大噸位、長頂程剛構(gòu)橋下穿既有鐵路施工技術(shù)

劉小輝

(中鐵六局集團有限公司，北京 100036)

1 工程概況

天津市中紡道地道橋工程位于天津市河北區(qū)，是東縱快速路的重要組成部分，它的建成將使河北區(qū)主干道金鐘河大街和中山路的交通壓力得到有效緩解，為周邊居民出行帶來便利。中紡道工程包括4座橋體及1段U型槽，自西向東沿頂進方向分別為3#橋、4#橋、1#橋、2#橋及U型槽，規(guī)劃為10 m雙孔框架地道橋，總長度118.187 m，主體結(jié)構(gòu)寬度22.4 m，總高7.2 m，凈高5.7 m。橋體頂板厚度為0.7 m，底板、中墻及邊墻厚度均為0.8 m。共設(shè)置2個基坑，其中鐵路西側(cè)為頂進工作坑，先預(yù)制1#橋，待1#橋頂進就位后，在頂進基坑原位現(xiàn)澆3#橋及4#橋。鐵路東側(cè)基坑在京津城際鐵路橋梁下方，基坑內(nèi)現(xiàn)澆2#橋及U型槽，與1#橋順接。

該項目下穿既有線路多條股道，涉及道岔、信號箱、信號燈、信號變壓器及電纜、光纜等眾多重要設(shè)備及鄰近高速鐵路橋墩，加大了施工難度大。為保證既有線路正常運營，涉及接觸網(wǎng)桿改遷、線內(nèi)路基降水施工、控制長頂程框構(gòu)橋頂進姿態(tài)等多項施工難點，針對上述施工中遇到的技術(shù)難題，進行施工方案優(yōu)化設(shè)計、技術(shù)創(chuàng)新顯得尤為重要。

2 接觸網(wǎng)桿改移

2.1 接觸網(wǎng)桿改移方案優(yōu)化

框架橋兩側(cè)有2組硬橫梁接觸網(wǎng)桿，其中1組距離框架橋較近，施工前必須進行改移并且做好保護措施。最常用的改移方案有兩種，一種是將接觸網(wǎng)桿臨時改移位置，待框架橋頂進施工完成后恢復(fù)；另一種是將接觸網(wǎng)桿與線路加固體系為一體，待頂進施工完成后，再在原位置安裝鋼架桿。前者施工方法較繁瑣，首先原接觸網(wǎng)桿改移位置，然后再恢復(fù)，施工費用較高。后者受框架橋頂進影響較大，如遇路基塌方或框架橋“扎頭”現(xiàn)象，則接觸網(wǎng)桿變化較大，危險性較大，同時也不適用與硬橫跨接觸網(wǎng)桿。

考慮本工程鐵路設(shè)備較多，只能在路基防護樁上方設(shè)置臨時鋼架，以軟橫跨的方式進行過渡，施工結(jié)束后進行恢復(fù)。該種方法不僅降低了接觸網(wǎng)桿改移過程中的風(fēng)險性，簡化了施工操作，降低了成本，還解決了框架橋大跨度無法穿越鐵路的問題，此方法更具有大力推廣價值，具有操作簡便，經(jīng)濟適用，節(jié)約工期，技術(shù)先進等優(yōu)點。

2.2 施工步驟及工藝

(1)確定臨時軟橫跨鋼架位置

首先在鐵路兩側(cè)選擇合適位置作為接觸網(wǎng)桿改移基礎(chǔ)。通常情況下，兩側(cè)路基防護樁為最優(yōu)選擇，原因是：路基防護樁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，剛性較好，此外將軟橫跨錨桿植入混凝土冠梁內(nèi)，將接觸網(wǎng)桿基礎(chǔ)和防護樁排樁形成一個整體，增加了基礎(chǔ)穩(wěn)定性。基礎(chǔ)采用預(yù)埋8根螺桿及螺栓，軟橫跨鋼架與基礎(chǔ)采用螺栓加固。

(2)改移接觸網(wǎng)

對原接觸網(wǎng)桿進行改移，將接接觸網(wǎng)改移至軟橫跨上。

(3)恢復(fù)接觸網(wǎng)

框架橋頂進完成后，將接觸網(wǎng)恢復(fù)至原有硬橫跨接觸網(wǎng)桿上，然后拆除臨時立柱。

3 利用高壓旋噴樁接長滑板

3.1 滑板對于頂進施工姿態(tài)的影響

滑板作為頂進施工的基礎(chǔ)，其對頂進施工姿態(tài)調(diào)整起到重要作用。在下穿鐵路框架橋頂進施工過程中，下穿多股鐵路的情況越來越多，而且框架橋結(jié)構(gòu)尺寸也相對變大，頂程加長，尤其遇到地質(zhì)較差，地基承載力不足的情況，頂進過程中框架橋的姿態(tài)越來越難控制。

針對尺寸較大、頂程較長的框架橋頂進施工，利用傳統(tǒng)的方法進行姿態(tài)控制，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段鐵路安全要求，同時姿態(tài)偏差較大影響后續(xù)配套工程施工及使用要求，結(jié)構(gòu)外觀性較差。

以往頂進過程中框架橋姿態(tài)的控制，水平向利用左右不均勻開鎬、調(diào)整左右開鎬數(shù)量及側(cè)刃角不對稱吃土的辦法來加以控制；抬頭可通過頂進時減小底板及側(cè)刃角吃土量和框架橋前端增加配重等措施來制；扎頭主要是框架橋前端設(shè)置船頭坡、頂進時加大讓底板前端及側(cè)刃角吃土、框架橋后端增加配重等方法控制。框架橋頂進施工過程中，重心下滑板以后直至就位期間行程較長，框架橋姿態(tài)很不穩(wěn)定，姿態(tài)控制全靠上述方法進行。

3.2 滑板接長設(shè)計優(yōu)化

本工程基坑三面均為鉆孔灌注樁支護體系，前端按1∶1.5坡度放坡開挖。基坑內(nèi)滑板寬度25.3 m，長度46.1 m，采用C25混凝土，滑板厚度20 cm，下面設(shè)置20 cm厚碎石墊層。基坑內(nèi)滑板前端與框架橋底板前端基本平齊，滑板前端即為路基坡面下坡腳，下坡腳至上坡腳距離為11.2 m，上坡腳至前端最近鐵路中心10 m，滑板前端距離最近鐵路中心21.2 m。通過使用高壓旋噴樁接長頂進前端滑板的施工方法來增加滑板的長度，在滿足鐵路安全要求的前提下，使滑板盡量延伸至領(lǐng)近鐵路，增大框架橋頂進過程中在滑板上的行程，從而實現(xiàn)框架橋頂進過程中姿態(tài)平穩(wěn)。

3.3 高壓旋噴樁接長滑板施工

(1)框架橋重心分析

首先計算頂進過程中加固體系、車輛及其他荷載作用在框架橋后框架橋重心位置，主要是分析框架橋重心與設(shè)計滑板前端的相對位置關(guān)系，確定框架橋頂進多少距離后重心下滑板，以及框架橋前端所處的位置。

(2)確定接長滑板施工參數(shù)

滑板接長在既有滑板前端與最近一股鐵路之間的路基上進行，寬度與框架橋兩側(cè)路基防護樁之間的距離相同，接長長度確定要考慮的因素：①臨近營業(yè)線施工機械設(shè)備侵線，必須保證設(shè)備不侵線。②高壓旋噴樁施工時會造成路基隆起，應(yīng)進行實時監(jiān)測，嚴格控制高壓旋噴樁注漿壓力控制，配合工務(wù)段進行線路整修。采用的高壓旋噴樁施工設(shè)備高度2.5 m，施工過程對路基造成隆起，因此滑板接長范圍順頂進方向至距離線路10 m位置處，接長長度為為11.2 m。樁頂標(biāo)高根據(jù)設(shè)計滑板高程進行控制，樁頂標(biāo)高控制在設(shè)計滑板頂以上10 cm位置處；樁長根據(jù)設(shè)計要求最小承載力及實際實驗所得地基承載力確定，參照基坑封底樁長為3 m。

(3)施工工藝具體施工方法

施工工藝與施工方法同高壓旋噴樁基坑封底一致。

(4)頂進過程中滑板破除

頂進挖土過程中及時測量滑板高程，使其破除面始終保持與設(shè)計滑板高程一致，保證框架橋頂進平穩(wěn)前進。

3.4 優(yōu)點

(1)頂進前期，框架橋重心超過整個頂程一半的行程始終在滑板上，橋體前端抬頭、扎頭幅度大幅度減小，姿態(tài)平穩(wěn)。

(2)框架橋重心下滑板以后至頂進就位，框架橋后端始終在滑板上方，不會存在由于滑板短缺及地基承載力不足，頂進后期框架橋后端突然下沉，造成整個框架橋前高后底的狀態(tài)，導(dǎo)致加固體系維護困難甚至失穩(wěn)，嚴重危及行車安全。

(3)滑板接長可以提高地路基承載力，同時可以起到封閉地下水的作用。

4 降水設(shè)備改進

4.1 改進裝置構(gòu)造及設(shè)計參數(shù)

該裝置為小型反循環(huán)鉆機，通過設(shè)計改裝其主要部件包括四部分，分別為機架、主機、卷揚機、鉆桿鉆頭。

(1)機架高度4 m，寬度1.5 m，作業(yè)影響長度4 m，由鋼管及角鋼組成，整個機架又分為底座、門式立桿、斜撐及拉錨四部分，作為整個鉆機的支撐體系。

(2)主機作為鉆孔主要動力，主要為電動機及變速齒輪組組成的一個整體。主機為專業(yè)定制，基本成正方體形式，寬度1 m，高度0.6 m，下端與鉆桿連接，上端通過門式立桿上的滑輪組與卷揚機連接，整個主機的提升與下降均有卷揚機控制。

(3)卷揚機安置在機架底座后端與斜撐交接位置處，用2根螺栓與底座固定。

(4)鉆桿長度為1.1 m，鉆頭高度0.4 m，考慮主機高度及其他因素影響，該設(shè)計使整個主機的可變行程為1.7 m，完全滿足施工要求。

4.2 操作工藝

(1)鉆機的安裝順序

底座→立桿及斜撐→拉錨→卷揚機→主機→鉆桿鉆頭。

(2)鉆機組裝

支架的穩(wěn)定性與可靠性尤為重要，考慮線間施工時間有限，其安裝、拆解必須具備方便快捷的特性，因此支架各部分之間的連接均采用套管插銷的形式及鉸接的形式連接固定，拉錨采用鋼絲繩與鐵桿固定在路基內(nèi)。與鉆機相關(guān)的電源線、進水管、泥漿管提前從鋼軌下方預(yù)埋的套管內(nèi)穿過至鉆機位置處，管件連接采用溝槽式法蘭連接，方便快捷不漏水。

(3)鉆機成孔

鉆機成井作業(yè)操作方法與施工工藝與普通鉆機一致。

(4)鉆機的拆解順序

鉆桿鉆頭→主機→卷揚機→拉錨→立桿及斜撐→底座。

4.3 優(yōu)點

(1)該裝置運入、運出線間，組裝拆解無需機械配合，全部有人工操作即可完成，滿足線間作業(yè)環(huán)境要求。

(2)該裝置組裝拆解快捷方便，結(jié)構(gòu)操作性強，能在有限的時間內(nèi)完成施工。

(3)適合在既有線間進行降水井施工，專業(yè)性強，解決了路基降水的難題。

5 頂進就位后路基防塌方措施

5.1 施工工藝

主要由防護樁和框架橋作為基礎(chǔ)，首先在框架橋預(yù)制時預(yù)埋鋼板，與框架橋主筋連接，頂進就位后在與預(yù)埋鋼板對應(yīng)位置的支護樁上植筋，所植鋼筋與預(yù)埋鋼板焊接，形成鋼筋格柵，然后在鋼筋內(nèi)側(cè)(路基一側(cè))插入木板，然后一次性支模、澆筑混凝土，施工布置方案見圖1所示。具體步驟如下：

(1)框架橋預(yù)制時在后端邊墻外側(cè)預(yù)埋鋼板，鋼板長度與框架橋高度一致，厚度10 mm，寬為150 mm。預(yù)埋鋼板制作時，在鋼板上焊上“L形”鋼筋，與主體鋼筋搭接，預(yù)埋鋼筋的位置適當(dāng)調(diào)整，保證不會與框架橋主筋位置發(fā)生沖突。

(2)框架橋頂進就位后，在與預(yù)埋鋼板最近位置的防護樁上植筋，所植鋼筋與防護樁垂直，由樁頂向下至地板底位置依次進行，間距為1 m，鋼筋直徑選用直徑16 mm的鋼筋，植筋前清理樁身及樁間泥土。

(3)將所植鋼筋與預(yù)埋鋼板焊接。

(4)在鋼筋內(nèi)側(cè)(靠近鐵路一側(cè))從上往下在防護樁框架橋之間依次插入木模板，并且將模板與樁身接觸部位的縫隙填塞密實。

(5)木板插完之后在其后面加上斜撐，防止?jié)仓炷習(xí)r木板脫落。

(6)將上述工序都整完后，澆筑混凝土，插入的木板不取出，以保證其穩(wěn)定。以上整個施工過程要求迅速完成，防止二次塌方造成混凝土澆筑施工受阻。

5.2 優(yōu)點

(1)使用該方法澆筑混凝土，能將支護樁與框架橋之間的縫隙澆筑密實，所澆筑的混凝土充斥防護樁樁間，凝固后形成一個“梯形狀”實體結(jié)構(gòu)，不會發(fā)生混凝土實體倒塌的現(xiàn)象，從而保證路基不會發(fā)生塌方。

(2)澆筑混凝土后，即便有水滲出，也不會將路基內(nèi)土體帶出，致使路基內(nèi)形成孔洞。

(3)施工周期短，結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，對鐵路安全運營影響小。

6 結(jié) 論

針對天津市中紡道地道橋下穿頂進施工的技術(shù)難點，對既有鐵路接觸網(wǎng)桿改移方案優(yōu)化、利用高壓旋噴樁接長滑板、改進降水設(shè)備、優(yōu)化防塌方方案等系列的技術(shù)創(chuàng)新研究，保證了既有鐵路線路安全運營，克服了長頂程下穿鐵路施工中遇到的姿態(tài)調(diào)整、線內(nèi)降水等技術(shù)難題，其主要結(jié)論如下：

(1)通過在路基兩側(cè)對應(yīng)防護樁上設(shè)置臨時軟橫跨代替原接觸網(wǎng)桿的方法，順利完成接觸網(wǎng)桿的改移。

(2)利用高壓旋噴樁接長滑板，增大了框架橋在頂程范圍內(nèi)滑板上的行程，保證了使框構(gòu)橋頂進姿態(tài)，實現(xiàn)順利就位。

(3)改進了一種適應(yīng)營業(yè)線間降水設(shè)備。在運輸、安裝、拆解均由人工操作，實用性強，解決了降水設(shè)備侵線問題。

(4)優(yōu)化了框架橋就位后路基防塌方的方案，通過在頂進就位后框架橋后端與路基防護樁之間澆筑混凝土，有效杜絕了框架橋頂進就位后框架橋后端路基塌方的現(xiàn)象。