高速鐵路車站大跨徑框架橋頂進施工技術

2012-04-29 00:00:00王義水

建筑與文化 2012年4期

摘要：以福州至廈門高速鐵路福清車站框架橋（2×16m）施工實例，介紹了大跨徑框架橋在高速鐵路上頂進的方案確定和施工方法，總結了施工中的控制要點及注意事項。

關鍵詞：框架橋頂進施工技術

1 工程概況

2009年底，根據福清市政府提出的意見，為滿足地方道路規劃預留通道要求，2010年1月，在新建福廈高速鐵路聯調聯試期間，在福清車站DK53+849處新增設一座2×16×6.6m的公路立交框架橋并采取頂進施工，單孔箱橋兩側墻厚1.3m，頂板厚1.25m，底板厚1.35m，凈空6.6m，框架箱高9.2m，長42.46m，施工期間有試驗列車、道碴車、大型軌道維護機械通過。

2 施工方案確定

將框架橋分為頂進施工段和現澆施工兩大段。頂進段箱體長27m，分兩節，長度分別為14.6m和12.4m，兩節之間設置一道沉降縫，頂進段穿越福廈線路3、Ⅰ、Ⅱ、4道，箱體頂進長度為42.9m，兩頂進箱體端部分別距3、4道中心距為7.1m、4.9m，采用單側頂進施工將兩孔依次頂進；現澆段長15.4m，箱體端部距6道中心距為6.3m，現場需要拆除既有的6道，施工方法與一般現澆施工相同，本文略。

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3 主要技術措施

3.1 工作坑設置

3.1.1 位置確定

一般根據框架橋的結構尺寸及現場地形、地貌情況綜合考慮，通常考慮緊靠線路，便于頂進施工，但距離線路必須滿足相關安全距離。本框架橋考慮在線路左側設置，工作坑底部尺寸為40×42m，沿工作坑兩側設排水溝并在靠后背兩側設集水井，集中排水，在地面上方沿基坑上邊緣做一截水壩，以防地表水流到基坑內。

3.1.2 地基承載力檢測

通常應對地基承載能力進行檢測，根據情況進行地基處理，由于本工作坑地勢低洼，地表水為溝水，水量豐富，地段內覆土為人工填土層，經換填2m厚碎石碾壓后地基承載力大于220Kp，滿足設計要求。

3.1.3 基坑開挖

基坑開挖前在距線路路基左側邊坡腳上方1m、2m處各打入長25m的鋼軌樁，樁縱向間距為1～2m，橫向間距1m，梅花型布置。在開挖基坑靠既有線路距原地面2.5m設置一平臺，平臺寬度大于1m，邊坡按1：0.75～1：1，下面坡度為1：0.75，另基坑兩側邊坡按1：0.5放坡，靠既有線路側邊坡開挖后即進行邊坡加固防護，采用錨桿掛網噴錨。

3.2 滑板及后背梁制作

后背梁的施工應根據現場條件、地質情況、材料設備情況及強度、穩定性的要求選擇經濟合理、安全的形式，一般有樁板式、重力式或拼裝式等，本橋后背梁采用鋼筋混凝土，基礎采用2排22根直徑為1.5m的樁進行基礎加固，樁基后背梁的砼與滑床聯為整體，一起澆筑，后背梁高2.50m、寬5m，其背后采用C15混凝土回填至既有開挖面。

3.3 便梁及支墩設計

考慮在線路大、小里程端及B箱位置處沿箱橋頂進方向設置3排直徑為1.5m的挖孔樁作為便梁支墩，同時對兩側開挖面能起到臨時防護作用，每排5根，深度應超過箱橋底板標高并根據地質情況挖到持力層，樁頂設置2.0×2.0m的鋼筋混凝土承臺。其中B箱位置處的這排挖孔樁在B箱頂進過程中逐步挖除，箱橋底板以下部分采用素混凝土，以便節省砍樁時間。挖孔樁施工與滑板同步施工。

3.4 框架橋預制

3.4.1 預制箱橋分二次施工，一次是底板及側墻倒角以上20cm處，第二次施工側墻及頂板。為防止箱橋身滲水，在施工縫處預埋止水鋼板。

3.4.2 為減少頂進阻力、保證箱身在頂進過程中不栽頭，預制箱身時在箱體前端底板處預設10×50cm與箱身同寬倒角，使箱底前端形成一個船頭坡。

3.4.3 通過計算，在澆筑A箱橋時，在A箱橋頂靠B箱橋側距離箱橋邊緣1m的位置上立模澆筑支墩，該位置頂板作為B箱橋頂進時便梁的支墩，支墩平面尺寸為2.0×2.0m，支墩高度宜低于便梁底面一定距離，不能高過便梁底，以保證A箱橋順利頂進。

3.5 線路加固

框架橋施工開始前，應與線路鋪軌單位及其他相關單位簽定施工安全協議和養護委托協議。

3.5.1 線路上接觸網基礎加固：

箱橋位于兩接觸網之間，應對接觸網基礎進行沉降觀測，每天觀測兩次，發現有沉降，要停止頂進作業，啟動應急預案，對接觸網支柱進行加固，確保安全。

3.5.2 線路加固：

便梁安裝順序：應從臨近開挖出土方向的股道開始安裝，即從4道向3道方向進行，采用4套D24便梁，由大里程端和第二排挖孔樁作支墩分二次對A孔上方四股線路進行加固，A孔頂進就位后，將便梁縱移到B孔位置，改用A箱橋頂的支墩和小里程段挖孔樁作為支墩支撐便梁，在起用A箱橋頂支墩前應對該支墩所對應的框架橋頂板底部采取剛性支墩加固頂板，以減少邊墻彎矩。

便梁安裝工藝：確定鋼枕間距、挖枕木盒內道碴、穿鋼枕→搭設枕木垛→便梁平板車定位→卸主便梁→橫移至枕木垛上→平板車退出→主便梁下落→便梁就位→鋼枕聯結→挖除鋼枕下道碴、安裝剪刀撐→全面檢查緊固扣件→安裝便梁防落梁裝置（支墩上橫向頂緊）→安裝電纜角鋼托架→捆扎電纜→安裝便梁防撞裝置→安裝完畢。

3.6 頂力計算

框架橋頂進按下式計算最大頂力

Pmax=K[N1f1+(N1+N2)f2+2Ef3+RA]

式中：Pmax—最大頂力，KN；

N1—作用在框架頂上的荷載（包括線路加固材料重量），KN；

f1—框架頂的摩擦系數，經試驗確定。無試驗資料時，可采用以下數值：涂石蠟為0.17～0.34；涂滑石粉為0.3；涂機油調劑的滑石粉為0.2；

N2—框架橋自重，KN；

f2—框架橋底板與基底土的摩擦系數，視基底土質經試驗而定，無試驗資料時可采用0.7～0.8；

E—框架兩側的土壓力，

f3—側面摩擦系數，視土質經驗確定，無試驗資料時可采用0.7～0.8；

R—鋼刃腳正面阻力，視刃腳構造、挖土方法、土質試驗確定，無資料時可采用：亞粘土為500～550KN/m2，卵石土為1500～1700KN/m2；

A—鋼刃腳正面積，m2；

K—系數，一般采用1.2

Pmax=K[N1f1+(N1+N2)f2+2Ef3+RA]

=1.2[0+46600×0.8+2×0.3×19×5×27×6×0.8＋0]

=53600KN

4 頂進施工

4.1 頂進挖土

頂進的速度主要取決于作業面挖、運土及更換頂鐵的速度，由于場地限制，為加快施工進度，采取反向出土既出土運輸通道設在6道右側，與線路右側現有道路相連接，通道坡度應小于6%。

首先從頂進的相反方向開始拉槽，按1：0.5放坡開挖深7m，底寬14m的出土通道，邊坡利用挖孔樁掛網錨噴加固工作應緊隨開挖進行；然后分兩層開挖剩余基坑土方，第一層開挖土層約2.0m深，下寬14m，沿頂進方向與底層厚度2.8m土層形成4～6m臺階，底層土方由挖掘機盤運至上層平臺上，由挖掘機直接或倒運裝車出土。基底50cm及挖掘機挖不到位的邊角土方由人工進行挖除清理和平整，邊開挖邊頂進箱橋，每次進尺宜小于1m，步步跟進，直至箱橋頂進到位。

4.2 頂進糾偏

頂進過程中應及時對箱橋身中線及標高測量，以防左右偏位和箱橋“扎頭”或者“抬頭”的現象發生，應及時進行糾正。

4.3 線路恢復

每孔箱橋頂進就位后，應及時對箱身兩側及箱頂（底道碴下）處回填，箱身兩側采用級配碎石人工夯實，由于工作面小，為了保證回填料密實在回填到路基頂面時采取注漿法進行補強。同時恢復股道間排水溝，由于工期緊，事先在頂進箱橋頂部水溝位置預制好排水溝，待箱橋頂進到位后，再連接線路排水溝。上碴前在箱頂與底碴之間填充C20砼。采用標準的線路軌道底（面）碴，進行回填補充，通過大型養護機械對作業區域及兩側各50米范圍進行搗固養護，整理道床使軌道達到標準要求，方可恢復線路。

5 注意事項

(1)穿鋼軌前應先采用絕緣橡膠包裹鋼軌，在每根鋼軌下墊大塊絕緣橡膠板防止軌道電路短路。

(2)穿好鋼枕后鋪設縱梁，另一片梁要墊高出枕木面0.2m左右，以便抽換軌枕。

(3)鋼軌墊板厚不得小于10mm，斜桿不得漏裝。

(4)箱身與便梁支墩之間的鋼枕底部與道床間懸空5-10cm，防止列車荷載傳遞引起箱身與支座間路基坍塌。

(5)應在支墩承臺上預埋防落梁預埋件，主梁就位后將便梁端頭用角鋼與預埋件焊接牢固，防止便梁橫向移位。

(6)為防止懸空狀態的軌枕掉落，可考慮在鋼軌兩側鋪設普通鋼管用鐵絲將軌枕扎牢吊住。

(7)便梁底部懸掛醒目的安全警示標識，夜間掛紅色彩燈，可避免箱橋頂進開挖土方時挖掘機碰撞便梁，危及行車安全。

(8)箱橋開頂后，除列車通過時暫停作業外，應連續作業，中途不停頓，這樣頂進阻力小，對行車干擾時間少。

(9)每次列車通過后，應檢查線路及便梁加固情況。

(10)頂進時嚴禁帶水作業，應做好降水和排水工作，以增強基底承載力，如遇地質松軟區可采取換填加固措施以防“扎頭”或“抬頭”現象。

(11)為減少頂進阻力，可在頂進阻力部位增加潤滑劑。