大型下穿鐵路框架橋破樁頂進施工工法探析

黃耀民

（南寧鐵路局建設管理處，助理工程師，廣西 南寧 530029）

1 前言

下穿既有線框架橋頂進施工工藝，有著不中斷既有線運營、土方開挖量少等優勢。隨著我國鐵路運行速度不斷加快，實現既有線平交改立交是目前解決增速難題有效方案之一。對于大型下穿鐵路框架橋而言，在一些雙線地段或者站場咽喉區，因線間距不能滿足施工便梁安設條件，此時就要采用工字鋼橫抬梁方法進行加固線路，即用破樁頂進的方法進行施工。

南寧市沙井～南站立交橋下穿鐵路框架橋工程建設成功運用了破樁頂進這項施工工法，整個框架橋下穿包括湘桂線、南環聯絡線、聯1線、牽1線、牽3線、貨場線、煤專線、湘桂A線共8條線路及站場股道。在工程建設過程中，面對長行程大跨度框架橋頂進方向控制難度大、破樁頂進對既有線加固支撐體系要求高等施工技術難題，筆者不斷摸索與創新，總結出一套大型下穿鐵路框架橋破樁頂進施工工法，解決了高風險及復雜地質條件下大型下穿鐵路框架橋頂進的施工難題，可為類似工程施工積累經驗和提供借鑒。

2 工程概述

南寧市沙井～南站立交橋位于南寧市沙井大道和南寧市南站鐵路相交處，采用12.25 m主車道+9 m匝道+10 m輔道+4 m人行道。其中，東主線、G匝道和D輔道擬通過新建2座立交橋下穿鐵路，兩立交橋均采用三孔連續框架，孔徑布置為（13.7 m+9.5 m+13.7 m）。新建立交橋橋位處現狀鐵路共8股道，由南至北分別是：湘桂線、南環聯絡線、聯1線、牽1線、牽3線、貨場線、煤專線、湘桂A線。

施工前，用工字鋼縱挑橫抬梁+P 50(3-3-3-3)吊軌梁對線路進行加固，共需加固8股道，縱梁采用Ⅰ56 b工字鋼，3根一束，采取單層布置。橫抬梁采用Ⅰ56 b工字鋼，間距0.5 m～1 m。縱橫梁采用直徑1.5 m人工挖孔樁作臨時支墩，設12排樁共144根樁支撐樁。按設計要求采用支護樁后背墻。框架預制完成、線路加固完成后方可實施頂進。頂進過程中采用支撐垛配合滑梁分散荷載，增加扣軌數量確保施工安全。施工期間湘桂線、南環聯絡線及湘桂A線列車實行限速45 km∕h通過，其余各列車實行限速25 km∕h通過。

3 破樁頂進施工操作要點

3.1 線路加固 線路加固方式需考慮多種因素，首先是安全方面必須滿足《鐵路技術管理規程》的相關規定；其次要考慮操作的可行性。由于需要跨越既有線多股道，線路加固材料只能依靠小型器械及人工搬運，材料重量不宜過大，此外由于多股道軌底標高不在同一水平標高，故需采用“縱挑橫抬”及“橫挑縱抬”相結合的方式對線路進行加固。道岔區的線路加固尤其關鍵。首先是道岔區線路抗橫移剛度較低，此外加固措施不到位容易影響相互間的兩條線路，且后期調整困難。經過實踐檢驗，采用增加扣軌數量是行之有效的方案，如圖1所示，但是需確保與輪轂之間的安全距離并預防“紅光帶”。

圖1 線路加固示意圖

3.2 頂進施工

3.2.1 頂進施工準備 頂進前需要做好以下幾方面的準備工作：一是注意滑板的施工質量，其平整度和摩擦系數需檢測合格；二是框架預制過程中需要埋設相關的預埋件，如中繼間設施，頂墻預埋鋼板及防線路橫移措施預埋件；三是做好頂進設備的安裝與調試；四是做好監控量測的預埋點位布設；五是頂進應急搶險物資的儲備。

3.2.2 框架頂進

3.2.2.1 框架頂進總體施工步驟如下：

試頂→挖土頂進→拆除支承挖孔樁和縱梁→挖土頂進→框架就位。

3.2.2.2 頂進設備安裝調試和試頂

1）設備安裝。頂進最大框架箱體長27.6 m，最大頂力為13 100 t，采用相向對頂的方法頂進，共需500 t千斤頂80臺（其中12臺備用），最大頂程為35.9 m。

2）調試和試頂。調試工作包括全面檢查液壓元件是否可靠、千斤頂功能有無異常，管路有無泄漏，測定起動推力，檢查后背的變化情況等。

試頂前應檢查以下項目，符合下列要求方可試頂。

（1）箱身混凝土必須達到設計強度。

（2）線路架空加固情況良好，后背及頂進設備情況良好，現場照明良好。

（3）油壓表應按規定送技術監督局進行標定并取得鑒定合格證，液壓系統安裝及試驗情況良好。

試頂時應做到：

（1）各關鍵部位及觀測點處均有專人負責，隨時注意變化情況；

（2）當千斤頂活塞開始伸出，頂柱（頂鐵）壓緊后立即停頂，檢查各部位情況無異?，F象可再開泵，直至箱身起動。

（3）開泵后每當油壓升高5～10 MPa時須停泵觀察，發現異常，及時處理；

（4）試頂完成后還要進行一次全面檢查，如各部情況均屬良好便可進行正式的頂進作業。

3.2.2.3 頂進組織和工藝

1）頂進程序（1）當箱身在基坑底板上移動時，其流程如下：千斤頂工作→箱身前移→油泵回油→箱身停進→接（換）頂鐵→千斤頂工作，如此反復進行。

（2）當箱身與路基接觸后，在接（換）頂鐵的同時增加挖運土方工序，其流程為：

千斤頂工作→箱身前移→油泵回油→箱身停進→接（換）頂鐵的同時進行挖土、裝土、運土以及基底處理→千斤頂工作，如此反復進行。

2）安裝頂鐵和頂柱。頂進前將不同規格尺寸的頂鐵、頂柱進行組合，在頂進過程中按頂進長度進行安放。事先要準備好足夠的拖運和起重設備，用于安裝鋼橫梁、頂鐵頂柱，配合頂進施工。每增加4～8 m頂柱增設一道鋼橫梁，以增加頂住的橫向穩定性。

3）破樁頂進。鑿除支承縱梁的挖孔樁，如圖2所示。

圖2 破樁頂進示意圖

具體施工方法如下：

（1）使用2臺卷揚機從兩組橫抬梁間把下方的大縱梁吊起，拆除樁頂墊木，使大縱梁脫離支撐樁頂（支撐樁不受力即可）。

（2）破樁時，從框架中心向兩邊勻稱破除，待樁破除的剩余高度不影響放下和抽出大縱梁時，使用卷揚機放下大縱梁，使用挖機把大縱梁從框架內拽出，再使用吊車運出基坑。

（3）支撐樁破至框架底板底面以下1.0 m后，采用級配碎石回填密實。

破除孔樁頂進過程中，先撤除支撐枕木垛與橫梁之間的木尖，將工字鋼落于滾筒上，支點落于框架頂面，利用滾筒減少橫梁與框架之間的摩擦將框架頂進，同時采用8 t倒鏈葫蘆牽拉在扣軌排最外一側，倒鏈葫蘆間距4 m，頂進時隨著頂進速度緩慢拉緊，防止線路跟著頂進框架橫移，每完成一次頂進后，立即采用100 t千斤頂將橫梁頂起，然后安放支撐枕木垛及雜木板，并打木尖恢復線路。

為加快頂進速度縮短對線路行車的影響，采用人工配合挖掘機三班倒挖土，每次挖土進尺按0.5 m左右控制，開挖面坡度不陡于1：0.5，開挖時先挖中間及底部，再挖邊部。如在頂進挖土過程中檢測基底承載力不滿足設計要求可采取換填速凝混凝土等措施，基底頂面應稍高2～3 cm。挖兩側土方時應該適當欠挖切土頂進，減少暴露時間防止側塌。頂進過程中如果發生路基坍塌，必須清除全部坍塌松土，回填級配碎石（摻5%水泥）處理。

4 頂進監控量測

頂進過程中的監測主要包括以下內容，一是對線路的監測；二是對頂進后背、頂墻的監測；三是對框架位置、高程的監測。主要通過以下方法預測。

頂進線路監測由現場技術員與車站、工務段施工人員配合檢查，除了日常巡檢，堅持“趟檢”、“交接檢”，每趟車過后均及時檢查，交接班前班后均檢查，填寫巡檢日志，及時反饋檢查出現的問題，采取應對措施。

頂進后背及頂墻的監測措施：一是實時監測最大頂力，通過控制最大頂力不超過設計值確保后背的安全。二是對頂進后背墻的位移監測。通過布設在頂進后背墻影響區域外的置鏡點和定向點定向軸線，通過校核點對置鏡點和定向點進行位置校核，即三點之間連線夾角α變化值在允許范圍內（2″），然后對后背觀測點的主位移值進行觀測（初始位移值在頂進開始前采集X0,每次的觀測值為Xn、變化值△x=Xn-X0），主位移值超過容許值則進行預警，并及時采取糾偏措施，如圖3所示。

圖3 頂進后背監測示意圖

框架頂進過程中的位置監測采用以下方法：一是采用“軸線控制點約束法”，即在框架頂程外的軸線上設置兩個控制點配合測量吊架對軸線偏位情況進行測量，如圖4所示。二是在框架外側設置頂進控制邊線，即框架邊線外約50 cm沿著頂進方向設置控制邊線，沒頂程測量距離的變化情況，根據相似三角形原理推算出偏移距離，對框架頂進情況進行調整。三是高程測量方法即外掛透明塑料管彎成槽形固定在邊墻上，內裝紅色液體，在兩端直立段標出設計坡度要求的液面位置。檢查時只要看兩端液面是否與所標示位置一致即可，并可根據需要設置刻度尺，根據刻度尺讀數精確測量框架高程位置偏差，如圖5所示。對于切土頂進的框架高程軸線控制可以借助全站儀、水準儀及激光導向儀等輔助量測。

圖4 軸線控制點約束法示意圖

圖5 箱身頂進前后水平觀測裝置圖

5 頂進糾偏措施

對于頂進過程中通過量測發現的線路問題，框架軸線高程偏位問題需根據具體情況采取不同的糾偏措施。對于常見的線路橫移及沉降情況，采取以下應對措施：一是增加雜木楔片或者補充道砟。二是增加扣軌梁或軌距桿。三是采用倒鏈葫蘆配合滑移設備調整。四是對于兩側框架對頂的情況，可以適當采用對頂框架的反作用力調整線路橫移。如圖6所示。

圖6 線路糾偏措施示意圖

對于框架出現軸線偏移情況，根據偏移量的大小選擇以下幾種方式進行糾偏。一是采用“超、欠挖土法”。對于框架偏移側的土體適當欠挖，而另一側土體適當超挖，使偏移側切土頂進，利用土體摩擦力和反作用力調整框架位置，這種方法調整框架偏位較為迅速，但是必須確?？蚣艽蟛糠趾磉M入土體，否則容易出現“擺尾”即整個框架軸線平行橫移的情況。對于軸線偏位不大的宜采用“不均勻布頂法”。此種方法可分兩種方式實現，即兩側油頂數目不等或兩側油頂對框架軸線的力矩不等的方法調整。此外軸線偏位還可采用“外加導向梁法”提前干預，即在框架外側設置鋼筋混凝土導向梁，約束框架的兩側位移，使其沿著設計軸線方向移動。但是這種方法僅適用于框架自重較小的情況，且對導向梁的施工要求較高，要求導向梁具有較大的抗剪強度?？蚣茌S線偏位調整情況如圖7所示。

圖7 框架軸線偏位調整

對于框架出現的“抬頭、栽頭”情況，可以根據現場實際偏移量采取以下糾偏措施：一是框架內部堆載法，即在框架抬頭位置堆載重物，使其頂進過程中出現“栽頭”趨勢，逐步調整至設計標高，這種情況對基底及滑板的承載力要求較高，對于不良地質情況不宜采用此法。二是采用“壓樁法”，即在框架底部預留方形缺口，預制小型混凝土樁，在“栽頭”位置使用油頂將預制樁“擠入”底部土體，使框架底板抬升，達到糾偏的目的。三是采用“滑板接長法”，即在頂進方向采用混凝土硬化滑板，逐步調整框架高程使其滿足設計要求，如圖8所示。

圖8 滑板接長示意圖

6 工法應用實例

6.1 本工程應用實效 南寧市沙井～南站立交橋下穿鐵路框架橋頂進就位后，經量測，各項參數指標完全滿足設計及規范要求，其中對頂的兩節框架軸線偏差2 cm，高程偏差2.5 cm，遠遠優于規范容許值（對頂高程偏差小于1%頂程且≯+15cm、-20cm，軸線偏差≯10cm），如圖8所示。

圖9 頂進精準到位示意圖

6.2 類似工程應用實例 該工法還成功應用于南寧市東西～南北快速路下穿湘桂鐵路工程、云桂南憑四線鐵路工程和南寧邕寧區龍崗片區3號路下穿南環鐵路工程等，在施工過程中安全質量可控，框架頂進至就位過程中框架高程、軸線偏差及既有線行車安全均符合規范要求。

7 結束語

該工法在項目施工中成功實現了縱挑橫抬梁線路加固取代傳統的架便梁加固方式，并利用鋼護筒、枕木、鋼板組合結構形成滑動面，有效保證頂進過程中既有線的穩定，提高了安全系數，經濟性和適用性明顯。

［1］馬孟櫸.淺談鐵路既有線雙線同時撥接施工技術［J］.建筑與施工,2015.

［2］馬宏偉.寶成線改線軌道撥接施工技術［J］.施工技術,2016.