高覆土、大框架頂進涵在軟土路基頂進過程中翹頭與下沉問題的處理技術

在既有鐵路改造建設中，頂進施工較為常見，與其他施工方法相比，采取頂進方式施工具有投資少、建設周期短、對鐵路運營影響時間短等特點，但在施工過程中經常遇到因既有路基填筑標準低，穩定性差，基底情況不明等導致頂進過程中框架發生扎頭、翹頭等偏移問題，給施工帶來很大的困難，嚴重影響施工安全和施工質量。以下結合參建石長鐵路增建二線頂進涵工程施工的體會，對上述問題進行分析，并探討高覆土、大框架頂進涵在軟土路基頂進過程中翹頭與下沉問題的處理方法和措施。

1、工程概況

石長鐵路增建二線工程K175+985頂進涵為地方交通涵兼排水涵，斷面較大，孔徑5.0×5.3m，涵洞外輪廓為6.2米×7.1米，涵頂覆土厚度8.3m，頂進長度32m，分3節中繼頂進，每節長度10.67米，設計最大頂力30173KN，頂進過程中實際頂力超出設計一倍值以上。在帶土頂進了19米后，涵洞前端已穿過既有線左側路肩，第一節框架前端翹頭高出設計90cm，后端比設計低80cm，前后端高差達170cm；第二節前端比設計低18cm，第二節后端正常，第三節正常。

2、原因分析

經調查，該處原為水塘，在上世紀90年代修建石長線時未將基底淤泥清除到位，該處15m高的填方路基在運營過程中多次發生滑坡與塌方，在經過近20年的沉降后已基本趨于穩定，本次頂進涵施工時，在開始頂進時，路基邊坡涵頂覆土厚度較小，頂進施工能夠順利進行，在穿過既有線到達出口邊坡時，框架前端覆土厚度變小，后端正好處于既有下方，框架前端土壓力遠小于后方土壓力，加上基底已經呈硬塑狀的黑色淤泥在滲水的作用下變軟（經測定承載力為75kpa，達不到設計的承載力150kpa），導致頂進涵節呈現出“蹺蹺板式”的翹頭與下沉。為保證既有鐵路路基的穩定，減少施工對運營的影響，最大限度的降低既有線運營安全隱患，變更設計后采用工字鋼縱橫抬梁加固線路，大開挖頂進框架的施工方法。

3、處理措施

3.1臨時回填

將頂進出口端已坍塌的路基邊坡采用臨時土回填夯實至軌底以下1m，恢復至開挖前坡面，軌底部分補填道碴，保證既有路堤穩定，并對該段線路進行24小時監控測量。回填時用挖掘機將涵洞內填土夯實并修整為1：1～1：1.5的坡度，坡腳采用土袋堆碼。

3.2挖孔樁防護

在涵洞兩側沿縱抬梁主樁線路橫向分別布置4根Φ1.25m的挖孔輔樁共8根，新增加的挖孔樁輔樁底深入到頂進涵底板以下4m，沿涵身軸線方向樁間距2.05m；既有抬梁主樁線路橫向間距為3m。樁頂預留凹形槽以便于沿線路方向安裝雙拼I45a工字鋼支撐，縱抬梁主樁在樁頂以下2m沿線路方向設一道鋼管支撐。

3.3樁間鋼筋混凝土擋板

為防止樁間間隙土坍塌，在所有沿線路橫向樁間設C25鋼筋砼擋板，擋板厚度50cm，擋土板內鋼筋布置為雙層Φ20鋼筋網，網孔間距15×15cm。開挖時，在既有樁身上沿豎向每隔45cm進行鉆孔植筋，植入深度不小于60cm，預埋鋼筋與擋土板鋼筋焊接連接，形成橫向網格。既有主樁間鋼筋混凝土擋板施工至頂進涵頂部，其他樁間擋板施工至頂進涵基底，每開挖卸載0.5m施工一層擋板。

縱抬主樁在樁頂以下2m沿線路方向設置Φ300鋼管支撐一根。卸土至安裝高度時，采用在樁身上開鑿安放槽口后安裝，鋼管長度略長于槽口間距，安裝時將鋼管打入槽口，安裝完成后再進行下層土方開挖。

3.4卸載、頂進

在線路兩側挖孔輔樁施工完成，砼強度達到設計強度75%以上后，分層分段卸載出口段及第一節、第二節涵身頂部土體，卸載完成后，在出口段頂進涵基底采用1m厚級配砂礫石摻加10%的水泥進行換填，再澆筑20cm厚C20混凝土至涵洞設計基底；換填完成后進行頂進施工，頂進采用中繼頂法，頂進時控制每節間凈距不大于1m，并利用涵身間隙挖除換填涵底松軟土，換填厚度1m，采用摻加10%水泥的級配砂礫石；依以上順序循環頂進涵洞至設計位置。

3.5回填路基、恢復道碴

待涵洞頂進到位后，即時進行回填施工，首先在框架頂部回填0.3m厚細砂層，再用摻加3%水泥的B組填料回填至道床底部，回填時采用小型機械分層夯實，分層厚度不超過0.35m；在涵頂5m高處鋪設雙向土工格柵（25kn/m）三層，每層厚度0.2m；最后回填道碴并搗固密實。

4、施工中的預防措施

4.1施工處地基承載力無法達到設計承載力是可能出現扎頭現象的原因之一。不同的土質由于內摩擦角不同其土壓力對箱涵周邊產生的摩阻力也不同；由側面摩阻力形成的對箱涵夾持力也直接影響頂進高程的變化；更重要的是基底土壤由于地下水位的高低，影響基底土壤含水量的大小，進而直接影響到基底承載力的大小。

4.2根據施工處基底土質狀態來分析是否可能出現扎頭現象，施工中要注意核查基底地質，并在開挖過程時要隨時注意土質變化。如某個斷面前后土質差異很大，涵體就會在這個地方因受力不均而出現扎（抬）頭現象；當土質為砂質土發生扎頭現象可能性很大，對這種地質就必須提前采取措施，為以后的工作減小難度。當地質情況一定后，在涵體行徑過程需要注意每次挖土底面的坡度和吃土量，如忽略這些細節并未在施工中采取措施，必然給以后工作造成難度。

4.1勤觀測、勤分析、勤發現、勤治理

在整個頂進施工過程中，需要勤測量，勤分析測量數據，準確掌握框架狀態，并預測框架以后的狀態。如通過水平測量記錄發現低頭現象并有加劇趨勢，要立即分析原因，采取措施。如趨勢比較穩就需繼續觀察；如趨勢變緩說明框架行進正常。在頂進過程中疏于觀測，出現大幅度的低頭與抬頭，治理起來就要花費巨大代價。

4.2 嚴格控制開挖質量

在利用機械開挖時，由于機械擾動，不可避免的存在松軟土層，再加上框架巨大重量的擠壓，很容易出現低頭。因此，在利用機械出土時，底板挖土保留20～30cm采用人工清底，根據具體地質情況確定吃土深度。在開挖的過程中，因害怕坍塌，涵洞頂板前方往往會欠挖，但一旦欠挖，受土體擠壓，框架會出現快速抬頭。在出現輕微的低頭與抬頭時，改變吃土深度是首選。加大底板吃土深度可治理低頭，降低基坑地面高度可以實現對抬頭的治理。尤其需要注意的是在進行人工清土時，要做好防護措施，嚴密監視開挖面及鋼刃腳狀況，以防路基坍塌造成人員傷亡。

4.3改善地質情況

頂進中，根據地質狀況的不同，可依次采用往框架底塞廢棄混凝土枕（混凝土枕底面朝上，塞入涵內側1m并有一定坡度）、改善土質（換填碎石）、澆筑混凝土來實現對抬頭與低頭的預防與治理。為實現問題的快速解決，在施工中多采用澆筑混凝土方法。在滑板前方距單個頂進框架長度1/3處澆筑混凝土帶，防止滑板在箱涵重心遷移過程中造成滑板斷裂，以免箱體前傾、低頭，給后續頂進節施工造成困難。發現低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。混凝土帶，一般為寬2m、厚度在80cm左右的混凝土帶。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2～4米（根據頂進框架孔徑調整）、深度在1米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。

4.4做好臨時排水

框架頂進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1m，以免帶水頂進造成基底土質軟化造成箱

涵低頭。富水地區應短挖勤頂，以保證既有線運營安全及施工質量。

4.5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，以防框架在頂進出滑板時因地質的變化，土質承載力降低造成低頭。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。

4.6強制性措施

當在軟弱地基中頂進時，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（2米左右）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，再繼續頂進。其具體方法如下：首先在涵尾、在邊墻及中心分別挖三個基坑。分別澆筑鋼筋混凝土，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。施工中要預留適當的沉降值。

5、結論與體會

頂進法作為下穿式立交通道一種主要的施工工藝，已逐步被推廣應用，預防和處理橋涵“扎頭”與“抬頭”的各種措施都應根據每個橋址的具體情況而定，不能生搬硬套。在施工中注重施工工序，合理制定施工方案，加強跟蹤測量，及時準確分析、預測“抬頭” 與“扎頭”的趨勢，正確選擇安全預防措施，才能使橋涵頂進施工達到安全優質的預期效果。

參考文獻：

[1]增建鐵路石門至長沙鐵路增建第二線工程施工圖

[2]《鐵路工務安全規則》及廣運發[2010]165號文《廣鐵（集團）公司鐵路營業線施工安全管理實施細則》