大跨徑箱涵線下頂進技術

鄭佳豪

（350322198609290011， 福建 福州 350005）

頂進法在運量大的營業線箱涵施工中的使用頻率較高，不但占地拆遷少，而且對過往線路不會造成過大的不利影響、施工耗時短。在既有線下開展箱涵頂進，因路堤的主要構成是砂性土，在施工期間極易導致垮塌，安全風險高，而常見的“扎頭”、“抬頭”現象又難以避免。為了解決這個難題，本文采用“便梁掏底和利用涵端刃角帶土頂進”的方式，以使箱涵能夠完全頂進到位并且無安全隱患。

1 工程概況

鷹廈鐵路改造中，大跨徑箱涵下穿既有鐵路，箱涵和線路斜交形成70度角。箱涵結構尺寸:15×8m。正長30延米，分成長度為17m和13m的兩節。由于箱涵跨度大，且路堤的主要構成為砂性土，密實度 不足，高10m屬高路堤，需要采取措施，確保施工期間路基平穩。

2 施工難點

既有線路行車密集，需要在施工過程中對線路架空固定。在箱涵頂進的時候，因為線路軌底到涵底的高度為10m，采用D24便梁來完成加固[1]，箱涵外側至便梁支點的間距僅為6m，無法符合相應的1：1安全放坡標準，同時該支點所在的位置恰好為砂性土，會導致安全事故。所以，對于本工程而言，最大的難點就是如何確保在箱涵頂進期間使便梁支點具有足夠的穩定性。

3 施工措施

3.1 線路架空措施

用D24便梁工法加固線路[2]，頂進過程中對過往車輛進行限速為45km/h，以避免由于車速過快導致基坑土體倒塌，用人工挖孔灌注樁上設置枕木垛的方式加固便梁支點。便梁支點如下設置：

線路外側的支點設在路肩上，使用人工挖孔樁，長度及直徑分別為7m與1.5m（圖1）。

圖 1 線路外側便梁支點設置 (單位: m )

利用枕木垛和扣軌對線路中間支點加固。因為 2股鐵路線間距只有 4m,工作面小，人工挖孔樁無法施工，且行車密集，人員穿越鐵路施工極其危險。擬采用3層枕木垛+2層扣軌橫向加固，這樣行車荷載傳遞到便梁上，而便梁的力傳遞到扣軌,扣軌具有一定的剛度和延度，火車通過時既保證了線路的穩定又具有一定緩沖沖擊荷載的能力，扣軌橫穿線路兩頭搭在外側的挖孔樁頂面，最終把力傳遞到挖孔樁上。枕木垛質量輕便于移運，材料自身又具有足夠的強度抵抗壓應力，3層枕木垛受壓面積經過計算符合要求(圖2)。

圖 2 線路架空平面設置 (單位: m )

中間支點施工前，要對線路進行整體加固，保證道床掏空后，整個線路軌面標高依然符合既有標準，然后才能進行中間支點開挖:縱、橫向扣軌分別選用43kg/m鋼軌雙層扣與單層扣。線路加固完善后，再將軌底下的填土和道砟挖除，挖到支點底高程（枕木垛底）后，打入3排長1.5m、直徑50mm鋼管樁，而后鋪上枕木垛3層，最后橫穿2層扣軌，橫穿時，需借助卷揚機對鋼軌進行拖拉到達指定的位置（每根鋼軌為12.5m，50kg/m），再扣成兩層扣軌。

如果有雙孔箱涵頂進時，可以先頂進較小的副涵再根據主涵的中線要重新調整便梁的位置，使便梁一端支點搭在已經就位的副涵邊墻上面，同時人工挖孔樁基上搭著另一端的線路外側支點。

3.2 箱涵頂進方案。

由于列車通過振動大極易使土體坍塌，頂進過程中挖土作業要利用列車行車間隙時間，在頂進同時借助小挖機于箱涵里開挖土面，單個循環進尺依據土質的狀況而確定，在0.3～0.5m之間。要做到“頂進不行車，行車不頂進”，一旦有列車通過，則洞內工作者需要撤出，至少距離路基面1m之上，禁止繼續施工。

箱涵頂進期間，在箱涵與兩股道的中間支點相接近的時候安全風險最高，導致土體坍塌，因為此時一股線路完全臨空，整個路基斷面一半被掏空。為了解決這個問題，本工程采用“便梁掏底和利用涵端刃角帶土頂進”的方式完成箱涵頂進。

“便梁掏底”具體指的是在箱涵頂進至線路底下前，先借助人力對路基及道床進行挖掘，從而使線路底下得以連通并且處于架空狀態，此范圍應當在軌底之下3m，長度為和便梁支點間隔3m位置起，依據 1∶1的比例向下放坡，這樣做又2個好處：

第一，將頂進期間產生“抬頭”現象的幾率降至最低。涵頂部的摩阻力和覆蓋的土層的存在及厚度有直接關系，因為如果土質一般，開挖會使土體不規則脫落無法形成天然土拱，特別是開挖至線路下部,由于通過的列車振動強烈,箱涵頂部的覆土容易坍塌，出現冒頂,因此在有覆土的情況下, 摩阻力的變大不單單局限于頂部，同時邊墻上也會伴隨側面土壓力的提升而變大，進而出現“抬頭”現象。為解決此問題,通常箱涵的頂進基本上都是在完成頂端覆土的挖除之后進行的，且能有效防止安全風險。但如果箱涵的上部覆土層太厚，如需要全部挖去則應控制好前進方向不可超挖,同時應隨時與駐站防護員保持聯絡,在該施工區域列車通過前適當的時間點進行一次頂進,同時可于基底之下適度的超挖，以防止出現“抬頭”現象。

第二，在行車過程中，便梁負載受力，對線路有預壓作用，使其支點沉降穩定。一旦箱涵頂進穿過線路底下，則便梁的沉降已經穩定，支點的牢固性也得以檢驗，對線路有利。

涵端刃角帶土頂進具體指的是使刃角先進入土體[3]，入土約為40～50cm，而后再開始挖土，如此路基就不易出現坍塌。先用挖機對箱涵前面的土開挖，使其成為圓弧形，同時最大程度刷坡，因為一旦開挖長度超標，則會導致大范圍的坍塌，禁止超挖，長度保持在1～2m之間。在頂進期間，使刃角插進到砂性土中，這樣有個相對安全的空間，能有效擋土，同時提供朝向上方的反力，箱涵在垂直方向存在向上抬的分力，能夠避免扎頭[4]。在箱涵預制之后便可開始制作鋼筋混凝土刃角。刃角為臨時結構，一旦箱涵頂進至設計位置之后便需拆除。澆筑所用混凝土強度需要低于箱涵一級，從而使得后期的拆除方便，不會對邊墻造成損壞。預制箱涵時，先于端頭預埋刃角鋼筋，在制作期間需要把預埋鋼筋和刃角鋼筋進行接連。鋼筋混凝土刃角結構尺寸:頂部長度為3m，根部及端部的厚度分別為0.5m和0.3m，高度為7m。

圖3 鋼筋混凝土刃角和鋼刃腳示意

該路基的土質較為疏松，地基強度小，直接頂進箱涵則會始終處于扎頭狀態，為了解決這個問題，選擇將鋼刃腳裝于箱涵前端，如此有效抑制扎頭的發展，又能壓實前方地基，縮短頂進工期。鋼刃腳對比鋼筋混凝土刃角，重量輕不會使結構增重且重心前移，加工快，由底板、肋板、角鋼支架組成，設立于底板前端兩側墻之間，角鋼支架的距離為0.5m，用錨固螺栓與底板混凝土加以接連，成為一個整體，肋板和底板，角鋼支架和肋板進行焊接，而后于箱涵底板中插進鋼刃腳的底板，箱涵鋼刃腳長2m，頂進期間向地基里壓進鋼刃腳下的三角形土體，大部分地基都得以被夯牢。頂進中土體由于反力進入鋼板上部，便于后期清槽工作。

4 箱涵方向與高低的控制

液壓泵頂力在控制箱涵頂進方向時起主要作用[5]，一旦出現左側偏后，則應當適度降低左半邊底板吃土，使該阻力變小，同時輔以左側刃角超挖土和右側刃角欠挖土來對方向加以控制。在對高低加以調節的時候需要超挖土體或者是帶土頂進。5cm是邊墻吃土量的底限。另外，兩邊墻外端絕對不可挖空。

頂進應遵循“勤測、勤糾、少挖、慢頂”的準則，每完一頂程，都應及時觀測軸線高程，倘若發現問題需要盡早糾錯，再持續頂進。頂級到位后中線偏差為12cm，高低偏差為+9cm，符合要求。

5 結論

(1)便梁掏底的運用使便梁支點預沉降穩定，有助于后期工作開展及安全性。

(2)將樁基運用于線路外側的便梁支點中，在橫向選用扣軌+枕木垛，保證線路的牢固。若將樁基用于中間支點，將會更有效。

(3)鋼筋混凝土刃角在砂土當中頂進，阻力小，擋土效果好，保證支點穩定。

(4)將鋼刃腳裝于箱涵端頭，能夠有效減緩扎頭。