大角度斜交箱涵在復雜地質環境下的技術探討

摘要：大跨斜交箱涵等結構被廣泛應用在公路、鐵路等立體交叉工程中，但大跨斜交箱涵頂進法施工存在諸如施工技術發雜、糾偏難度大等問題。以符夾線擴能工程符離集至新河段平改立工程為背景，從既有線路處理、工作坑開挖、滑板施工、線路加固、箱涵頂進和頂進過程中的糾偏等進大角度斜交頂進箱涵施工技術研究總結，以期能為類似工程提供有意義的參考和借鑒。

關鍵詞：頂進法；箱涵；施工技術；線路加固；便梁

中圖分類號：P62 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2017）03-0134-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.069

Abstract： The structure of large span slant box culvert is widely used in three-dimensional cross engineering such as highway and railway， but the construction of large-span skew box culvert has problems such as difficulty in construction technology and difficulty in rectification. In order to solve the problem of the existing line from the existing line， the work pit excavation， the skateboard construction， the line reinforcement， the box culvert and the jacking process， Large angle oblique jacking box culvert construction technology research summary， with a view to similar projects to provide meaningful reference and reference.

Key words： jacking method； box culvert； construction technology； line reinforcement

隨著國民經濟的快速發展，道路交通網不斷增強，公路和鐵路道口不斷增加，使得公路與鐵路之

間的通行矛盾日益明顯。鐵路道口由于經常通過火車，不但易造成交通堵塞，并且存在安全隱患，因此，平改立新增工程大量應用于既有鐵路線路的改造。道口平改立通常處于交通樞紐地段，安全隱患多、施工風險大，大型平改立框架涵頂進施工無疑將進一步增大安全風險，因此施工方案的不斷完善和優化非常重要。

1 工程概況

1.1 概況

符夾線南起符離集站，向西北經淮北市，北抵夾河寨站，行經安徽、江蘇兩省的宿州、淮北、徐州三市。為增加符夾線的運輸能力，進行符夾線擴能工程符離集至新河段平改立工程。該工程范圍為岱河站～新河站，里程范圍為：K45+000-K78+500，長度為33.5km。

符夾線擴能工程符離集至新河段平改立工程項目平改立下穿立交工程共31處（目前已完成29處）。其中K58+977.7處箱型框架涵跨度7m，涵長24m，用途交通，箱身中心線與符夾線交角最大為45°，屬大角度斜交箱涵。

該項目營業線列車通過次數為73對/日。

1.2 地質情況

見圖1柱狀圖。

1.3 水文情況

地下水的主要類型為孔隙潛水及弱承壓水，水位變幅受大氣降水和地表徑流的影響，地下水位一般在1.8-6.0m隨季節變化，補給來源主要為大氣降水及河渠地表水。

2 大角度斜交頂進箱涵施工技術

2.1 工藝流程

（1）營業線圍護→（2）測量放樣→（3）地基處理→（4）開挖工作坑→（5）澆筑滑板及后方背→（6）制作隔離層→（7）預制箱身→（8）便梁支墩施工→（9）架設D24型便梁→（10）頂進涵身→（11）拆除便梁→（12）恢復線路。

2.2 工作坑開挖

工作坑開挖施工順序為：①工作坑放樣→②人工挖探→③降水井施工④土方開挖→⑤工作坑噴錨防護→⑥基底平整。

2.3 滑板施工

滑板在預制鋼筋混凝土箱涵時是作為施工的墊層，而在頂進施工過程中又作為隔離箱梁和土層的隔離層，起到保證整個混凝土箱涵沉降均勻、有效的隔離土層并能降低鋼筋混凝土箱涵同地基土的摩擦力，保證頂進過程的有效進行，其作用十分重要。滑板施工順序為：①基坑清理→②夯填碎石層→③鋼筋砼滑板→④潤滑隔離層施工。

滑板潤滑隔離層由下向上鋪設順序為：鋪石蠟（摻25%機油）一層、M10水泥砂漿抹面2cm、滑石粉一層、塑料薄膜一層、鋪石蠟（摻25%機油）面層，層厚4mm，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，用扁咀噴壺澆在滑板上，用木板刮平，槽痕用噴燈烤合； 滑板面標高按設計標高低2～3cm控制，底層石蠟鋪設完成后立即進行水泥砂漿抹面找平，確保滑板頂面平整； 在水泥砂漿抹面上灑滑石粉一層，厚3mm；在其上鋪塑料薄膜一層，搭接方向以頂進方向為準，搭接寬度為0.5m，并采用5cm的塑料膠粘帶粘接成整體；最后面層再鋪設一層含25%機油的石蠟即可[1，3-4]。

2.4 箱涵頂進

施工程序：①頂進取土→②基底檢查處理→③箱涵頂進→④中線、水平測量→⑤糾編→⑥頂柱改建→⑦取土頂進，箱涵頂進經過上述工序的多個循環頂進到位。

2.4.1 頂力計算

頂進時，需要初步估計最大頂力以降低箱涵與土層之間的摩阻力以及箱涵的兩邊刃角切上抗力的影響，保證箱涵順利頂進。

根據《鐵路橋涵設計基本規范》，按式（1）計算最大頂力

Pmax=1.2[N1·f1+（ N1+ N2） ·f2+2E·f2+R·A] （1）

式中：Pmax-最大頂力，kN；N1-箱涵頂上荷重，kN；N2-箱涵自重，kN；f1-箱涵上表面與荷重的摩阻系數，取f1=0.17～0.34；f2-箱涵底板與基底的摩阻系數，取f2=0.7；E-箱涵兩側土壓力，kN；R-鋼刃角正面阻力，kN /m2；A-鋼刃角正面積，m2。

2.4.2 頂進取土施工

涵頂進采用帶土頂進，每次挖土進尺及開挖面坡度根據土質情況、線路加固情況和千斤頂的頂程確定。開挖坡面平順整齊，不得有反坡；列車通過時，嚴禁繼續挖土，人員應撤離開挖面1m以外。

2.4.3 箱涵頂進

⑴試頂。試頂的目的是檢查頂進設備是否正常，頂力是否均勻，后背，滑板及箱身有無異狀，并使箱身及滑板分離。

試頂時，油泵需逐漸加壓，每次升壓后需穩定10分鐘，并對設備、滑板及后背梁進行檢查，油泵升壓大小及間隔時間如下表：

⑵頂進。頂進工作的過程是：當前方挖土完成一個頂程后，即開動高壓油泵，使千斤頂產生頂力，通過傳力設備，借助于后背梁反作用力，推動箱體前進。箱體前進后，回鎬使千斤頂復原，然后在空檔處放入頂鐵，以待下次開鎬。如此反復直到箱涵頂進就位[2]。

為保證箱形橋頂進質量，必須對頂進過程嚴格控制，以確保處于同一水平面上，同時要確保軸線符合設計要求。在箱體頂進到位后即可進行線路回填、拆除便梁。

2.5 拆除便梁，恢復鐵路線

在箱涵頂進到位后，申請封鎖拆除便梁。在拆除便梁施工前，應備足回填用砂及道碴。箱涵兩側先填筑河砂并沖水密實，封鎖后線路回填道碴，搗固密實，拆卸D梁牛腿扣件，軌道吊拆除D梁。根據路局封鎖天窗時間確定抽換鋼橫梁根數，調整枕距，回填道碴搗固密實。軌道必須有24h以上的慢行養護時間，待道床基本下沉穩定后且工務驗收合格后方可解除慢行恢復常速行車[5-6]。

3 大角度箱涵頂進施工技術難點攻克及創新措施

該工程施工的難點主要為：（1）箱體自重和體積較大，斜交角度大，在頂進過程中對便梁存在威脅，需對便梁支墩采取進一步加固措施；（2）箱涵凈空高，距河道近地下水位高且地質情況復雜，頂進出土易造成路基坍塌，控制切土頂入難以實施； （3）箱體自重大，框架涵頂進過程易發生方向偏差、“扎頭”及“抬頭”現象。針對上述難點，優化后方案如圖2。

3.1 便梁加固創新措施

便梁支墩是便梁的主要受力點，在框架涵頂進過程中便梁一旦發生位移將直接造成線路變形，影響行車安全，因此便梁的穩定性十分重要。為進一步加強便梁強度，采取便梁支墩介入設置限位樁方案。該項目便梁支墩設計為人工挖孔樁，采用C40鋼筋混凝土澆筑，共需施工6根3排便梁支墩挖孔樁（見圖2）。

⑴設置便梁支墩限位樁的目的。對便梁支墩采取加固，增加橫向和縱向阻力， 目的是為確保框架涵頂進過程中便梁和線路的穩定，防止便梁發生位移。

⑵便梁支墩（挖孔樁）和便梁限位樁的關系便梁支墩承載了便梁、線路和通行列車的全部重量，為主要受力點。便梁限位樁在便梁支墩樁頭對便梁進行限位，加強便梁的橫縱向摩擦力，防止便梁在框架涵的頂進過程中發生位移。

⑶ 便梁支墩限位樁的設置和安裝方案。在挖孔樁澆筑后期，將P50短軌插入挖孔樁樁頭。要求限位樁插入混凝土深度不得低于50 cm，高出混凝土高度建議為30～35 cm為宜。組裝就位后，限位樁和便梁間空隙用方木（木枕）塞緊。限位樁不宜過高或過低。過低影響枕木頭塞緊強度，過高影響行車安全（見圖3）。

⑷設置便梁支墩限位樁的效果。實踐證明，便梁支墩設置限位樁可以明顯增大便梁橫縱向受力強度，防止便梁產生位移。經測量，整個施工過程中，鐵道線路縱向和橫向位移最大為2 mm。

3.2 框架涵切土頂入路基防坍塌控制

⑴ 框架涵切土頂入的意義和重要性.在框架涵頂進過程中，應嚴格控制箱體切土頂入。切土頂人的含義是框架涵頂進過程中路基與框架涵（u型槽）側墻必須充分接觸，一般預留150mm×180mm切土厚度，當框架涵整體頂進到預設位置后，框架涵與路基間不應產生縫隙。縫隙嚴重影響到營業線行車安全，如產生縫隙，應立即采取補救措施，需使用5%水泥穩定碎石填料進行填沖夯實，施工較為困難，增加成本投入。

⑵防坍塌優化方案。該大型框架涵頂進挖土以人工開挖和機械開挖相結合為主，該框架涵下穿既有丁里車站雙股道，基坑開挖深度達7.5m，基坑側墻坍塌隱患較大。在頂進過程中控制過度超挖的同時，還需控制切土頂入。為防止開挖時頂進路線上路基邊墻土方坍塌，將采取下述優化施工方案： ①在頂進線路中心路基上挖土斷面為長方體（60 cm深，500 cm寬，上方挖空）；②在長方體下方向路基頂部兩側取土修坡（坡深度為25～30 cm），形成約45。的斜坡（斜坡可以防止側墻土方倒塌）； ③在頂進過程中進一步修坡成直角，減小頂進阻力，直至切土頂進完成。

3.3 框架涵頂進高程控制技術措施

在框架涵頂進過程中，箱體的位置控制相當重要。一旦頂偏或者發生“扎頭”、“抬頭”情況，后果嚴重，所以要動態監控和做好防范措施：

⑴加強頂進過程中的動態控制.頂進應貫徹“小挖、慢頂、勤測、勤糾”的原則，每一頂程土方開挖完畢后，及時對軸線高程進行觀測，發現偏差及時采取措施糾正。在頂進中如發現左右偏差較大時，可增減一側頂力調整或用挖土調整，然后繼續頂進[7]。

⑵防止框架涵“扎頭”和“抬頭”措施。由于箱體較大，自身質量過大，當箱身重心脫離工作坑底板時，容易產生“扎頭”現象。

①在施工過程中需及時核對設計地質資料，檢測滑板下地基承載力是否與設計相符。以免箱體頂進重心在移出滑板端部時箱體前傾“扎頭”。

②做好基坑及線路兩側的降水，水位線需降至箱底1m以下為宜，以免箱體帶水頂進造成基底土質軟化箱體“扎頭”。

③在箱體預制時預留滑板仰坡，利用船頭坡，將高出部分土壤壓至箱底，以防箱體在頂出滑板時因支撐條件變化造成“扎頭”船頭坡一般采用1：10。

④如箱體吃土過多易造成“抬頭”現象，可適當減小箱體前端吃土量控制。

⑶頂進過程框架涵高程控制效果。通過上述控制手段，框架涵頂進施工完畢后，框架涵上下左右偏差均在設計偏差允許范圍之內。

4 結語

頂進法施工已成為既有交通設施平改立和增加下穿式立交通道的一種重要施工方法，大角度斜交頂進箱涵施工技術將被逐步推廣應用。以符夾線擴能工程符離集至新河段平改立工程為背景，從既有線路處理、工作坑開挖、滑板施工、線路加固、箱涵頂進和頂進過程中的糾偏等進大角度斜交頂進箱涵施工技術研究總結，以期能為類似工程提供有意義的參考和借鑒[8]。

參考文獻

[1] 徐大平.斜交頂進涵結構設計分析及施工技術研究[D].石家莊：石家莊鐵道大學，2016.

[2] 樊丹華，劉鳳奎.淺談頂進框架箱涵的施工技術[J].南陽理工學院學報，2011， （5）：55-57.

[3] 賈曉輝.鐵路站場頂進涵施工技術研究[J]. 鐵道建筑技術， 2015，（12）：50-53.

[4] 中鐵十局集團有限公司TB 10303-2009鐵路橋涵工程施工安全技術規程[S].北京：中國鐵道出版社，2015：149-153.

[5] 譚恩鋒.既有線頂進涵施工關鍵技術[J].山西建筑，2012， 38（32）：198-199，267.

[6] 中華人民共和國鐵道部.TB10002 1-2005.鐵路橋涵設計基本規范[S].天津：鐵道部第三勘察設計院，2005.

[7] 劉銘源.鐵路既有線頂進涵施工關鍵技術及質量控制研究[J].中國鐵路，2011， （9）：47-50.

[8] 王濤.淺談頂進涵施工[J]. 經營管理者，2016，（6）： 424-425.

收稿日期：2017-03-22

作者簡介：郝子棋（1983-），男，大學本科，高級工程師，研究方向為路橋。