 m，采用扣件连接，栏杆搭设要稳固、牢靠，栏杆外侧用密目网封闭。

框架涵的顶进速度主要受挖土和运土效率的影响，因此，挖掘作业要使用机械化设备，比如挖掘机、装载机等，工人协助机械进行挖掘和装载出土，自卸汽车运输土方，机械化作业配合人工，提高了整个顶进的速度。

开挖顶进前方的土方时，设计标高300 mm内由人工清挖，禁止超挖。

由于受地理条件限制，在封锁命令下达后，施工前期使用两台挖掘机从线路西南侧进行土方挖掘作业，配合运输车将挖出的土方运离现场。待后期随着工作面的扩大，配备4台挖掘机同时开挖，加快施工进度。

挖方出土后，测量开挖的底平面，严禁进尺超挖和底平面土方欠挖。每班开挖进尺约0.5 m，坚持“短进尺，快开挖，勤顶进”的原则，并控制开挖土方数量，防止路基出现塌方等灾害。土方开挖现场如图3所示。

2.2.3 框架桥正式顶进施工

该框架桥自重约11 344 t，根据设计图纸显示：框架桥最大顶力61 613.658 kN，设计顶程42.95 m，顶进挖土约7 364 m3，共用时间43 h进行顶进施工，后背采用浆砌片石后背墙及钢筋混凝土后背梁。

（1）顶进后背。顶进后背由M10浆砌片石后背墙、钢筋混凝土后背梁、后背钢板（Q235钢板、厚20 mm）、后背自然土四部分组成，并在后背墙顶部放置砂袋反压回填。浆砌片石后背墙长28.7 m，宽4 m，高4 m，后背梁采用C25钢筋混凝土浇筑，长28.7 m，宽1.2 m，高2 m，并在后背梁靠近框架身侧预埋Q235钢板，为保证后背整体受力，将后背梁与滑板钢筋相互连接，使之连接为一个整体，后背梁深入地下0.8 m，外露1.2 m，后背梁、后背墙在框架桥顶进就位后拆除。

（2）顶进设备布置、安装及调试。顶进施工设备一般由两部分组成：一是动力部分，包括千斤顶、高压油泵、高压油管、高压阀门等；二是传力部分，包括后背、传力柱、横梁等[3]。

根据设计图纸提供的最大顶力确定顶进设备，并备用千斤顶。已知框架最大顶力为61 613.658 kN，采用500 t液压千斤顶。需要配备的千斤顶的台数为N=Pmax/（nt）=61 613.568÷（500×9.8×0.7）≈18（台）。为了保证顺利施工，备用2台设备，故该框架桥共需千斤顶20台。

顶进设备以框架涵中心线为轴线，两侧各布置9台千斤顶，如图4所示。

（3）顶进施工。顶进施工分为两个阶段进行，第一阶段为线路外侧滑板到路基刷坡坡脚位置的空顶阶段，第二阶段为既有线铁路下方“吃土”顶进阶段。

当箱身在工作底板上未到达路基坡脚位置时（空顶阶段），顶进程序如图5所示。

当箱身与路基接触后（破土顶进），顶进程序如图6所示。

顶进时启动液压站，向油缸提供高压液压油，液压油进入千斤顶液压缸，推动活塞杆向前移动，使千斤顶受到液压产生顶力，推动框架不断前进，顶程通常为800 mm。框架桥前进后，液压油倒流，千斤顶活塞回收，并安装顶铁，然后进行下次顶进，重复上述步骤，直至框架桥体就位。如图7所示。

当土方开挖接近框架涵底面时，应预留开挖面高于涵体底面5～10 cm，如土质较为松散，则应提高开挖底面的高度，涵体两侧应采用垂直开挖的方式，开挖形成的坡面应平整齐全，不可出现逆坡。涵体两侧应有一定程度的欠挖，欠挖的原则是保证两侧切入原有土层至少10 cm，以使框架涵能够顶进切入两侧土层。

（4）测量观测。顶进测量是顶进施工中的重要環节，直接关系到顶进施工的成败，整个顶进施工过程中，测量信息传递要准确、及时、快速。顶进过程中要对顶进的时间、距离、顶力、油表的读数，千斤顶开动的数量、高程、中线等进行记录，为下一次挖土顶进时采取纠偏的措施提供依据[4]。

顶进期间测量观测分为白班和晚班2组，两班交接时，对相关的测量数据及顶进施工情况，要进行详细的记录，形成书面资料。

（5）顶铁的安装、调换及横梁安装：顶铁采用4根旧钢轨焊接而成，两端焊接厚20 mm的钢板，其长度规格有：20 cm、25 cm、30 cm、40 cm。该项目采用的传立柱也是由旧钢轨和钢板组焊而成，其长度规格有：4 m、1.5 m、1 m、0.8 m、0.5 m。当顶程大于4 m时，要用长立柱更换短顶铁，同时，在传立柱前端安装横联梁，为防止顶铁接长以后产生向上拱起，可以采用加压砂袋或土方的方式进行加固。

2.2.4 框架桥两侧回填级配碎石

顶进过程中框架桥两侧少量吃土顶进，顶进完成后两侧若有空隙采用回填级配碎石，并在框架桥两侧12 m范围内进行压浆处理，对于顶进过程中路基出现的空隙进行封堵，以提高承载力，使其更加坚固。

2.2.5 线路恢复

线路恢复时先回填底砟，采用人工配合机械的方式进行摊铺，压路机碾压，保证底砟的摊铺厚度。同时，在线路后方按照设计要求，由人工配合机械组装轨排，轨排铺设到位后，铺设面砟，并用捣固机进行捣固，捣固完成后进行钢轨焊接，钢轨焊接完毕，测试合格后，再次进行捣固。

线路恢复完毕后，安排专人对线路内施工遗留的杂物全部清理干净，经设备管理单位验收合格后，方可开通线路。

2.2.6 其他附属

框架桥顶进到位后，施工桥上栏杆、电缆槽、框架桥排水设施，安设挡碴块和挡碴网等附属工程。

3 顶进质量控制措施

框架涵顶进时，涵身的高程和轴线方向容易出现偏差，在顶进过程中要特别注意，一旦发现问题应立即纠正，确保其符合规范要求。

3.1 顶进轴线纠偏方法

（1）可以通过调整涵身两侧千斤顶的数量，改变其顶力的大小来达到纠偏的目的，但是不可一步纠正到位。

（2）当涵身斜度较小时，可通过调整轴线两侧的油压来达到纠偏的目的。

（3）通过涵身两侧土体的超、欠挖来进行纠偏，例如，当土体偏向左侧时，多挖左侧土方，减小左侧的阻力可达到纠偏的目的[5]。

3.2 顶进高程纠偏方法

（1）当涵身高程偏高的时候，可在底板前方超挖些土方，使其涵身逐渐调整归位；当因挖土宽度不够，或侧板切落土方较多而造成底部切土量过大，抬高涵身时，应按断面挖土到位，减小侧板切土土方量，及时清除塌落的土方。

（2）当涵身高程偏低的时候，顶进过程中产生扎头现象，可通过增大侧板的切土方量，并加大墙体附近船头坡的吃土量，以达到纠偏的目的，也可通过在底板前浇筑速凝混凝土或者换铺碎石、混凝土碎块等进行纠偏。

4 结语

框架桥顶进施工是当前铁路改造常用的施工技术，尤其适用于既有铁路线的改造，该文对叶赤铁路扩能改造工程k37+293双孔12 m顶进框架桥工程施工顶进技术进行了研究，通过科学合理地运用顶进技术，既保证了既有线路的正常运行，又有效解决了既有线路和地方线路的交叉问题，并最大限度地降低了对铁路运输的影响。

参考文献

[1]高志超. 高速铁路既有线下顶进桥涵施工技术[J]. 工程机械与维修， 2023（1）： 219-221.

[2]贾立宇. 框架桥顶进施工技术研究[J]. 工程建设与设计， 2022（10）： 174-176.

[3]徐斌， 李若铭. 下穿既有铁路框构桥顶进施工技术研究[J]. 黑龙江交通科技， 2022（4）： 105-107.

[4]刘振彪. 浅析既有铁路线顶进箱涵施工技术[J]. 中国高新科技， 2021（19）： 34-35.

[5]高东坡. 软弱地层框构桥顶进施工技术要点分析[J]. 交通世界， 2021（35）： 90-91.