橋式盾構法在下穿鐵路既有線框架橋施工中的應用

歐陽鴻志

（江西地方鐵路開發有限公司，江西 南昌 330000）

橋式盾構法在下穿鐵路既有線框架橋施工中的應用

歐陽鴻志

（江西地方鐵路開發有限公司，江西 南昌 330000）

新建公路下穿鐵路既有線框架橋工程一般采用D型鋼便梁對線路進行加固，再進行框架橋頂進施工。由于D型鋼便梁架設需要封鎖點實施，且架空頂進需列車運行限速45km/h，同時存在回填路基密實度難以保證等缺陷。合理使用橋式盾構工法，可減少甚至消除傳統方案中的缺陷。文章重點介紹橋式盾構在新干縣善政三路下穿京九線應用中的技術控制要點，旨在減輕下穿框架橋施工對鐵路既有線的影響。

橋式盾構法；既有線；框架橋；應用

1　工程概況

本框架橋位于新干縣善政三路與京九電氣化鐵路相交處，東通新城開發區，西連城區中心。框架橋中心線與京九電氣化鐵路切線斜交82度，交點里程為京九線K1584+080，鐵路路基為路堤形式。

框架橋采用強度C40、P8抗滲鋼筋混凝土，5m+15m+5m的三孔連續框架結構：1～15m框架橋通行機動車，兩側5m框架橋為非機動車與人行通道。框架橋全寬28.2m（中墻厚1m，邊墻厚0.6m），全高8.2m（頂板厚0.09m，底板厚0.12m），板頂最小覆土厚度為1.5m。框架橋全長36m，穿越京九上下行線和一條牽出線，影響信號機、光電纜、鐵路電力和接觸網等鐵路設施，平面位置見圖1。

圖1　京九線K1584+080框架橋平面位置圖

2　橋式盾構法簡介

橋式盾構法是在傳統頂進施工框架橋結構預制工藝的基礎上，將橋式鋼盾構體（以下簡稱“盾構體”）裝配在框架橋的前端作為帶土頂進時的支護結構，再配合液壓推進系統、反拉系統進行暗挖頂進的一種新型工法。

盾構體由鋼柱、鋼梁、盾殼、子盾構組成，橫向截面呈簡支梁橋形，其外廓尺寸與框架橋橋外廓尺寸基本相同。盾構體截面跨中的中心土始終保持安全坡度，并滯后子盾構掘進面一定安全距離開挖，它與盾構體共同平衡周邊土壓，成為子盾構箱的強大支護體系，同時也起到導向的作用。在子盾構頂靠土體后，子盾構在油壓頂推系統的頂推下分別切入土體，子盾構箱前的土體及墩柱前的土體采用人工開挖，子盾構箱下跨中的中心土采用機挖人修方式掘進。掘土完成后由液壓推進系統配合反拉系統將框架橋向前推進，形成一次頂進循環，單次頂程控制在40mm，循環頂進使框架橋到達設計位置。

橋式盾構法的核心原理是通過子盾構化整為零切土提供超前支護，利用保留中心土為體系提供穩定支撐，并使用反拉系統將頂進時土體與框架橋的動摩擦變為土體與反拉系統的靜摩擦，從而降低對土體的擾動，減輕對上方線路影響。

3　施工方案

本框架橋具有跨度大、頂程長、工況復雜、風險源多、安全要求高等特點。根據現場實際條件，采用橋式盾構法頂進施工，從京九下行線側始發，總頂程60m。

（1）施工流程。主要施工流程見圖2。

圖2　流程示意圖

（2）子盾構布置。本項目盾構總寬28.2m，子盾構38臺組，各組0.75m水平布置。每組子盾構設置2臺30t雙向液壓油頂提供推進切土能力，并在子盾構推進時牽引反拉板，76臺油頂由2套液壓泵站控制，液壓系統中設有38只高壓截止閥。

（3）掘土作業。本項目每一頂需要進行三處掘土作業：32組子盾構箱前土體、5個墩柱前的土體和跨中滯留的中心土。

每組子盾構箱前土體和墩柱前土體的掘土作業因作業空間限制只能由1名工人完成，在子盾構切土后先進行子盾構箱的掘土作業，并出土至墩柱前或中心土的作業面，再由盾構墩柱處工人進行掘土，最后再由挖機掘進中心土，自卸汽車外運棄土。每頂掘土嚴格控制寬為墩柱的外廓尺寸，長為前進方向0.04m。

（4）最大頂力計算。根據頂進長度、土的性質、地下水情況、框架橋外形及施工方法等因素按下式計算框架橋的最大頂力：

式中：N1為橋上荷載，N1=2268t；μ1為框架橋頂面與頂上荷載的摩擦系數，取0.3；N2為框架橋自重，N2=6937t；μ2為橋涵底板與基底土的摩擦系數，取0.8；E為橋體兩側土壓力，E=823t；μ3為側面摩擦系數，取0.8；A為盾構正面積，A=60m2；R為盾構正面阻力，取350kPa；K為系數，取1.1。

計算得P=10320t，需400t千斤頂26個。

（5）頂進系統布置。框架橋的頂進系統由液壓系統和傳力設備兩部分組成：液壓系統中千斤頂布置以框架橋中心線為軸對稱分布，并優先布置在邊墻與底板交界的部位；傳力設備中傳力柱的更換和增加時必須檢查，并按規定設置橫梁，防止“錯位爆頂”造成安全風險。本項目中采用設置軌束梁反壓和土壓覆蓋等方法增加傳力體系穩定。

（6）施工監測。框架橋頂進的全過程必須對盾構及框架橋運動中線、水平和控制點進行持續監測，每一次頂進測量數據是指導框架橋的掘進與調整的重要依據。從鄰近施工開始，除施工方和設備管理單位的線路沉降監測外，要求第三方沉降監測單位對線路進行獨立監測。施工過程中對發現的線路變化情況，立即進行分析并作實質性調控。

4　技術控制要點

（1）框架預制與盾構安裝。橋式盾構工法屬暗挖帶土頂進，要減少頂進時對線路的影響，就必須控制整個下穿構筑物的外輪廓變化。所以框架橋預制時必須對工作底板的平整度、框架橋的尺寸進行確認、復核，鋼盾構拼裝時需滿足設計要求，對前端面進行檢測、修整，反拉板安裝時妥善處理搭接位置的順接。一般來說，框架橋邊墻誤差＜30mm，頂面誤差＜10mm；盾構外殼安裝后其總寬值大于框架橋總寬約30mm，由此間隙來降低頂推過程中框架橋兩側與土體產生的摩擦阻力，以減小兩側土體的摩擦位移現象。

（2）設置防護樁。在鐵路路基入土和出土兩邊的框架橋位兩側設置防護樁，可以有效降低鋼盾構頂靠路基開始掘土時兩側土體坍塌的可能，并在框架橋頂就位后擋墻施工完畢前為路基提供防護。在具備現場實施條件的情況下盡量采取防護樁增加施工安全系數。

（3）起動試頂。框架橋起動頂進時需先進行試頂，在逐步增大頂力的同時對各部進行檢査，無異常后繼續增大頂力直至框架橋開始前移。頂進過程中需實時監控頂力數值，一旦發生較大變化應立即停止頂進，解決定力變化的原因后方可繼續頂進。

（4）掘土作業。掘土作業時應當合理調整作業人員讓每組子盾構箱和墩柱的掘土作業進度基本保持一致；盾構墩柱出土采用皮帶機運輸的，應當有專人維修養護皮帶機；掘土作業期間要加強對作業面的排水處理，減少地下水和地表降水等對作業面的浸泡。跨中滯后挖掘的中心土從盾構體入土到出土至少保持1：0.75的坡度，并滯后子盾構掘進面至少盾構長度三分之二開挖。掘進時，機械統一將框架橋前滯后的中心土挖去相同長0.4m距離。中心土、子盾構箱和墩柱的掘土作業完成后，進行頂進作業前必須檢查掘土的尺寸及清底情況，不得超挖、欠挖。

（5）反拉系統。在盾構體頂進過程中，隨著框架橋前行，電機將反拉板向反方向牽引，將土體與框架橋混凝土的動摩擦變為土體與反拉系統的靜摩擦，減少頂進時對土體的擾動。由于反拉系統由人工控制，操作時必須由專人統一指揮反拉和頂進操作，且頂進過程中監控人員實時向總指揮報告線路及盾構情況。

（6）頂進糾偏。在頂進的過程中，不可避免會遇到框架橋的位置偏離設計位置的情況，在實際施工中應當根據實際情況，當偏離位置不影響道路順接且經調整就位后能滿足規范要求的可盡量避免糾偏。進行糾偏時，通過調整兩側千斤頂的頂進行程來實現水平糾偏，通過部局部超挖或欠挖實現豎向糾偏。

（7）盾構出土。子盾構在出土時可能由于頂部與線路及道床底部的摩擦力大于道床結構的粘聚力而帶動路基發生橫移。為了避免這種情況，可以在鋼盾構出土側設置擋土橫梁，阻止路基橫移，同時在子盾構頭出土后將反拉板進行切割，框架橋主題頂進時啟用反拉系統讓反拉板保持與上方土體保持相對靜止，從而確保道床穩定。

（8）路橋過渡段處理。框架橋就位后，可能影響線路變化的主要是框架橋兩側邊墻與鐵路路基之間形成的路橋過渡段。鋼盾構的超寬和頂進中的糾偏、超挖、地下水損失等，都可能是造成路橋過渡段土損失的原因，所以當框架橋頂進到位后需要對路橋過渡段進行注漿填實，注漿時必須嚴格控制注漿壓力。

（9）線路監控與養護。在每次頂進停止后，應立即對正在穿越線路進行水平、軌距測量，對線路變化不管大小，有變即修。不管是否頂進，線路養護人員必需對線路進行一列一檢，確保行車安全。

5　結束語

新干縣善政三路下穿京九線K1584+080框架橋施工過程中嚴格執行《鐵路技術管理規程》、《鐵路工務安全規則》、《南昌鐵路局營業線施工及安全管理細則》等相關規定，頂進施工歷時45天完成，頂進期間線路單次頂進最大豎向位移最大3mm，最大水平位移2mm，累計豎向位移12mm，水平位移7mm，達到維修規定要求。框架橋就位后框架頂面及路橋過渡段的線路，經養護后無明顯沉降。本項目中對施工技術的控制要點，可為橋式盾構工法提供施工參考。

［1］王會.淺談頂進涵施工［J］.山東省農業管理干部學院學報，2008，（1）.

［2］郭建波.框架橋橋式盾構設計與施工技術的研究［D］.北方工業大學，2012.

U448.13

A

1671-3818（2016）09-0042-02

歐陽鴻志（1989-），男，江西萍鄉人，工學學士，助理工程師，研究方向：涉鐵工程管理。