某樁基礎鐵路營業線頂進涵的頂進方案選擇

任雪峰

(中鐵十六局集團有限公司第二工程公司，天津 300162)

0 引言

鐵路營業線的橋涵改造施工，常常采用預制頂進的辦法，能有效的節省工期，減少路基暴露時間。頂進作業根據實際情況有空頂和切土頂兩種實現辦法，各有利弊。

1 工程概況

邯濟鐵路復線工程中的某車站改造，設計增設一座旅客地道，采用預制頂進的方法。在車站南側臨時征地預制，向北側垂直線路頂進，穿越既有線的站內3股道。頂進涵身長26.14 m，頂進距離45 m。涵身高5 m、寬7.7 m，涵頂到路基面1.3 m。設計涵身底部有60 cm厚的墊層，墊層下為樁基礎。

本頂進工程的特點在于，雖然頂進中的路基填筑土密實度很好，但是地基地質情況為粉土夾雜粘土層，設計單位認為必須做地基處理，采用了6 m深的高壓旋噴樁基礎加砂夾碎石、混凝土墊層方法，雖經多次討論不能更改。因此如何在頂進方案中實現地基處理是關鍵問題。

原設計方案為切土頂進，施工時經比較權衡改為空頂，大幅縮短了工期，同時也保證了施工過程順利和安全穩定。

2 切土頂進施工方案與空頂的利弊分析

設計方案為切土頂進，并且前期業主現場調查時曾要求為保證線路穩定，必須采用切土頂進。并且設計單位明確地基處理措施不能更改。因此一開始制定了邊頂進邊施工地基的切土頂進方案。

2.1 施工步驟

切土頂進施工流程如圖1所示。

圖1 施工流程圖

2.2 涵洞預制

預制位置在路基南側(北側被其他工點占用)，盡量靠近路基坡腳，又在鐵路工務部門的要求下不能侵入坡腳過多。滑板鋪設時盡量向頂進前方延伸。滑板表面設2%的抬頭坡，減少扎頭的不良影響。

在涵身頂進方向前端安裝鋼刃腳。鋼刃腳為20 mm厚鋼板結構，分頂部、左、右側三部分，其中頂部伸長1.5 m。除了切土，在頂進中能起到棚護作用。

涵身前端底板澆筑出長30 cm，高5 cm的船頭坡，防止頂進中擠住墊層相接形成的錯臺。

2.3 頂進工序循環

在頂進工序中，根據涵洞高度和孔徑，岀于確保安全的考慮，工人只能在鋼刃腳下方作業，因此計劃每循環的進尺距離為1.5 m。在每循環中，要依次完成開挖、打樁、挖樁頭、設砂石墊層、澆混凝土墊層、等待墊層上強度、頂進，共7道工序。

1)開挖工序。涵洞外高度4.9 m，墊層厚0.6 m，涵頂覆土厚1.34m，開挖高度 H=4.9+0.6+1.34=6.84m;寬度7.7m，不考慮放坡塌方時估算開挖斷面積為45 m2，每1.5 m進尺土方67 m3，總共出土數量2 000多平方米。人工開挖進度太慢，但是涵洞凈高僅為3.4 m，大型挖掘機臂長又無法在涵內施展，開挖只能采用斗容0.3m3左右的小挖掘機，并且小挖掘機也不能在涵內裝車，只能挖松土后開出涵洞，再進裝載機運土。2)樁基施工。打樁所用的高壓旋噴樁機最小工作高度為2.8 m，可以在涵洞內作業。所需泥漿池、水池等的布置位置可以增加臨時征地解決。3)砂石墊層施工采用小型振動夯機按20 cm分層夯實可以達到要求。混凝土墊層施工時，采用裝載機運混凝土至洞內。由于施工準備時已經是10月份，工期內氣溫將不斷下降，墊層混凝土達到強度的時間變長，按5 d考慮。

2.4 頂進后工序

頂進就位后涵頂回填路基表層填料，預留注漿孔，做壓力注漿。

2.5 方案優劣分析

涵洞頂進距離為45 m，每循環進尺為1.5 m，需要30個循環完成。每個循環的完成時間為:開挖和出土需要1 h;打樁:樁機移位0.5 h，每根樁長為6 m，按提鉆深度每分鐘20 cm計算需要30 min，考慮移鉆和鉆入時間每根樁的施工時間為45 min，平均每進尺有樁15根，共需要11.5 h。靜止24 h后挖樁頭，挖樁頭時間(機械移位、挖土、運土時間)1 h，澆筑混凝土及連接鋼筋(為防止墊層被頂進拖斷開)施工時間為3 h，混凝土墊層承受頂進摩擦力，其養護時間至少為5 d。合計每循環時間為6.7 d，總共需要6個月。6個月的工期無論是施工單位還是業主均難以接受。而且循環工序步驟復雜，使用的機械多樣，需要多個工班協同作業。每個工序都必須提前準備到位才能不影響進度，存在一定的組織難度，工期拖延的風險比較大。采用切土頂進的優點在于利用鋼刃腳擋土，開挖面積小，對既有路基的影響小。但是本涵頂部覆土厚度僅為1.3 m，跨度卻為7.7 m，開挖過程中頂部極有可能自然塌落，是無法穩定的。根據鐵路安全規定，頂進涵頂及兩側無論如何施工最后都應注漿。對本工程而言切土頂進方案的優勢不明顯。考慮頂進過程中的墊層穩定性。墊層混凝土為多次分節澆筑，整體性差，在洞內作業，頂面標高難以控制準確。墊層下為砂夾碎石，一旦墊層混凝土斷裂，頂進涵勢必會在砂石層上滑行，將難以處理。

2.6 空頂施工方案的缺點對應分析

現由于工期原因選擇空頂方案，這樣墊層可以一次施工完成，能從根本上縮短工期。現在關鍵問題轉為如何最大限度的保證路基穩定。經討論，兩側開挖面采取直立削角的形式，充分利用原有的路基填筑土的密實性，即下部采用接近直立放坡，頂部1/3高度削掉坑沿。同時將暴露的坡面以及便梁支點樁處的路基面噴漿封閉，有利于觀測裂縫和防雨水沖刷(圖2為按實測比例畫的開挖斷面穩定情況圖)。

圖2 開挖穩定分析圖

采用空頂施工方案可以利用整體澆筑的混凝土墊層當滑板，減少頂進糾偏風險。

土方作業機械不必通行于狹小的涵洞內部，可以采用大型機械，以提高效率。

回填質量保證技術措施:涵洞就位后，涵頂離線路結構只有1.3 m高，無法進行填土夯實等常規施工。路基表層要求填碎石土，受便梁阻礙難以施工。用混凝土填雖然易于施工填充，但在路基表面形成不透水硬殼不利于線路穩定。方案中采用石粉為主要回填料。因為在此工程中，石粉能體現出其抗壓強度高、材質均勻、可塑性好、易于填充邊角部位、滲水性好等優點。

3 空頂施工方案

空頂施工工序:

涵洞預制和便梁架設→開挖出土→樁基→墊層(滑板)→頂進→回填→拆除便梁。

3.1 開挖

在完成涵洞預制和便梁架設以后，立即進行開挖。因挖掘機臂長不足，在邊坡上挖出平臺，將大型挖掘機停放在平臺上開挖，將土甩在身后路基之外。待線路下挖夠空間后再開到線路之下繼續向前開挖。線路的另一側同時布置機械進行開挖。

3.2 樁基

開挖完成后立即打樁。由于工作面加大，可以增加樁機數目同時作業，在3 d內完成全部410根樁施工。

挖樁頭，出土加清理基底用1 d時間。

3.3 墊層

墊層設計為C25混凝土結構，將其按滑板要求施作。滑板取消沉降縫，澆筑成整體。滑板厚度20 cm，在滑板中夾一層鋼筋網片，加強連接，鋼筋網片位置設在距滑板上表面5 cm處。鋼筋網片使用螺10鋼筋，間距15 cm方格布置，縱筋接頭用焊接連接。

滑板施工時嚴格控制其頂標高為水平面，不可出現上坡。若上坡則增加頂進阻力，會加劇滑板在頂進中斷裂跟隨走的危險。設計為水平面，實際控制滑板標高時設2‰下坡，以抵消施工誤差。滑板表面涂石蠟滑層。涵身頂進就位后，先在涵背兩側回填C15混凝土封底，厚度達到涵身底板，加強涵身穩定和阻水。然后回填石粉摻水，頂部注漿。

3.4 回填石粉

石粉采用普通巖石粉即可，價格低廉，最大粒徑不超過5 mm，0.15 mm以下質量不少于30%。其優點是沉降量小，遇水板結，長期抗壓強度高。而且其材質均勻，對夯填的施工工藝要求低，利于快速施工。使用手推式汽油振動夯機逐層填筑夯實，每層石粉填20 cm～25 cm厚，每填50 cm左右均勻灑一次水，加速石粉的沉降和板結。灑至表面積水后待其自然滲干。

在回填最上層時，空間有限，工人已經無法進入。將石粉從便梁上枕木間空隙倒下，仍能易于填充空隙。使用振搗棒從空隙中插入振動，使石粉充分密實，同時灑水。石粉中預埋不同深度的PVC注漿管，在回填完成后注漿。

4 實際效果

4.1 工期

在完成便梁架設后，實際于4月10日開始開挖，使用大挖機兩臺，小挖機一臺，在線路兩側便梁防護下同時開挖，4月13日開始施工樁基礎，4月15日澆筑墊層，4月21日開始頂進，順利就位。經驗收合格后，在涵身兩側澆筑C15混凝土。然后在C15混凝土上分層填筑石粉，4月25日回填完成，總工期為半個月，圓滿的按期完成施工任務。

4.2 路基穩定

期間開挖面暴露時間達12 d，每天24 h有人監視開挖面穩定情況和便梁支點樁位移觀測。便梁支點沒有明顯位移，可見未受到開挖影響。只是在開挖面暴露第8天時，路基土長時間受列車振動影響，在路基面上距坑沿1.5 m處沿坑出現貫通裂紋。用人工沿裂紋將路基土削角挖掉，卸載土層之后一直穩定。

4.3 線路穩定

便梁拆除后，觀測行車中的線路沉降情況，隨時補碴整道。拆除后7 d內軌面標高有沉降，最初沉降量較大，然后逐漸減小，7 d后穩定不再下沉。7 d的累計沉降量為11 cm。最終結果各方都表示滿意。

［1］ 王 娟.管涵下穿鐵路既有線頂進施工方法［J］.中小企業管理與科技(下旬刊)，2011(2):11-15.

［2］ TB 10303-2009，鐵路橋涵工程施工安全技術規程［S］.

［3］ 鐵建設［2008］14號，改建既有線和增建第二線鐵路工程施工技術暫行規定［S］.