不良地質不同孔徑公路框架橋下穿鐵路頂進施工技術

■徐楚鎣

(龍巖交通國有資產投資經營有限公司，龍巖 364000)

1 工程概況

龍巖城區至高新園區城際快速通道二期工程屬G319改擴建項目，設計標準為一級公路兼城市主干路，道路寬度為50m，項目于K4+396.57新建四孔分離式鋼筋混凝土框架橋下穿龍梅鐵路 (鐵路樁號K75+533.56)，采用預制框架頂進技術進行施工，是本項目的控制線工程。框架橋與龍梅鐵路中心線斜交角為21.43°。各框架頂板厚0.9m，底板厚1.10m，邊墻厚0.9m，中心軌底至板頂填土高度為0.8m。框架橋順鐵路方向全長58.439m，框架沿道路方向斜長10.742m，共分1節。其中，兩中孔框架內為主車道左右幅，凈寬均為12.55m，凈高均為6.0m，行車道路面以上凈高不小于5.0m。邊孔框架采用凈寬10.50m，內設輔道與人行道，左邊孔框架道路底下過Φ1.8m雨水管與Φ1.0m污水管，框架凈高為10.62m，右邊孔框架人行道底下設置排洪溝，框架凈高7.7m。

既有龍梅鐵路為單線，南北走向，曲線半徑1300m，橋址處地勢為北高南低臺階旱地，鐵路路基高出兩側約7.5m。橋址東側、西南側為地勢空曠平坦地帶，西北側約15m處小山包存在一待拆遷廟宇。鐵路東側路肩上空9.2m高有10kV架空鐵路專用電線。在既有鐵路里程K75+543處有1-1.0×1.5m鋼筋混凝土排水拱涵橫穿鐵路，涵長26.77m。

圖1 框架橋設計圖

2 工程實施難點

2.1 地質條件復雜

工作坑內場地整平后，施工開挖時發現，鐵路東側地下2m以下(右邊孔板底標高1米以下)砂卵石層受地下水滲流影響，開挖中出現涌水、涌砂，由于水量較大，原設計采用的人工挖孔樁及左邊孔施工困難。

2.2 工程建設條件受影響

由于鐵路客貨運輸頻繁，從行車安全考慮，鐵路部門提供的施工天窗時間較為緊張。尤其是框架橋頂進時間受到項目通車時間要求以及春運、其他鐵路段落施工的影響，鐵路部門能提供框架橋頂進的時間約為一個月。因此須采取措施，在保證鐵路行車安全的前提下，縮短施工時間，盡可能減少對鐵路運輸的影響。

2.3 四孔框架橋孔底標高不一致

左邊孔為銜接雨污水管，右邊孔底部為保留排水功能、順接改溝工程，埋置深度較其他兩孔分別低4.62m、1.7m，由于四孔框架橋間距較小，開挖深度不同將對預制、頂進工作造成較大影響。

3 采取措施應對不良地質影響

鑒于地質情況，擬對受影響的樁基及左邊孔施工方案進行比選：

方案一：挖孔樁改為鉆孔樁施工，左邊孔雨污管另行頂進，以提高左邊孔孔底標高。由于鐵路支護樁中心距鐵路中心距離近，機械沖孔存在安全隱患，因此此方案需將樁基中心外移。

方案二：鐵路范圍挖孔樁內控制性注漿止水帷幕施工，雨污管另行頂進施工。此方案保持原有設計，當人工挖至有地下水時，停止人工挖孔，改用在挖孔樁內實行控制性注漿施工，待控制性注漿完成后再進行人工挖孔，如此反復直至孔樁施工結束。

方案三：挖孔樁、工作坑外四周全封閉控制性注漿止水帷幕施工。此方案是將人工挖孔樁、工作坑外四周全封閉控制性止水帷幕注漿施工，待控制性注漿施工完成后，按原施工圖施工即可。

經比較，方案二與方案三采用同一新技術，需要長時間在既有線上作業，存在較大的人身及鐵路行車安全隱患，且施工工期較長，注漿效果不佳很可能進一步影響工期。方案一在鐵路上有成熟的施工經驗及技術，且支護樁外移后距鐵路中心距離較遠，采用機械挖孔樁施工既能確保在施工過程中的人身安全又能確保鐵路行車安全。因此，決定采用方案一，并在此基礎上，對設計內容作如下調整：(1)挖孔樁全部改為鉆孔樁施工；(2)將鐵路范圍支護孔樁中心外移至鐵路路線中心4.5m處；(3)由于支護樁間距拉大，在支護樁間增設蓋梁橫穿鐵路以便于D型便梁支撐；(4)于鐵路兩側利用填土、擋墻等措施設置施工平臺。既提供了樁基、便梁施工平臺，又能滿足鐵路防護需要；(5)左邊孔原設計雨污管于其左側墻外另行頂進，減少左邊孔高度約4.62m，與左右中孔持平，以提高孔底標高至透水層以上，減少施工難度；(6)根據需要，于工作坑附近增設集水坑及井點降水措施，控制地下水高度。

4 施工控制要點

4.1 頂進順序的選擇

原擬采用左邊孔框架橋頂進→左中孔框架橋頂進→右邊孔框架橋頂進→右中孔框架橋頂進的順序，在右邊孔頂進并回填后施工右中孔，以避免不同孔徑框架橋預制、頂進互相影響，但由于鐵路部門批復頂進時間較短，須一次性頂進完成，否則剩余框架橋將推遲數月進行頂進，鐵路運營也將繼續受到影響。為加快施工進度、減少對鐵路的影響，決定四孔框架在頂進前全部預制完成待命，由于右邊孔較深，優先頂進可及時進行回填，避免對其他框架產生影響，從右往左施工也便于便梁調運、架設，因此頂進順序相應調整為：右邊孔框架橋頂進→右中孔框架橋頂進→左中孔框架橋頂進→左邊孔框架橋頂進。

4.2 預制區域施工控制要點

4.2.1 后背施工

后背樁直徑Φ1.2m，樁間距約1.45m。右邊孔框架后背樁長為15.0m，入土深度8.3m；其余框架后背樁長為12.0m，入土深7.0m。后背樁利用3m寬、3m高的C30鋼筋混凝土后背梁進行連接。后背樁背后設M7.5漿砌片石后背，漿砌片石后背后面填土，并分層夯實。漿砌片石或填土后背施工時，應將后背基底的軟土層清除，將后背砌筑于卵石層、碎塊狀強風化粉砂巖、含礫粉質粘土等承載力和穩定性較好的土層上。為保證頂進力與頂進方向一致，后背梁、漿砌片石后背應根據框架橋斜交情況采用臺階式。

4.2.2 工作坑與滑板施工

工作坑放樣根據框架橋結構尺寸、凈空要求進行，工作坑底板兩側以外各加寬0.5m。工作坑邊坡與路基橫斷面邊坡一致為1：1，靠鐵路路基一側的邊坡保持緩于1：1，必要時對該側邊坡進行噴混支護。工作坑頂邊距鐵路中心線不小于3.2m。工作坑采用挖掘機開挖，人工整修，蛙式打夯機夯實。工作坑四周設排水溝，以滿足施工期間排水的需要，防止工作坑被水浸泡，并根據地質條件及地下水情況在工作坑周圍布置降水井點，井圈用磚砌或預制厚50cm的砼圈，采用機械抽水，使地下水位保持在基底以下 0.5～1.0m。

滑板采用C30鋼筋混凝土，厚30cm，并預留坡度。修筑前在其下以碎石夯填密實，以減少不均勻沉陷。為防止底板與原基底接觸部分出現滑動，在底板下每隔1.5m設一道50cm×50cm的地錨梁。滑板鋼筋應與后背梁鋼筋相連接，混凝土要求振搗密實，表面以M10水泥砂漿抹面2cm，要求平整度±3mm，以作為預制框架橋的底模板，在頂進時又作為水平的基準面。滑板表層涂一層厚3mm石臘(摻25%機油)和一層滑石粉作為潤滑劑，再以塑料薄膜覆蓋形成隔離層。

由于右邊孔框架底標高比中孔框架低，該孔的工作坑滑板單獨實施，并用1m厚擋墻與其余框架隔離，因此右邊孔預制位置偏離其中心線約0.8m，須在頂進過程中進行水平糾偏。

4.2.3 框架預制

箱身采用就地預制，主要施工程序：在滑板上綁扎底板鋼筋→灌注底板混凝土→養護→搭設腳手架→安內模→綁扎側墻及頂板鋼筋→安外模→灌注側墻及頂板混凝土→養護→拆模→作箱身防水層及潤滑設施。為了防止框架橋頂進低頭，在框架橋前端底板下設“船頭坡”船頭坡長1.0m，坡率5%，造成一個上坡的趨向。為便于頂進作業，框架橋底板應根據后背梁臺階設置情況，設置相應臺階。

4.3 鐵路支護措施施工控制要點

鐵路支護措施主要程序：施工平臺填筑→支護樁施工→蓋梁施工→鋼便梁架設。

4.3.1 施工平臺

施工平臺高度應確保鉆機上空施工安全凈高2m，不足的應下降施工平臺高度。本項目鉆機高不足8m，為避開鐵路東側路肩上空9.2m高10kV架空線，施工平臺在路肩往下挖0.8m，以確保10kV架空線下凈距不小于10m。平臺寬度按鉆孔樁中心距平臺外邊沿3.0m控制填筑，不足部分采用擋墻或路基填土，路基填土邊坡緩于1∶1。詳見圖2。

4.3.2 樁基施工

臨近既有線樁基施工時，確定鉆機高度是否超出安全范圍，如鉆機高度大于施工點與既有線之間的安全距離，應設置纜風繩及地錨，將鉆機朝既有線方向反拉，確保鉆機不向既有線方向傾覆。并在人員操作不當、不可預見的外力碰撞、雷雨大風等不利情況下保持設備的穩定。地錨、纜風繩設置在背向既有線方向，每臺鉆機的纜風繩呈人字型設置兩根，纜風繩采用Φ16mm的鋼絲繩，一端系于地錨，另一端系于鉆機距立桿頂部下1～1.5m(或1/3)處，每端安裝U型卡數量不少于3個，方向錯開。在鉆機施工期間，應采取擋板等硬隔離措施，防止設備侵限。

4.3.3 蓋梁施工

蓋梁尺寸為11.5m×2.4m×1.5m，采用現澆鋼筋混凝土，加上兩側施工空間，施工中有約4m長度的軌道道碴將被掏空，期間采用施工便梁進行軌道加固。施工期間應根據現場需求，周密謀劃，利用鋼便梁盡量一次開挖、施工多個蓋梁，減少鋼便梁臨時支護周轉次數。

4.3.4 鋼便梁安裝與檢查

圖2 施工平臺示意圖

蓋梁澆筑后，適當調整便梁范圍內的軌枕間距，穿入橫梁。采用定位角鋼定位橫梁，上好扣件。在封鎖時間點內，吊車配合安裝便梁縱梁，聯接縱橫梁，逐段扒除道碴，安裝所有聯接系統，組裝過程中上滿螺栓，上緊螺栓時，緊度要適中。施工過程中應隨時檢查，上緊松動的螺栓，并做好沉降觀測。

4.4 框架橋頂進

4.4.1 開挖與防護

便梁安裝完成，鐵路行車速度控制在45km/h內后，進行路基開挖，路基開挖采用小型挖掘機施工，開挖面按1：0.75放坡，坡面采用砂漿抹面防護。洞內開挖采用小型挖掘機開挖、人工配合的方法，掌子面按1：0.6放坡，清底挖土按每米工作面1～1.5人布置勞力。挖土時應掌握坡度的平整，由上向下開挖，嚴禁掏洞取土或出現倒坡，以利安全。清底前先從涵頂上面清理掉松動的道碴，虛土，并刷成坡度，然后再從底下清理，此項工作可在裝載機挖運土間隙進行。當有列車通過時，必須停止挖土，人員離開工作面。若發現機械設備有故障不能頂進時，亦應立即停止挖土。挖土工作必須與觀測工作密切配合，根據偏差分析，決定挖土方法。開挖至蓋梁時，先挖除蓋梁上道砟和回填料，然后破除蓋梁與支護樁的連接，在框架頂進方向的另一側適當挖除蓋梁下土體，形成一個緩坡后，拉出蓋梁并破除，拉出時應確保蓋梁不會影響鐵路軌道。

圖3 框架橋頂進施工流程圖

4.4.2 頂進

根據框架橋情況，選擇合適的頂具，并在正式頂進前進行試頂，以檢測頂進設備、后背、滑板及框架本身有無異常。每行頂鐵(柱)與千斤頂須成一直線，并與后背梁垂直，各行長度力求一致，頂進時，頂鐵上不準站人。注意觀察頂鐵的受力情況，防止崩出傷人。當頂程較長時，為保證頂柱的穩定，一般每隔4～8m加橫梁一道。框架橋頂進中，必須每頂進一鎬測量一次高程和左右方向偏差，并做好記錄，以便及時糾正偏差，保證頂進順利進行。右邊孔頂進完成后工作坑需立即進行回填，以確保右中孔頂進順利。

4.4.3 糾偏措施

(1)方向糾偏

在滑板處，主要通過框架橋兩側設置導向墩，作為框架橋入土前的糾偏措施。框架橋頂出滑板后方向糾正，一般是用調整兩側頂力的辦法，如出現向左偏移后，維持右側頂具頂力并楔緊，在左側頂柱間安放鋼板墊片，并加大該側頂力，令箱體出現向右偏移，必要時可在一側增加頂具。右邊孔由于預制位置向右水平偏離0.8m，且受限于左側擋墻，無法在滑板范圍內糾偏。為此，在滑板頂進方向外側，右邊孔右側加設多根支護樁，在右邊孔出滑板后通過頂具為其提供側向推力，助其向左偏移。同時，采用超挖左側土體，右側保持吃土的方式，在頂進過程中產生一個抵抗力矩來進行調整。

(2)高程糾偏

頂進過程出現偏高的情況，應先檢查是否存在挖土不夠寬吃土量過大而抬高框架橋，可通過在兩側適當地超挖進行糾正。一般抬頭的情況，可采用框架底前端超挖略低于底板進行逐漸調整，超挖深度一般不超過20cm，當情況改善但在未達到設計高程時，應停止超挖，避免扎頭。若情況需要，也可適當增加框架前段重量進行糾正。

頂進過程中出現偏低的情況，如因土質松軟造成扎頭現象時，可在底板前換鋪片石或加碎石等，邊換邊鋪頂進，必要時亦可打樁或灌筑速凝混凝土以及其他加固辦法。一般扎頭的情況可采取基底欠挖的方式進行強制頂進，基底高出箱體底板板面至少10cm。若情況需要，也可適當增加箱體后端重量進行糾正。

5 結束語

本項目根據現場地質和客觀條件限制情況，及時調整設計內容和施工方案，并相應采取了有效的防控措施，確保了框架橋順利完成，工程完成后，框架橋順利通過鐵路、公路部門的驗收，通車兩年半未發現任何問題，說明本工程所采用的頂進施工技術及質量控制措施是可行有效的，相關施工實踐經驗，可對同類工程施工提供有益借鑒。