探討下穿鐵路框架橋的頂進施工技術

鄭文豪

（中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司 湖北武漢 430000）

引言

下穿鐵路框架橋的頂進施工方法，是解決道路與鐵路相交的主要方法。平交道口改為立交道口，由于其獨特的優點及適用性，被各大城市廣泛地推廣應用，極大地緩解了城市交通壓力，但是施工風險也極高，易出現既有線路基土體失穩或者由于地基處理不足導致的質量事故。因此，在下穿鐵路框架橋的施工中，合理應用頂進施工技術尤為重要。

1 頂進施工方法分析

頂進法施工，是不需要爆破直接施工開挖土層的地下結構施工，經常用于建設地下重要管線和下穿既有道路或鐵路的各種框架橋。其施工特點就是施工開挖不影響既有運行車輛的日常出行，將利用千斤頂力施加預制完備的箱涵上，頂入路面下的地層之中。頂進法是地下結構物施工重要的施工方法，根據工程地質條件、施工技術要求、工期要求等因素的不同，頂進法可分為頂入法、中繼間法、對頂法、頂拉法等，下面詳細闡述施工方法的適用性：

（1）頂入法施工

橋梁下穿既有道路或者鐵路工程，不管是斜交角度、框架結構跨度、覆土厚度等不同因素的限制，在施加頂力完備的情況下，頂入法可將結構一次性頂進完成。它最初用來建設地下管道，其優勢就是工序簡單明了、施工方便。但下穿鐵路修建箱涵施工，工作坑布設在鐵路一側，這就需要很大的頂力頂入施工。

（2）中繼間法施工

中繼間法施工適用于箱涵頂程過長、覆土厚度較深、提供頂力不能滿足工程要求等情況，這時就需要將主體分段頂進。將框架結構分成幾段分別預制，在分段中間設置中繼間千斤頂，前端箱涵結構視后端結構為后背，通過后端結構反作用力進行前端施工頂進。

（3）對頂法施工

對頂法施工應用于框架結構較長、頂力需求較大、工作坑場地限制等情況，導致修筑后背和安裝頂進設置比較困難。它可以減少后背反力和頂力需求，但是兩側框架對接要求較高，建設投資費用也較昂貴。對頂法是將箱涵分成兩段框架制作，在不影響鐵路運行的兩側合適的位置分別開挖工作坑，預制滑板，修建后背墻，同時利用反力將框架分別頂入土層。

（4）頂拉法施工

當箱涵下穿多股既有鐵路線、主體結構較長、結構頂部覆土厚度較小時，宜采用頂拉法架空頂進。它一般適用于修建中小型箱型框架，可優先解決后背需求難以滿足的問題。頂拉法將整體箱涵分成若干段框架，不用修建固定后背，采用足夠長的鋼筋將各段框架連接到一起，借助中繼間施工原理，利用兩段或多段框架與土層、滑板的摩阻力，利用千斤頂克服另一段摩擦阻力，將框架結構逐段頂進至設計位置。

2 某市下穿鐵路框架橋工程概況

項目為2×11.5m雙孔框架地道橋下穿鐵路工程，南北兩側各兩節箱體，新建道路為南北走向，鐵路為東西走向。北側橋體在不中斷鐵路線行車通行、南側橋體在駝峰線單鉤溜放的條件下，頂進就位，頂進4段框架地道橋。工程主要特點為：周圍環境復雜，需下穿10條鐵路線，既有鐵路路基沉降要求高，安全風險大，對既有線加固工作量大、范圍廣；地質條件差，持力層處淤泥質粉質黏土，承載力只有85kPa，流塑狀態，屬軟土且厚度較大，承載力很低，自穩性差，開挖時易產生線路溜向工作坑，頂進時易產生扎頭；頂進箱體南北兩側共計117.788m，頂進段梁體分段多，防止地道箱體漏水存在較大難度。

3 頂進施工技術分析

3.1 頂進坑設置

頂進工作坑采用樁長28m，樁徑1.25m，間距為1.5m，共638根（其中南側頂進坑358根，北側頂進坑280根），樁頂設通長冠梁。圍護結構止水帷幕水泥攪拌樁為雙排咬合樁，樁徑0.6m，樁間距0.4m，具體布置如圖1所示。

圖1 南北側頂進坑平面布置圖（單位：mm）

根據鉆探情況分析，地下水位較高，為保持干槽（坑）施工，鐵路兩側及工作坑四周需設置降水井進行降水。綜合考慮多種因素的影響，采用大口井井點降水，管井共計114眼（南側58眼，北側56眼），管井鉆孔直徑600mm，管井底標高均為-11.5m。降水范圍包括工作坑、后背、出土坡道、橋體頂進既有線范圍，具體布置如圖2所示。

圖2 南北側降水井布置圖（單位：cm）

3.2 頂進施工

該工程采用挖土頂進法施工，雙向對頂，南側頂程91.325m，最大頂力191952.6kN；北側頂程75.878m，最大頂力107800kN。

3.2.1 工藝流程

安裝調試頂進設備→試頂（空頂）→頂進（出土）→頂進（出土）→箱體監測、線路觀測維護、更換頂鐵或橫梁、挖土和出土→箱體頂進→頂進觀測、糾偏→箱體測量是否就位→頂進結束。

3.2.2 頂進及挖土施工

（1）進挖土共計31348.2m3掘機和一臺裝載機出土作業。頂進的頂力不能過大，一般為橋體自重0.8～1.3倍，專人對滑板、后背框架和設備進行檢查。

（2）挖運土作業采用挖掘機挖土，刷坡并配合裝載機、自卸汽車外運的施工方案，設專人指揮挖土作業，防止超挖，以免造成“扎頭”現象。頂進施工中嚴格做到四不挖土：①過車時不挖土；②交接班時不挖土；③機械設備發生故障時不挖土；④較長時間不頂進作業時不挖土。

3.2.3 頂進方向控制

措施從啟動頂進到箱橋入土前的空頂階段，主要利用導向軌（放置在導向墩和箱橋之間的鋼軌）限制方向，箱體入土后，通過調整左右開鎬數量和側刃角不對稱吃土的辦法加以控制。

3.2.4 水平控制措施

（1）防止扎頭：在滑板施工時，滑板面預留1‰的仰坡，給箱體以爬坡趨勢，以升制降。在底板前端1.5m設置船頭坡，頂進時船頭坡擠壓土體產生一個向上作用力。

（2）防止抬頭：當箱體出現抬頭趨勢時，可通過減小側刃角及底板吃土量和箱體前端增加配重等措施來制止箱體抬頭。

3.3 線路加固方案

（1）縱梁線路加固體系

縱梁加固體系是以縱梁為主要受力構件的線路加固，屬于“梁式結構”，它最大的特點主要是隨著跨度的加大，承受的最大應力以二次方的速度増長。采用縱梁線路加固體系，箱涵框架結構頂進時不需要分擔線路加固荷載，可以空頂施工，避免了因土方坍塌影響列車正常運行的問題。它滿足于跨度較小的框架施工，無法滿足大跨度的箱涵施工。工程中為了盡可能地彌補這個缺陷，采取在箱涵頂進前方范圍設置人工挖孔樁，頂進至樁位置時拆除樁即可。

（2）橫梁線路加固體系

橫梁線路加固體系是以橫梁為主要受力構件的結構加固，屬于“板式結構”，可以沿著線路方向進行無長度限制的延伸。橫梁承受線路荷載可分為支撐枕木底部和支撐軌道底部。線路加固體系采用支撐軌道底部時，必須防止鋼軌短接，在軌道底部須布設橡膠板或絕緣木板。采用支撐枕木底部時，枕木對上部傳來荷載的分散作用相對于橫梁受力而言要好些，施工過程中開挖基床較深，對既有路基影響較大。橫梁線路加固體系更適合大型框架橋地道橋的線路加固。

4 下穿鐵路框架橋的防水措施

（1）在箱體接縫處設置橡膠止水帶，同時在頂進段外側設置1cm厚鋼板，防止在頂進過程中土體對止水帶的破壞，同時防止在頂進過程中周圍土體進入箱體內部。

（2）在兩節箱體間設置橡膠止水帶，若止水帶與頂鎬鋼板沖突，在鋼板后側預留止水帶孔槽，待頂進后再進行止水帶施工。

5 結語

該工程針對地道下穿鐵路框架橋頂進施工的各階段提出了相對應的處理措施，既保證了工期要求，又順利安全的穿越運營中的鐵路，其施工經驗可供類似工程參考。