下穿鐵路既有線箱涵頂進施工關鍵技術

王 傳 磊

(中鐵十七局集團第一工程有限公司，山西 太原 030032)

下穿鐵路既有線箱涵頂進施工關鍵技術

王 傳 磊

(中鐵十七局集團第一工程有限公司，山西 太原 030032)

結合寧西增建二線(鄭州局管段)K295+748涵洞施工實例，詳細介紹了既有線箱涵頂進施工中的具體工藝流程和關鍵技術，并對各施工環節應注意的事項進行了分析，為類似工程施工提供了參考借鑒。

既有線，鐵路，涵洞，頂進，施工技術

1 工程概況

中鐵十七局集團公司承建的寧西增建二線(鄭州局管段)NX2標K295+748涵洞設計為1孔3 m鋼筋混凝土箱形涵，其中新建長度為8.06 m，頂進長度為14 m，為立交行人而設，涵洞軸線與線路正交。涵洞位置地形起伏較大，需將原地面下挖后再頂進，凈高較低，開挖路基邊坡對路基本體結構影響不大，采用16 m D型便梁對既有路基進行防護。

2 D型便梁架設原理

在橋位處既有線路兩側構筑便梁臨時支撐樁，臨時支撐樁達到設計強度后，安裝D型施工便梁。列車在采用D型施工便梁加固后的既有線路上慢行通過，然后進行線下橋涵頂進作業施工。待橋涵作業施工完畢后，拆除便梁，恢復線路，列車恢復常速運行。

3 施工關鍵技術

3.1 D型梁支撐樁施工及受力檢算

1)D型梁支撐樁施工。D便梁支撐樁基礎采用C30鋼筋混凝土樁基礎，樁徑1.25 m，護壁厚0.30 m，采用人工挖孔施工，樁頂設臨時支座。支撐樁長度為10 m, 伸入涵身基底以下2.45 m,支撐樁邊緣距既有線路中心1.875 m。

D便梁支撐樁開挖列入營業線Ⅲ級施工，慢行45 km/h下組織施工。支撐樁施工前先進行測量放樣，根據便梁尺寸及涵洞里程利用全站儀及鋼尺精確放出便梁支墩具體位置,確保涵洞頂進或接長軸線部分位于D型梁跨中。

2)D型梁支撐樁受力檢算。按鐵路橋涵設計規范中活載的換算均布活載，列車均布活載為10.4 t/m，由于是單線架空，鋼便梁對稱線路中心布置，每片縱梁承受列車活載10.4÷2=5.2 t/m；D16型鋼便梁一孔重量(含配件)為48.9 t，單根縱梁承重24.45 t；施工荷載包括施工人員和操作機械重按0.01 t/m考慮。

作用在縱梁上的荷載為：Q=5.2×24+24.45+0.01×24=149.5 t。

便梁支點承力：Q1=149.5/2=74.75 t。

挖孔樁重量：Q2=π×0.925×0.925×10×2.5+1.5×1.5×1×2.5=72.79 t。

樁端受力：P=Q1+Q2=147.54 t=1 475.4 kN。

挖孔灌注樁(單樁)豎向極限承載力計算：

Quk=Qsk+Qpk=U∑ψsiqsiklsi+ψpqpkAp。

其中，Qsk為單樁總極限側阻力特征值，kN；Qpk為單樁總極限端阻力特征值，kN；U為樁的周長，取護壁外周長5.809 m；qsik為樁側第i層土的極限側阻力特征值，本施組所采用樁長較短，僅穿越一個粉質粘土層，極限側阻力特征值取值60 kN；qpk為極限端阻力特征值，粉質粘土屬硬塑粘土，取值100 kPa；ψsi為大直徑樁側阻尺寸效應系數，粘性土取值0.84；ψp為端阻尺寸效應系數，取值0.81；Ap為樁端面積，Ap=π×0.925×0.925=2.69 m2。lsi為樁穿越第i層土的厚度，在本例中因土層單一，取樁的有效樁長。

根據以上公式計算如下：

Qsk=5.809×0.84×60×10=2 927.7 kN。

Qpk=0.81×100×2.69=217.9 kN。

Quk=2 927.7+217.9=3 145.6 kN>1 475.4 kN。

故樁長滿足承載力要求。

3.2 工作坑及底板施工

施工順序：基坑清理→夯填碎石層→鋼筋混凝土底板→潤滑隔離層施工。

工作坑機械開挖至坑底標高30 cm，采用人工清理基坑。基坑清底后夯填10 cm厚的碎石墊層，防止底板不均勻下沉。鋼筋混凝土底板制作前，先在板下挖出縱向、橫向地錨梁，并予配筋，增加底板的抗滑能力；底板按設計要求設置鋼筋，底板鋼筋須與后背分配梁鋼筋連接；為控制箱涵頂進的準確就位，在底板的兩側設置導向墩，用以控制箱涵頂進的中線偏離。導向墩在框體預制階段暫不施工，以免導向墩影響箱涵預制，箱涵預制好后頂進前施工導向墩(工作坑底板施工布置圖詳見圖1)。采取在底板面設5‰的上坡，防頂進扎頭，來控制箱涵的頂進高程。底板潤滑隔離層由上向下鋪設順序為：鋪塑料布一層、鋪石蠟(摻25%機油)面層、2 cm砂漿找平層。在其上鋪塑料布一層，搭接方向以頂進方向為準，搭接寬度為0.5 m，并采用5 cm的塑料膠粘帶粘結成整體。鋪石蠟(摻25%機油)，層厚4 mm，先將石蠟加熱至160 ℃左右，再摻入25%左右的廢機油，攪拌均勻后，用扁咀噴壺澆在底板上，用木板刮平，槽痕用噴燈烤合。

底板面標高按設計標高低2 cm控制，底層石蠟鋪設完成后立即進行水泥砂漿抹面找平，砂漿找平由點到線，由線到面，確保底板頂面平整。

4 后背施工及受力檢算

4.1 后背施工

框架涵頂進后背由后背墻、后背樁(C30混凝土)和后背填土三部分組成。

后背墻為M10漿砌片石，后背樁采用預制安裝構件，根據安裝要求，外形尺寸應力求準確，模板制作應采用相應措施，在安裝時，樁后與后背墻保持5 cm左右的空隙，樁前與工鋼組合橫梁之間的縫隙用水泥砂漿堵塞應保證密貼以便均衡傳力。后背填土盡量利用工作坑后方邊坡上的原狀土，不足部分借土填筑，保證橋涵頂進后背的穩定。后背布置見圖2。

4.2 受力檢算

頂力計算(按橋規第2—386條(2—132)式)：

P=K[N1f1+(N1+N2)f2+2Ef3]。

其中，P為最大頂力，t；K為系數，取K=1.2；N1為涵頂上荷載，t,由于采用架空頂進，故該項為0；f1為涵頂部表面與頂部荷重之間的摩阻系數，取f1=0.3；N2為框構自重，t,N2=QL+10，Q為單位長度涵身自重,t/m,L為頂進涵長，m,10為機具、人群、刃角以及未能及時運走的土重等施工荷重;f2為框構底板與基底土摩阻系數，取f2=0.8;E為框構兩側土壓力，t,箱頂土壓e1=ξγH1，箱底土壓e2=ξγH2，ξ=0.3，γ=1.9 t/m3，H1為軌底至箱頂高度，取H1=3.56，H2為軌底至箱底高度7.52，H2=H1+框構全高=3.56+H,E=(e1+e2)HL/2；f3為側面摩阻系數，取f3=0.8。

N2=5.78×1×2.5×14+10=212.3 t；E=(0.3×1.9×3.56+0.3×1.9×7.52)×3.96×14/2=175.07 t；P=1.2×[0×0.3+(0+212.3)×0.8+2×175.07×0.8]=539.9 t。

設計給定頂力為1 726 t>539.9 t，所以滿足要求。

圬工后背檢算。后背填土被動土壓力計算見圖3。

本墻背高度5.1 m，厚度2.4 m采用M10漿砌片石砌筑。

朗金被動土壓力公式：

p=1/2γh2tg2(45°+Φ/2)。

其中，γ為后背填土容重，取1.7 t/m3；h1為墻體高度，取5.1 m；h2為墻頂覆土高，取1.25 m；Φ為土壤的內摩擦角,取30°。

上式是根據朗金假定的條件，墻是豎直的，墻是光滑的(δ=0)，填土與墻頂平。

根據朗金被動土壓力計算公式：

Ep=1/2×γ×h2×tg2(45°+Φ/2)/2=1.7×6.35×6.35×1.732/2=102.58 t/m。

后背樁與后背墻的摩擦力N3=(112×2.1+8.9×2.6+2.1)×0.7=183.9。

N=102.58×5+183.9=696.8 t；N=696.8 t>P=539.9 t，可行。

5 箱體頂進施工

5.1 箱體頂進

地基處理完成、箱體達到設計強度后進行頂進施工(見圖4)。

1)頂力計算：本工程根據理論計算布置320 t頂鎬2臺，備用1臺(一個涵洞)，試頂時采用2臺頂稿進行頂進，由1個液壓控制臺控制。

2)待箱體混凝土達到設計強度的100%時，基底處理合格后開始頂進。

3)箱涵頂進前，應對箱涵原始(預制)位置的里程、軸線及高程測定原始數據并記錄。液壓泵站應空轉一段時間，檢查系統、電源、儀表無異常后試頂。

4)頂進時每次作業循環進尺控制在0.5 m以內，每頂進一鎬，均要進行高程和方向測量，發現問題及時研究、制定糾偏措施加以糾正，應及時處理，確保頂進質量。

頂進最終允許偏差(單向)：框架橋中線控制允許偏差為±200 mm，框架橋高程允許偏差為+150 mm，-200 mm(查驗標核實)。

頂進最終允許偏差(單向)：頂進后要與既有涵洞順接，上下及左右錯縫不大于10 mm。

5.2 箱體頂進施工注意事項

1)每班交接前檢查頂進設備是否良好，掌握箱體的方向和高低及線路情況，隨班交接，以利頂進。

2)施工中加強便梁支墩的觀測，在既有涵洞頂上設置固定點，在四個支墩固定位置上設置觀測點，隨時觀測支墩的標高和位置情況，發現變化及時報施工負責人，并采取相應措施，避免事故發生。

3)在混凝土施工過程中，基礎和涵身在同一斷面設置的沉降縫必須位于同一豎直面上，沉降縫的寬度為30 mm，縫間填塞物按設計填塞。

5.3 涵后及有覆土涵洞涵頂土方回填

待涵洞頂進就位后，進行涵洞兩側回填。回填采用小型夯機夯實，回填料采用A組料，每20 cm一層夯實，為保證填筑高度不超過要求，在箱體外側采用紅油漆標注層高，每層高度間距為20 cm。填筑檢查標準按照相應標高的路基標準進行控制，每填筑一層，均要報監理檢驗合格后方可進行下一層施工。線路投影正下方接近便梁(軌底下0.8 m)時不能壓實地段，填筑砂夾碎石，填筑到設計標高后，進行線路恢復以及拆除便梁施工。在回填時，為保證填筑質量，同時為了在下步施工梯形節過程中，不致因填土形成的土坡塌落至梯形節基坑內，填土前，在涵洞軸線與線路夾角為銳角的一側采用打設鋼板樁或木樁的方式支擋回填土，樁長6 m，順線路方向的整個回填范圍內密布。樁外側與涵端平齊。

6 結語

K295+748涵洞頂進施工中，我項目技術部門制定了詳細的、可行的技術方案，計劃部門對工序做了合理組織安排，物質設備部做好了材料設備的保障工作，安質部門制定了切實、周密的安全防護措施，其他業務部門積極配合，上下聯動，順利完成了頂進涵的施工，并取得了良好的經濟效益和社會效益。

[1] 馮生華，張孚衍.城市地道橋頂入法施工[M].北京：中國建筑工業出版社，1982.

[2] 周水興.路橋施工計算手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.

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[5] 蔣永翔.鐵路框架涵頂進施工技術[J].建筑施工,2013(8):71-72.

[6] 霍連祥.既有線頂進涵線路加固方法淺析[J].科技資訊，2011(3):42-43.

The key technology of underpass railway existing box culvert jacking construction

Wang Chuanlei

(FirstEngineeringLimitedCompany,ChinaRailway17thBureauGroup,Taiyuan030032,China)

Combining with the construction example of Ning-Xi build-out second line(Zhengzhou Bureau Management Section) K295+748 culvert, this paper introduced in detail the specific process and key technology of existing box culvert jacking construction, and analyzed the matters should pay attention to each construction link, provided reference for similar engineering construction.

existing railway, railway, culvert, jacking, construction technology

2015-01-13

王傳磊(1980- )，男，工程師

1009-6825(2015)09-0173-03

U445

A