箱涵下穿既有鐵路干線施工技術(shù)

韓宜康 芮寧斌

箱涵下穿既有鐵路干線施工技術(shù)

韓宜康 芮寧斌

摘 要：下穿既有鐵路干線立交工程常采用預(yù)制箱涵整體頂進(jìn)技術(shù)，其最大的優(yōu)點(diǎn)是在保證鐵路線路安全運(yùn)營(yíng)的前提下，直接用頂進(jìn)設(shè)備將在工作坑預(yù)制好的鋼筋混凝土箱涵頂入鐵路路基，形成下穿鐵路的立交工程。文章結(jié)合黃家圩路拓寬改造工程，主要研究了箱涵下穿鐵路干線立交工程施工方法和關(guān)鍵工序，并提出了有關(guān)施工工藝和措施建議。

關(guān)鍵詞:箱涵；下穿既有鐵路；施工技術(shù)

韓宜康：南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，江蘇南京 210037

1　工程概況

黃家圩路拓寬改造工程位于京滬鐵路南京火車站西側(cè)咽喉區(qū)位置，工程全線長(zhǎng)244.8 m，全部位于直線段。改造工程道路里程K1+112.61處與鐵路京滬線里程K1 150+155.21處相交，交角89.84°。工程采用預(yù)制箱涵下穿10股既有鐵路線，施工工藝復(fù)雜、涉鐵協(xié)調(diào)難度大，對(duì)施工中防污染、噪聲、振動(dòng)等要求較高，文明施工及環(huán)境保護(hù)要求嚴(yán)格。工程場(chǎng)地孔隙潛水和孔隙微承壓水豐富。

2　主要施工方法

工程采用線上方架設(shè)D24型便梁加固，線路下方采用8 m+16 m+16 m+ 8 m 4跨箱涵整體頂進(jìn)的施工方法進(jìn)行，箱涵在頂進(jìn)工作坑內(nèi)預(yù)制而成。

2.1工作坑降水及開挖

本工程箱涵頂進(jìn)工作坑基底位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，局部土層夾雜薄層粉砂，地質(zhì)條件差，承載力低，地下含水量豐富。頂進(jìn)工作坑開挖面積大，工作坑面積達(dá)到4 400 m2，根據(jù)工程地質(zhì)及水文情況，頂進(jìn)工作坑設(shè)計(jì)采用φ60 cm高壓旋噴樁作止水帷幕，工作坑范圍內(nèi)布置管井，間距15 m，井深15 m，管井采用φ60 cm無(wú)砂混凝土管。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察，項(xiàng)目部決定將工作坑布置在京滬線南側(cè)，采用明挖現(xiàn)澆法施工，工作坑南北兩側(cè)采用單排φ1.8 m鉆孔樁進(jìn)行支撐加固，工作坑?xùn)|西兩側(cè)采用雙排φ1.5 m鉆孔樁圍護(hù)加固。工作坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度到達(dá)設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行土方開挖，開挖過(guò)程中邊開挖邊支護(hù)，頂進(jìn)工作坑地表標(biāo)高在12.6 m左右，坑底標(biāo)高5.5 m，開挖深度約7.1 m，工作坑土方一般分3層進(jìn)行開挖，第1層從原地面向下3 m，第2層從原地面向下5 m，第2層施工完成后視地下水位情況決定是否進(jìn)行井點(diǎn)降水施工，最后進(jìn)行第3層的土方開挖。

工作坑開挖采用小型挖機(jī)施工，當(dāng)開挖至距離基底30 cm時(shí)，改為人工開挖。工作坑開挖時(shí)禁止超挖，當(dāng)開挖超出設(shè)計(jì)高程時(shí)，回填級(jí)配石并分層夯實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高，工作坑開挖時(shí)，工作坑邊1 m范圍內(nèi)不得堆放棄土。工作坑靠近線路一側(cè)坡度設(shè)1:0.5邊坡，為保證邊坡的穩(wěn)定性，采用在邊坡上打土釘掛網(wǎng)噴15 cm厚細(xì)石混凝土進(jìn)行防護(hù)，并在工作坑周邊布置截水溝，防止降雨或地表水侵蝕邊坡。

2.2滑板、后背梁制作

工作坑分層開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，地基承載力經(jīng)驗(yàn)算符合設(shè)計(jì)要求后開始制作箱涵頂進(jìn)滑板，滑板做法：先在地基上鋪設(shè)1層15 cm厚碎石墊層，然后再在墊層上鋪設(shè)1層60 cm厚C30混凝土面層。為了加大滑板的摩擦阻力，在滑板底部每隔3 m加設(shè)1道防爬錨梁，尺寸為30 cm×30 cm。為防止頂進(jìn)過(guò)程中箱涵框架可能出現(xiàn)的扎頭現(xiàn)象，可將滑板結(jié)構(gòu)制作成沿箱體頂進(jìn)方向呈0.2%的縱坡結(jié)構(gòu)，待滑板混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到技術(shù)要求后，還需在滑板上設(shè)1層底板潤(rùn)滑隔離層，以減小箱涵頂進(jìn)時(shí)摩擦阻力。

后背梁雖然只是臨時(shí)結(jié)構(gòu)，但其對(duì)頂進(jìn)施工成敗影響極大，后背梁必須設(shè)置牢固可靠。由于工程所在地位于交通流量繁忙的火車站地區(qū)，施工場(chǎng)地狹窄，故項(xiàng)目部決定采用鋼筋混凝土后背墻，其最大的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)整體性好，安全穩(wěn)定性高，后背墻的結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)地質(zhì)條件和最大頂力確定。后背墻的施工程序是，后背墻工作坑在鉆孔灌注支撐圍護(hù)下，墻體采用C30鋼筋混凝土整體連續(xù)澆注，預(yù)制的后背墻的強(qiáng)度和剛度需滿足設(shè)計(jì)要求，確保后背墻在最大頂力作用下，墻體不發(fā)生大的位移、變形和破碎。

2.3箱涵主體預(yù)制

箱涵主體采用在工作坑內(nèi)現(xiàn)澆預(yù)制完成，為保證箱涵順利頂進(jìn)到位，箱身混凝土強(qiáng)度需保證頂進(jìn)時(shí)箱身不發(fā)生大的變形或破碎。同時(shí)，箱身的防水要求高，所以箱身設(shè)計(jì)按照混凝土等級(jí)不低于C40、抗?jié)B等級(jí)按不低于S8設(shè)計(jì)。箱體預(yù)制前，先進(jìn)行工作坑基底承載力驗(yàn)算，如不符合要求需對(duì)地基進(jìn)行加固，箱涵框架預(yù)制時(shí)先進(jìn)行箱身放線定位，位置不能發(fā)生偏移。箱身預(yù)制施工主要注意事項(xiàng)如下：

(1）鋼筋綁扎前進(jìn)行技術(shù)交底，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行；

(2）箱體模板采用標(biāo)準(zhǔn)竹膠板制作，拼裝時(shí)應(yīng)做到拼縫嚴(yán)密、一致，模板表面清潔無(wú)異物；

(3）箱體混凝土澆注分2次進(jìn)行，第1次澆注箱身底板及下部邊墻，待底板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，對(duì)施工縫位置進(jìn)行鑿毛處理且沖洗干凈后，開始澆注剩余邊墻及頂板，底板和頂板混凝土澆注時(shí)應(yīng)分塊分層進(jìn)行，每層厚度控制在30～50 cm，并用振搗器振搗均勻；

(4）箱涵主體結(jié)構(gòu)預(yù)制完成后還需進(jìn)行防水層施工，箱頂防水層采用滿鋪TQF-I型防水層及6 cm厚C40細(xì)石聚丙烯纖維網(wǎng)混凝土保護(hù)層，防水層表面再設(shè)M20水泥砂漿排水坡以利于排水，箱體兩側(cè)邊墻的防水采用滿涂2層聚氨酯防水涂料。2.4 便梁架設(shè)

既有鐵路線路加固采用D24型便梁加固，便梁架設(shè)時(shí)應(yīng)按規(guī)定辦理線路封鎖要點(diǎn)和限速慢行手續(xù)。架設(shè)D24型便梁必須采用25 t以上吊機(jī)，待便梁支撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才能吊放便梁。起吊時(shí)兩端平衡起吊，起吊點(diǎn)和支撐點(diǎn)應(yīng)與設(shè)計(jì)一致，避免便梁縱向變形起拱。縱梁安裝完畢后開始安裝橫梁，橫梁安裝前應(yīng)預(yù)先按設(shè)計(jì)要求調(diào)整軌枕間距，騰出橫梁空間，然后按照“隔六抽一”技術(shù)要求進(jìn)行橫梁抽換，抽換軌枕、安放橫梁時(shí)應(yīng)由縱梁兩端向中心對(duì)稱順序進(jìn)行。為防止軌道電路短路，安放橫梁時(shí)需先在鋼軌下墊大塊絕緣橡膠板，安放橫梁時(shí)應(yīng)按照設(shè)計(jì)位置安放并用扣件固定。D24型便梁組裝完成后，需檢查并修整線路，保證線路的軌距、水平和方向。D24型便梁安裝平面圖見(jiàn)圖1。

圖1　D24型便梁組裝平面圖 （單位：mm）

2.5箱涵頂進(jìn)

箱涵頂進(jìn)工作坑內(nèi)的后背梁建成并達(dá)到規(guī)范強(qiáng)度后，即可以開始安裝液壓頂進(jìn)設(shè)備。設(shè)備安裝完畢后必須進(jìn)行設(shè)備調(diào)試，設(shè)備調(diào)試的目的主要是檢查液壓元件是否按設(shè)計(jì)圖紙安裝，油路管道有無(wú)泄漏現(xiàn)象，傳力設(shè)備能否正常傳力，溢流閥能否正常開啟與關(guān)閉。所有設(shè)備檢查完畢后還要進(jìn)行1次空頂，以便測(cè)定起動(dòng)推力，空頂?shù)耐瑫r(shí)應(yīng)同步檢查后背梁結(jié)構(gòu)有無(wú)變形或破損等情況。

經(jīng)計(jì)算，頂進(jìn)中孔時(shí)采用2套頂進(jìn)設(shè)備，每套設(shè)備各配置8臺(tái)320 t千斤頂；頂進(jìn)東西側(cè)邊孔時(shí)采用縱橫向交替方法，在3個(gè)后背梁處均設(shè)置1套頂進(jìn)設(shè)備，縱向各配備8臺(tái)320 t千斤頂，橫向配備4臺(tái)320 t千斤頂。

箱涵頂進(jìn)前需對(duì)箱涵主體結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度、線路加固情況、后背梁尺寸、現(xiàn)場(chǎng)照明、液壓系統(tǒng)、防水層等進(jìn)行驗(yàn)收，頂進(jìn)設(shè)備和頂鐵的選擇需綜合考慮箱涵自重、各部位尺寸及頂進(jìn)長(zhǎng)度等因素后選用。箱身開始頂進(jìn)前先架設(shè)D24型施工便梁加固線路，頂進(jìn)時(shí)首先頂進(jìn)兩邊孔箱涵，待兩邊箱涵就位后，架設(shè)D24型施工便梁于邊孔箱身上，再頂進(jìn)2中孔箱涵。箱涵正式頂進(jìn)前應(yīng)先進(jìn)行試頂試驗(yàn)，確定各項(xiàng)影響箱涵頂進(jìn)的施工參數(shù)，試頂試驗(yàn)結(jié)束后開始正式頂進(jìn)，箱身每前進(jìn)一頂程后，切換油路使千斤頂?shù)幕钊貜?fù)到原位，如此往復(fù)頂進(jìn)，直至箱身頂進(jìn)至設(shè)計(jì)位置為止。

箱涵開始頂進(jìn)后，觀測(cè)人員應(yīng)每天定時(shí)對(duì)箱涵軸線、高程進(jìn)行觀測(cè)，挖土工作根據(jù)量測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整。對(duì)于箱身發(fā)生的左右方向的偏差，主要靠采用增加或減少一側(cè)頂力方式來(lái)控制；對(duì)于箱身抬頭現(xiàn)象，采用適當(dāng)超挖方式調(diào)整；高程應(yīng)控制在規(guī)范允許的偏差范圍內(nèi)。

箱涵在線路下方頂進(jìn)時(shí)，采用小型反鏟挖機(jī)挖土，每次開挖進(jìn)尺0.6 m。開挖出土采用小中大3種型號(hào)挖機(jī)傳遞出土，箱涵每前進(jìn)一個(gè)頂程，挖一個(gè)頂程工作面，確保箱身切土順利。箱涵底板部位土方開挖時(shí)，注意預(yù)留20 cm不開挖，以防止箱涵框架頂進(jìn)時(shí)出現(xiàn)“扎頭”現(xiàn)象。箱涵頂進(jìn)示意圖見(jiàn)圖2。

圖2　箱涵頂進(jìn)縱斷面示意圖 （單位：m）

2.6線路恢復(fù)

箱體頂進(jìn)就位后，立即進(jìn)行箱身頂部、箱身兩側(cè)和三角區(qū)的回填。箱身頂部采用原有道砟填充并搗固，箱身兩側(cè)采用砂礫石回填，三角區(qū)回填按永久段和臨時(shí)段分2類進(jìn)行，永久段三角區(qū)采用地泵灌注素混凝土，臨時(shí)段三角區(qū)采用級(jí)配碎石夯填。施工便梁在線路補(bǔ)充道砟并搗實(shí)后才能拆除，之后恢復(fù)線路。施工結(jié)束一段時(shí)間內(nèi)線路仍需辦理慢性，并按照45、60、80、120 km/h逐步過(guò)渡到常速。

3　結(jié)束語(yǔ)

既有線路下修筑橋涵，最常用的施工方法是頂進(jìn)法，實(shí)際工程表明其確實(shí)是效果最好的方法，并能盡量少地影響鐵路運(yùn)營(yíng)。施工過(guò)程中線路加固是關(guān)鍵，相比較傳統(tǒng)的工字鋼等加固形式而言，D24型便梁組裝方便，加固性能更加可靠。箱涵頂進(jìn)過(guò)程中要隨時(shí)量測(cè)，發(fā)現(xiàn)方向、高程偏離設(shè)計(jì)位置時(shí)應(yīng)及時(shí)糾正，保證箱涵頂進(jìn)方向、標(biāo)高。本工程竣工驗(yàn)收時(shí)，頂進(jìn)箱涵中線與設(shè)計(jì)中線最大偏差、高程最大偏差均較好地控制在設(shè)計(jì)及規(guī)范的范圍內(nèi)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李小林. 下穿鐵路斜交箱涵頂進(jìn)施工技術(shù)[J]. 上海鐵道科技，2009(3).

[2] 王盛祖. 既有線下穿箱涵頂進(jìn)施工技術(shù)[J]. 石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào)，2011(1).

[3] 龔宏華. 頂進(jìn)框架橋沉井后背墻設(shè)計(jì)與施工[J]. 鐵道建筑，2010(7):24-25.

[4] 張群勝. 鐵路既有線橋涵基礎(chǔ)及頂進(jìn)施工關(guān)鍵技術(shù)方法分析[J].鐵道工程學(xué)報(bào), 2008(3).

責(zé)任編輯 朱開明

Construction Technology of Box Culvert Passing beneath Existing Railway Main Line

Han Yikang, Rui Ningbin

Abstract:The project of underpass the existing railway often use prefabricated box culvert jacking technology, and its biggest advantage is that the safe operation of the railway line is ensured. The jacking equipment will be in use for direct jacking of reinforced concrete box culvert prefabricated in the work pit into railway subgrade, forming a crossing under railway line. The paper takes the widening reconstruction project of Huangjiaxu road as a case study, mainly studies the construction method and key process of box culvert under passing railway main line, and puts forward some suggestions on the construction technology and measures.

Keywords:box culvert, passing beneath existing railway, construction technology

收稿日期2014-07-24

中圖分類號(hào)：U449