道口平改立工程框架涵頂進施工中高程失控的防范

陳文輝 蕭甬鐵路電氣化改造工程建設指揮部

蕭甬鐵路地處寧紹濱海沖積平原，沿線經濟發達，工廠企業密布，人口密度大,為雙線Ⅰ級鐵路。設計最高時速為120km/h,后經提速改造后達到160km/h。2006年經鐵道部批復對蕭甬鐵路實施電氣化改造，并同步對沿線74處道口和人行過道實施平改立工程，以實現全立交、全封閉的目標。為減少施工對既有線行車及運輸的影響，道口平改立工程一般都采用頂進法施工，即在既有鐵路線的一側開挖工作坑，現澆滑床扳，在滑床扳上澆注框架箱涵，修筑后背，同時進行線路加固，安裝頂進設備頂進框架橋涵（見圖 1）。

圖1 橋涵頂進施工法示意圖

但由于蕭甬鐵路地質條件復雜，為典型的軟土地基，具有天然含水量大、壓縮性高、透水性差、抗剪強度低等特性，施工頂進時很容易產生高程失控現象，使得框架橋就位質量難以保證。針對這一問題，結合工程實踐及有關技術理論，本文總結了部分頂進涵施工的體會，并從施工工藝方面分析了頂進過程中預防框架橋高程失控原因及預防控制措施。

1 框架橋頂進過程中發生扎頭現象的原因

在頂進施工中，框架橋由于下部支撐情況發生變化而導致框架橋體高程位置變化，并隨著施工的進行而以抬頭或扎頭現象表現出來。發生抬頭或扎頭現象若得不到及時處理，必然超過設計及規范要求，甚至影響正常使用。因此，在了解框架橋可能發生抬頭或扎頭現象的原因后，預先做了處理，這樣框架橋就位后就不至于出現超標的現象。根據現場實際調查分析，高程失控可能出現的部位及原因為：

(1)施工處地基承載力不一致是可能出現高程失控現象的原因之一。因此，施工中要注重地質報告，并在開挖過程中隨時注意土質變化及地基承載力的檢測。如頂進通道斷面前后地基承載力差異很大，框架橋就會在這個地方因受力不均而容易產生抬頭或扎頭。由于蕭甬線沿線地質條件為典型的軟土地基，土質多為粘土或淤泥質粘土，故設計時，一般都在基坑底部采用水泥攪拌樁復合地基加固處理。線路下部及兩側由于施工條件的限制，采用旋噴樁地基加固處理。兩種地基加固處理方式的不同，造成兩處地基承載力的變化，致使抬頭或扎頭現象出現的可能性很大。

(2)當地質情況明確后，框架橋在頂進過程中，需要注意每次挖土底面的坡度和吃土量。如果框架橋底板超挖，框架橋就容易發生扎頭現象。如忽略這些細節并在施工中未采取措施，必然會給以后頂進施工造成難度。

(3)框架橋在滑板上行進及框架橋剛下滑板時，由于船頭坡的緣故，一般會出現抬頭現象；當框架橋有1/3下滑板時，框架橋會因重心遷移，出現抬頭變緩的現象；當框架橋2/3下滑板后，框架橋重心就會落在土上，此時，被動土壓力的合力F形成的合力矩F×b一般就會小于框架橋自身的重力形成的力矩G×b,框架橋就會向前進方向傾斜而找到新的平衡點，因而出現扎頭現象（見圖2）。

圖2 框架頂進過程力矩平衡示意圖

上述現象均屬施工中的正常現象，但其扎頭應有一個限度。超過這個限度，就表明框架橋已經不在受控狀態，需要采取措施來調整框架橋狀態。因此在整個頂進施工過程中，需要勤測量、勤分析測量數據，準確掌握框架橋的動態數據，并準確預測框架橋以后的狀況。如發現扎頭現象并有加劇趨勢，可使框架橋吃土量增加，并將挖土地面標高抬高；如趨勢比較穩，就需繼續觀察；如趨勢變緩，說明框架橋行進正常。

(4)在采用機械出土時，箱體底板容易發生超挖而發生扎頭現象。因此，在利用機械出土時，底板挖土保留20cm～30cm采用人工清底。

(5)在雨季施工時，容易出現框架橋水倒灌而出現涵頭基礎被浸泡，造成涵頭地基承載力降低。如果對浸過的土不采取措施并繼續頂進，框架橋容易發生扎頭現象。因此，在雨季施工時，要采用短掘短頂方法，并注意涵內降、排水，保證基坑內無水干燥。

(6)刃腳邊外框尺寸出現誤差或刃腳安裝不當，增大了頂進阻力，也可能出現抬頭或扎頭現象。

2 施工中的預防措施

(1)設計單位應在施工條件允許的情況之下，盡可能采取相同的地基加固處理辦法。確因條件所限必須采用不同的地基加固方法的，應將設計地基承載力取值盡可能相同或相近，并設置相應的過渡段，以免地基承載力的突變而造成扎頭現象。

(2)核對地質情況。在施工過程中，要核對設計單位提供的頂進箱涵地點的地質資料，并檢測框架橋滑板下地基承載力是否能滿足設計要求。若地質條件與設計不符或地基承載力達不到設計要求，由設計單位進行設計變更。如可以采取換填等辦法，以免箱涵頂進重心在移出滑床板端部時箱體前傾、扎頭。

(3)做好施工中的防水措施。框架橋頂進時，掌子面內必須保持干燥無水。如遇地下水位高的情況，必須采取措施把水位降至底板以下0.5m，以免帶水頂進造成基底土質軟化，以致箱涵扎頭。

(4)合理設計滑板仰坡和框架的船頭坡。在框架橋預制時預留滑板仰坡，利用船頭坡，將高出部分土壤壓入箱底，以防框架在頂出滑床板時因支撐條件的變化造成扎頭。根據經驗，滑板仰坡一般取5‰左右，主要視土質情況而定。土質密實且開挖得當，取5‰即可；土質松軟、含水量大，坡度應略微放大，一般以8‰為宜。船頭坡一般采用1：10的坡度。

(5)檢查刃腳外邊框尺寸及安裝的正確位置，以減少頂進中的阻力。

3 處理高程失控現象的措施

頂進施工中雖然采取了上述預防措施后能減少高程失控現象的發生，但由于實際施工情況復雜多變，高程失控現象也在所難免。出現失控現象后，可以采取如下措施進行糾偏。

(1)頂進施工中，框架橋如發生扎頭現象，一般可以采用增大吃土量、改善土質（換填碎石）、往框架底塞廢棄混凝土枕等方法將其調整到正常狀態。相反的，出現抬頭現象，可以采用超挖的方法進行調整。具體超挖多少，要根據現場地質條件、抬頭量大小等因素決定。

(2)扎頭現象還可以通過打混凝土帶來調整。如發現扎頭現象時框架橋體離到位還有一段距離，施工中可以采用打混凝土薄帶來逐漸調整；如距離很短時，可采用打混凝土通帶方法來調節。

混凝土薄帶，一般為3×2(m)、厚度在50cm左右的混凝土帶。一般分別設置在框架橋頭兩邊，中間用碎石換填。在混凝土薄帶中一般設置兩根短軌（長度深入框架橋內50cm，軌底朝上）來減小混凝土帶與涵底的摩擦，防止頂進中混凝土帶跟隨框架橋一起向前移動。根據情況，可以在混凝土帶中增加錨固墩來加強帶與土的結合。頂進過程中發現土質有變化，混凝土帶的厚度和大小可以做調整。

混凝土通帶，適用于要求在較短時間內將框架橋體姿態調整的情況。混凝土通帶一般為長度與涵跨度相當、寬度在2m～3m、深度在2m以上的混凝土構造物。為了加強其整體性，一般配設鋼筋。混凝土通帶一般設計成反楔型，防止在頂進中隨框架一起移動。混凝土通帶可在短時間內將框架橋體調整到要求，并在以后頂進中提供一個支點。

(3)當地質情況很差，在根據設計要求改良地質框架橋體到位后尚不能滿足使用要求時，在最后幾頂（2m左右）可以先用千斤頂將框架橋體頂起，而后用木枕支撐框架橋，再往框架橋體與木枕架之間安置鐵板，然后繼續頂進。其具體方法如下：首先在涵尾、邊墻及中心分別挖三個基坑，澆筑鋼筋混凝土，將兩個千斤頂安置在邊墻下方，并在基坑周圍擺放支撐用的木枕和鐵板。當千斤頂向上頂時，要隨時注意框架橋的變化。注意施工中須頂高一點以預留一定的沉降值。

4 結語

隨著高速鐵路時代的到來，由于橋涵頂進施工法具有對鐵路運輸干擾少的特點，已逐漸成為鐵路既有線道口平改立、增加公路下穿式立交通道中的一種主要施工工藝。為此，我們在施工中應注重施工方法和工序控制，加強頂進的過程監測和控制，并及時采取措施糾正高程失控現象，以確保箱涵頂進就位后的高程符合設計和規范的要求。