大噸位框架橋長距離頂進施工技術研究

燕玉敏

摘要： 以大噸位下穿鐵路框架橋長距離頂進工程實例為背景，針對框架頂進過程中最易出現的問題“扎頭、偏位”，詳細闡述施工控制措施，實現框架橋準確頂進就位，提高施工效率，確保框架橋身質量，達到了預期的目的，也可為今后類似項目提供經驗參考。

Abstract： Taking the example of large-tonnage underpass long-distance jacking of a railway frame bridge as the background， the paper expounds the construction control measures in detail aiming at the most vulnerable problems in the jacking process of the frame， realizes the accurate jacking of the frame bridge into position， improves the construction efficiency， ensures the quality of the frame bridge body， achieves the intended purpose， and provides the experience reference for similar projects in the future .

關鍵詞： 大噸位；框架橋；長距離頂進；技術研究

Key words： large tonnage；frame bridge；long-distance jacking；technical research

中圖分類號：TU375.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）16-0151-04

0 引言

隨著國內道路工程建設的發展，框架橋頂進施工越來越多的被應用于下穿公路或鐵路立體交叉。新建立交橋橋型為雙孔框架結構，為減少施工對鐵路的影響時間，框架采用鐵路線路外預制，頂進就位成橋的施工方法。分析以往框架橋頂過程中經常遇到的軸線偏移及扎頭現象，結合327國道下穿鐵路框架橋頂進實際情況及采取的各項措施，總結施工經驗編寫多跨大孔徑、大噸位、長距離框架橋頂進施工技術研究。

1 工藝原理

框架頂進施工作業原理主要是在基坑內滑板上面預制箱涵，待對既有線路設施必要加固后，以后背墻為支撐，利用千斤頂對已預制好的框架橋施加頂力，克服框架與地面及兩側土體接觸面的摩阻力向前移動，通過增加傳力柱實現框架橋持續向前推進，直至頂進框架橋到達設計位置，然后在框架橋前后兩端施工端翼墻附屬結構及路面工程，實現下穿鐵路立體交叉的目的。

2 施工特點

①工序簡單，操作在工作坑內進行，質量可控，減少對營業線影響，安全風險小。

②頂進路線全過程均可實時監控、更好控制軸線和高程。

③施工效率高，頂進就位后可立即進行下道工序施工，工序銜接快。

④適用廣泛，正交、斜交均可進行頂進施工。

⑤簡單易行、成本較低，可縮短工期，經濟效益良好。

3 現場應用

3.1 工程概況

327國道韓城龍門至龍象公路下穿鐵路工程依次下穿象山礦專用線（2股道）、西牽線、候西上行線、候西下行線、貨牽線、機待線共七股道。下穿工程設計為2孔框架橋結構，橋中心線位于韓城火車站西側侯西線K106+189.669處，交點處公路里程為K19+412.76。新建框架橋與侯西鐵路斜交，框架橋結構分為3部分，采用現澆與頂進相結合的施工方法，在最南部2股道貨牽線與機待線采用2-14.5m連體框架橋結構，其余均采用14.0+14.0m單體框架橋結構。分為A、B、C三個節段。

其中頂進部分B2段頂進行程66.2m，頂進重量4002T，最大頂力6003T，每延米最大頂力297T。

B1段框架橋頂進行程66m，頂進重量4002T，最大頂力6003T，每延米最大頂力297T。

C段框架橋頂進行程57.1m，頂進重量5472T，最大頂力8208T，每延米最大頂力239T。均為多跨、大孔徑、大噸位、長距離框架橋頂進。

與正常的框架涵頂進相比，頂進過程中最易出現的問題就是“扎頭、偏位”，而大噸位長距離框架頂進施工時，這些問題最為突出也更難解決。本篇以327國道龍門至龍象公路下穿鐵路工程為背景，詳細總結了施工中的解決措施，以供今后施工參考。

3.2 最大頂力計算

框架頂進的最大頂力計算公式如下：

P=K[N1f1+（N1+N2）f2+2Ef3+RA]

P——最大頂力； K——安全系數，取1.2；

N1——框架橋頂上的總荷載；

f1——框架橋上表面與頂上荷載的摩阻系數；

N2——框架橋自重；

f2——框架橋下表面與基底的摩阻系數；

E——框架橋兩側的土壓力；

f3——框架橋側表面與土的摩阻系數；

R——刃腳正面阻力；A——刃腳面積。

一般情況下，設計院會給定設計最大頂力，P=1.5N。式中，P為設計最大頂力，N為框架涵自重。

以上公式參考《路橋施工計算手冊》P635。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

4.2 施工操作要點

4.2.1 既有設施加固

對可能影響施工安全的周圍設施進行有效加固，包括開挖后兩側邊坡防護、既有路肩、信號燈、轉轍機、纜線、接觸網基礎等。

4.2.2 開挖支墩

首先按照設計圖紙放樣支墩孔位位置，再進行人工開挖，利用小型機具（滑輪機具+卷揚機）進行吊土，邊挖邊施作護壁，分節立模澆筑護壁混凝土，直至到設計深度。同時，按照設計圖紙安放孔樁鋼筋籠。為防止開挖孔樁時，孔口周圍道砟落入孔樁內，可增設臨時擋碴墻，擋碴墻高度不得高于軌面。停止施工時，孔口設防護棚板進行加蓋，并做好防護警示，防止人員、雜物掉入坑內。

4.2.3 澆筑支墩及養護

挖至設計深度時，及時進行封底，并將提前加工好的鋼筋籠分節移入孔內（有接觸網的鐵路線路鋼筋籠在孔內綁扎成型），調整就位并固定鋼筋籠，焊接牢固，按照設計要求澆筑混凝土。

4.2.4 工作坑開挖

工作坑開挖嚴格按照設計框架橋位置，根據頂程及現場實際的地形地貌延伸至框架橋預制位置，工作坑兩側保留2.5m以上距離用于預制箱體時搭設外架，設置坑內排水溝及集水井。工作坑開挖前根據開挖坡度及現場實際標高計算出坡頂開挖線，對開挖線周圍進行清理，設置擋水堤或挖設截水溝，確保雨水季節坑頂水能截留在基坑外側，排到施工影響范圍以外。基坑開挖完成后，進行平面和水準測量。工作坑底密實平整，并有足夠的承載力。

4.2.5 頂進系統

頂進系統由后背墻、滑板、導向裝置、傳力柱、橫梁、千斤頂及高壓油泵構成。

①后背墻。后背墻是關鍵的臨時結構物，它必須能夠滿足頂進過程各階段的抵抗力要求。后背墻的設計安全系數取1.2～1.5。

根據頂力的大小，頂進千斤頂的布置情況，合理的設計后背墻，使后背梁在頂進時能夠均勻擴散頂力，避免局部損壞而無法工作。后背墻采用單排樁基礎加樁頂冠梁結構組成，全部采用C30鋼筋混凝土施工，墻背要有足夠的填土作為靠背，并做好排水設施。

②滑板。滑板是框架預制的基礎，也是框架頂進的必要組成部分。滑板必須具有足夠的承載能力，能承載框架橋的自重；具有一定的錨固力，防止頂進時滑動；表面平整，并設置潤滑層。

潤滑層可以顯著減少頂進時阻力，能夠降低對設備的要求，保護框架橋自身混凝土，提高頂進速度。

滑板采用鋼筋混凝土，施工之前，可采取壓實、換填等處理措施，保證滑板基礎的地基承載力。為防止頂進時滑板跟隨箱體一同滑動，在滑板下每隔3m設置1道橫向錨固梁。滑板的平整度嚴格控制在5mm以內，表面設置隔離潤滑層，隔離潤滑層面積不應小于箱體底板面積。

隔離潤滑層施工：在平整的滑板混凝土表面澆鋪一層石蠟，不平的地方可利用噴燈溶化找平，石蠟表面鋪設10mm厚滑石粉，再鋪設一層塑料布。注意塑料布的接縫應平整可靠，接口壓茬方向應朝向框架橋前進方向。

③導向裝置。為了控制框架橋頂進的方向，在框架兩側設置導向墩。導向墩距框架兩側5cm，沿滑板頂進方向每隔3m設置一處，寬0.5m，長0.5m，高1.1m，伸入滑板下0.6m，外露0.5m。立模板澆注混凝土，頂進時偏位被控制在可控狀態。

④傳立柱。傳力柱由頂鐵、頂柱構成，要能承受千斤頂的壓力不變形且安裝倒運方便。傳立柱安裝必須箱體頂進軸線一致，垂直于后背墻，每道傳立柱必須順直，長度與頂進三角塊長度差保持一致，按頂進長度隨時調整不同規格的頂鐵或頂柱。施工過程中應隨時關注傳立柱的變形情況，防止傳立柱崩出傷人。傳力桿及其配件與框架橋箱體、后背墻接觸面必須密貼，若存在間隙須用薄鋼板楔緊楔嚴，每排傳立柱松緊程度應一致。楔緊頂鐵時嚴禁大錘猛砸，以免鋼板卷邊，若發現有卷邊毛刺，應打磨修整后再用。頂進前應將不同規格的頂鐵、頂柱進行排列組合，方便填補或更換。安裝前，準備好運輸和起重設備。

⑤橫梁。隨著框架橋頂進距離的增大，傳力桿長度也隨之增長，為防止頂柱失穩、崩柱，需設置橫梁，橫梁起到橫向連接和重新分配頂力的作用。橫梁每隔6m設置一道，采用5根鋼軌組成的扣軌組。橫梁也可根據采用鋼筋混凝土結構制作，但要對其進行單獨設計。

⑥千斤頂。一般選擇行程較長的千斤頂，可減少更換頂鐵的次數，提高頂進效率。千斤頂的型號應統一，以保證千斤頂受力均衡，行程一致。若型號不同時，同型號的千斤頂應對稱布置。

⑦高壓油泵。高壓油泵應滿足液壓系統最大頂力的要求，并盡可能選擇功率大的高壓油泵以提高施工效率。為方便操作控制，宜采用一套高壓泵站給多臺千斤頂供油，并且能夠獨立控制各臺千斤頂的供油速度。采用多臺高壓泵時，每臺高壓油泵所連接的千斤頂應分為一組，對稱分布在頂進方向軸線的兩邊。頂進時各組千斤頂油表讀數盡量一致。

4.2.6 糾偏

由于框架橋各階段各部位的摩阻力不均衡或千斤頂性能差異，框架在頂進過程會發生偏位。本框架橋由于與上行線路斜交，寬度大，導致箱體前端與土體接觸面為錐形，很容易發生橫向偏位。發現偏向時必須及時進行糾偏，糾偏是個逐漸的過程，如果偏位較大，框架要向前頂進很長的一段距離才能完成糾偏。所以施工過程中應密切關注頂進方向和高程，及時調整。

4.2.7 過程監控

過程監控的主要內容包括：一是頂進的方向，在軸線上設置水平觀測點，定時檢查框架橋和導向墩的間距，觀測框架橋是否有左右偏位；二是設置高程觀測點定時測量，觀察框架頂進過程中是否出現抬頭或扎頭現象；三是后背墻位置原土是否出現裂縫，后背墻身是否有變形或破損。

4.2.8 挖土及出土

挖土頂進過程中采用挖掘機挖土，裝載機配合大車出土。開挖時必須設置專人指揮機械，每次開挖進尺控制在3m以內，嚴禁超挖。開挖面輪廓比箱體輪廓小10～20cm，保證箱體吃土頂進。挖土坡面的坡比不大于1：1，保持坡面平整，自上向下開挖，嚴禁底部掏土。出土時將枕木橫向滿鋪于傳力柱之上，與臨時道路連通，形成出土通道。每頂進一次，補充傳力柱與枕木，依次循環出土。施工運輸便道縱坡不宜大于10%。

4.3 頂進過程中的注意事項

①箱體在工作坑滑板上頂進時，由于滑板摩阻系數較小，導致側向力或滑板的傾斜度對箱體頂進方向的作用效果明顯，須特別注意監測箱體的軸線方向，箱體一經吃土，要加快出土速度，保持箱體不斷前進。

②每班頂進前，應檢查頂鎬、液壓系統，傳立柱與后背墻等設備狀態良好，掌握箱體方向及高程變化趨勢后，才能開始施工。在頂進過程中，必須做好施工記錄，隨班交接，隨時監控。

③千斤頂首次使用前，要多次空頂以排出油缸內多余的空氣，避免在頂進過程中出現突跳造成崩柱。

④在頂鐵和頂柱上標注出中心點，方便擺放時對正順直軸線一致，并注意頂柱長短型號搭配一致。頂柱接頭處加墊橡膠墊片，減輕錯位偏壓。

⑤頂進過程中嚴禁人員站在傳立柱上以及頂柱接頭附近，避免頂柱水平失穩發生外崩傷人。

⑥框架前端設置船頭坡，可減少頂進時刮掉潤滑層，同時防止出現扎頭。

4.4 頂進方向和高程的調整方法

①箱體開始時沿滑板前進頂出滑板后，在箱體自重作用下，由于滑板和土體的承載能力不同，底板前端的土體壓縮，使底板前端下沉，箱體開始扎頭。在箱體重心移出滑板后，扎頭更為明顯。當箱體繼續前進尾部脫離滑板后，箱體尾部下沉，扎頭的趨勢逐漸變緩，然后比較平穩地前進，直至就位。在這過程中，為了防止過大的方向及高程誤差，除加強觀測，認真預防外，還必須及時糾偏。

②控制千斤頂閥門，用增減單側千斤頂頂力的方式，進行頂進方向的糾偏。

③如果左右側分別采用兩個高壓油泵進行控制，可采用輪流開動兩邊油泵的方式調整頂進方向。

④在更換頂鐵時，可根據頂進偏差的大小，將一側頂鐵楔緊，另一側頂鐵預留一定的間隙。采用這種方式也可調整方向偏差，調整時應統計并掌握其規律，以作為施工參考。

⑤在箱體前端，可在一側超挖，另一側少挖土或不挖來調整方向。

⑥在箱體前端增加橫向型鋼支撐，支撐一端支撐于箱體邊墻，另一端支撐于開挖面，頂進時迫使箱體向被頂一側調整。

⑦在箱體墻背填土進行糾偏，箱體向右偏，左側多挖土，右側墻背填土，從而達到頂進過程中右側力大，左側受力小，達到箱體向左調整的效果。反之亦然。

⑧若箱體抬頭量不大，可把開挖面挖到與箱體底面齊平。若抬頭量較大，可在底板前超挖部分土體，在頂進中逐步調整，在未達到設計高程時，便應酌情停止超挖以免又造成箱體扎頭。

⑨由于框架橋自重較大，頂進時很容易扎頭，滑板施做時可略帶仰坡，減少扎頭。

⑩在預制箱體前端做船頭坡，以防止箱體頂進時產生扎頭現象。船頭坡坡度及坡長根據需要調整的數據進行計算，采用填土制成船頭坡形狀再鋪上塑料布，澆筑混凝土后形成船頭坡。

？輥？輯？訛挖土時，開挖面基底保持在箱體底面以上至少10cm，吃土頂進，減少扎頭。在頂進過程中適當調整挖土的深度，來調整箱體的抬頭量。

？輥？輰？訛由于頂進距離長，頂進過程中方向與高程調整是個逐漸并來回修正的動態過程，切不可為了調整扎頭最后導致抬頭過高而無法恢復，反之亦然。

5 施工質量控制

①嚴格遵照《鐵路橋涵工程施工質量驗收標準》（TB10415-2003）以及設計圖紙的有關要求。

②頂進系統各部位要進行受力計算，確保結構的安全可靠。

③傳力柱及橫梁各部件要組織專人驗收，確保結構質量合格。

④對進場的千斤頂進行驗收，檢查油管、油表、壓力表等是否正常，并對其進行標定。

⑤布置框架橋頂進獨立的測量控制網，隨時監測框架橋狀態，方便指導偏位和高程調整。

⑥預制箱身所采用的全部原材料必須按要求抽樣復檢合格，材料進場后應分類堆碼、覆蓋防潮，妥善保管。

⑦成立以項目負責人為首的質量管理領導小組，認真落實質量控制措施，嚴格落實質量管理責任制，把質量管理貫徹于施工的全過程。

6 施工現場照片

施工現場照片見圖2-圖5。

7 結語

改框架橋頂進方式施工與以往開挖后現澆的方式相比，有以下優點：

①對上方線路干擾少，影響線路時間大大縮短，減小了上方線路的行車安全；

②施工受營業線干擾小，更有利于質量控制，且施工速度相對較快；

③總工期大大縮小，效益高，充分體現了頂進工法的先進性和實用性，在工程技術領域值得推廣應用。

本篇通過對既有頂進涵施工實例的施工總結，解決了大噸位長距離框架橋頂進過程中“扎頭、偏位”的施工難題，為今后同類施工提供了參考。

參考文獻：

[1]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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