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(yè)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(jié)。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(wěn)。

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(wěn)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(wěn)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(yè)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(huán)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(xù)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(tài)，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(guī)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(lián)絡,在該施工區(qū)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(wěn)定。一旦箱涵頂進穿過線路底下，則便梁的沉降已經穩(wěn)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(tài)，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(fā)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(jié)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(fā)現問題需要盡早糾錯，再持續(xù)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(wěn)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(wěn)定。

(4)將鋼刃腳裝于箱涵端頭，能夠有效減緩扎頭。