既有線鐵路大封鎖小鋼梁改造頂進施工技術研究

楊浩杰

（中鐵二十二局集團第四工程有限公司，天津301700）

0 引言

葉柏壽至赤峰鐵路擴能改造工程，線路長137.326km，位于遼寧省朝陽市及內蒙古自治區赤峰市境內。小鋼梁改造工程為此項目施工重點，全線小鋼梁改造21 處，小鋼梁采用原位現澆，需對既有線進行線路加固，所需天窗點多，慢行處多，對既有線行車安全隱患大，并直接降低鐵路的運輸能力。

經過與運輸部門多次溝通研究，初步擬定施工方案采用48h 大封鎖“天窗”的方式進行實施。采用大封鎖方案施工，極大降低了行車安全風險、工期風險、管理風險等，經測算工期預計提前6～8 個月、管理成本降低10%。

1 大封鎖方案概述

為最大程度地減少行車運輸與施工間的干擾，葉赤電化擴能改造工程采用48h 大封鎖的形式進行施工，集中人力及設備進行大范圍同步施工能最大程度減少營業線多類型項目施工對鐵路行車的干擾。

全線施工中難度最大、影響時間最長、安全風險最高的施工項目是小鋼梁改造，其中控制性工序為既有橋墩臺破除和頂進施工。大封鎖施工以小鋼梁改造和頂進橋涵施工為主。根據現場實際情況估算破除既有橋墩臺用時約15～24h、頂進施工耗時需要約12～18h，此兩項關鍵工序耗時約為27～42h。考慮在此兩項工序前后還有斷軌、回填、道砟搗固、軌道恢復等工序，小鋼梁改造施工時封鎖時間最短為48h[1]。

在大封鎖施工前，完成頂進橋涵的預制、三電遷改等準備工作，為營業線集中施工做好準備。在葉赤線鐵路大封鎖期間，施工現場組織人員、設備及材料進行有序施工，確保施工任務完成的同時，保證線路準時開通。

2 施工特點

此工程按原設計方案絕大部分施工項目下穿營業線，營業線施工干擾大，施工安全和工期壓力大。全線如按正常流程逐個結構物施工，行車慢行點需93處，封鎖“天窗”2625 個，將會對葉赤線鐵路運行帶來較大的安全風險、運輸能力減弱及經濟損失[2]。

2.1 行車安全

葉赤鐵路線路長，工點多，全線架設D 梁施工的工點多達65 處，慢行時間最長可達3～6 個月的工點有21 處（小鋼梁改造），直接給營業線行車安全帶來較大隱患。在施工過程中D 梁檢修、線路維護、日常檢測等小環節出現紕漏都有可能引發行車事故，妨礙既有線的正常運營。

采用大封鎖施工方案，涉及營業線施工的小鋼梁改造只要分三次封鎖便可以完成，期間穿插安排接觸網立桿、站場改造等工作內容，直接消耗“天窗”2096個、行車慢行點93 處，通過合理組織施工隊伍，確保施工作業按照批復的施工計劃以及施工組織方案進行，降低了對營業線運行干擾時間，同時也降低了安全風險，能夠有效地確保行車、人身及設備的安全，做到“一人不傷、一事不出、一點不延”，達到減少施工對行車影響的目的，確保運輸旺季的鐵路運量[3]。

2.2 成本節約

大封鎖施工具有集中性、連續性的特點，多個工點集中封鎖施工，在很大程度上降低了封鎖施工成本，提高了施工效率。如果封鎖施工能夠一次完成多個工點，通過現場合理化資源調配，可大大減少機械設備的多次進場費用和人員設備的閑置。相比逐個施工，可以最少的施工成本達到較高效率的效果，通過大封鎖施工資源配備與整合，管理成本降低10%。

2.3 工期

全線需慢行93 處、封鎖施工工點191 處、多且分散，而天窗數量少、區間慢行處少，對施工作業帶來不同程度的限制，這必然會延長施工作業時間，致使葉赤線小鋼梁改造及頂進橋涵等工程的總工期難以得到保證甚至拖延[4]。

采用大封鎖施工集中人力、設備多區段、多專業同時進行大范圍施工，可規避天窗數量少、區間慢行處少等制約葉赤線電氣化改造施工進度的風險因素，同時能夠有效地縮短各工點施工持續時間，使小鋼梁改造及頂進橋涵等工程的施工工期預計縮短6～8個月。

3 小鋼梁改造頂進施工方案及工藝

3.1 小鋼梁改造頂進施工方法概述

全線小鋼梁改造框架涵頂進施工共計21 處，為下穿既有鐵路，采用一次頂進施工。為保證線路安全，框架涵主體及翼墻在大封鎖前完成預制，在大封鎖期間進行頂進工作[5]。

頂進所需材料、機具提前進場，待封鎖命令下達后組織機械、人員按照鐵路技規要求進行斷軌。在確保鋼梁支護體系穩定的情況下，采取將整體或分段分解拆除的方式進行鋼梁的拆除。橋墩臺破除采用爆破的方式將既有橋墩臺進行破除，隨后進行路基開挖、頂進作業，頂進完成后立即進行線路恢復，如圖1（a）、圖1（b）所示。

圖1（a） 小鋼梁既有現狀

圖1（b） 小鋼梁拆除、線路開挖

3.2 工藝流程

小鋼梁改造施工的主要施工流程：工作坑開挖—涵身預制—線路拆除—小鋼梁拆除—橋墩臺破除—框架涵頂進、就位—回填級配碎石—線路恢復。

3.3 線路拆除

在大封鎖命令下達后，首先將木枕上與既有鋼梁橋縱梁連接的定位銷用氧焊進行切割，然后將橋上的25m 線路進行斷軌并采用吊車拆除后移至既有橋臺護錐的空曠處，鐵路枕木碼放整齊，以不影響后續頂進施工為宜[6]。

3.4 小鋼梁拆除

線路拆除后首先應進行既有鋼橋的欄桿及人行道板等附屬工程的拆除，拆除采用氧焊切割和吊車吊裝配合的方式進行。

大封鎖前3～5d 對既有鋼梁橋支座的地腳螺栓進行涂油、潤滑，以便地腳螺栓的螺母能順利擰開；對于個別已經銹死無法擰動的螺栓，采用氧焊進行割除。支座地腳螺栓的螺母處理后，松開既有支座的卡板，采用汽車吊將鋼梁整體吊裝并移至既有橋空曠處。

4 橋墩臺破除

4.1 爆破總體安排

爆破及清理工作時間只有13～14h，為保證施工進度，此工程大封鎖前采用湯姆洛克全液壓中深孔鉆機進行鉆孔工作，鉆孔直徑76mm，爆破橋墩及基礎一次爆破成型。混凝土殘渣用挖掘機和自卸車配合予以清理，液壓破碎鎬輔助破碎大塊。根據設計圖，明確鉆孔及爆破深度[7]。

4.2 技術設計方案

4.2.1 橋墩爆破技術設計

（1）橋墩布孔

橋墩炮孔布置如圖2所示。

圖2 炮孔布置示意圖

（2）主要技術參數

主要技術參數見表1。

4.2.2 橋墩基礎爆破技術設計

根據橋梁施工經驗以及對老橋建設時的技術分析，橋墩基礎結構應為擴大基礎，橋墩基礎炸藥包在炮孔與各個線上交叉點上，其炮孔布置見圖示。爆破參數見表1。

表1 炮孔布置主要技術參數表

（1）布孔

橋墩基礎炮孔布置如圖3所示。

圖3 橋墩基礎炮孔布置示意圖

（2）主要技術參數

主要技術參數詳見表2。

表2 基礎炮孔布置主要技術參數表

4.2.3 防護設計

爆破拆除的舊橋數量多爆破量大，且緊鄰既有線，因此對該爆破體采取覆蓋防護和遮擋防護相結合的方式。橋基礎的炮孔每鉆完一個就用袋子堵好；對橋墩采用兩層草墊子，一層鐵絲網纏繞防護，并且在舊橋外側橋墩位置懸掛荊芭和草墊子進行遮擋防護，所有防護均在裝藥之前完成[8]。

4.2.4 安全警戒與信號

爆破作業全過程都存在安全警戒問題，在起爆階段，其主要工作是安全警戒。作業期間安全警戒的范圍是爆破作業區與周圍地區的分界線，警戒區10m 內用警示旗和警示繩全部封閉；禁止無關人員進入，防止爆破器材丟失，檢查施工安全情況，制止人員在作業區內吸煙、打鬧、違章作業等。

在爆破后派爆破技術人員和專業的爆破員進入爆破現場進行爆后檢查，經檢查確保無盲炮險情后方可容許作業人員進入[9]。

5 框架涵頂進

5.1 頂進前施工準備

勞動力、機械設備及應急物資的準備，頂進前根據施工工序所需配置相應數量的人員、機械設備、頂進設備、運輸車輛、應急物資等。高壓油泵、千斤頂和頂鐵等頂進設備安裝完成后進行試運轉。

5.2 觀測點設置

在涵體后方，離后背墻稍遠距離處設立觀測點，以觀測涵體頂進時的中線和水平偏差。在涵體四個角上設置高程觀測點，頂進方向偏差觀測用涵體中線控制，另外為了觀測頂進中后背的變形情況，在后背墻兩端設觀測點，進行變形觀測[10]。

5.3 啟動（試頂）

試頂工作以頂動框架橋為止，試頂頂力不宜過大，約為頂進橋（涵）結構自重的0.4 倍，使頂鎬同步逐漸加壓，每次升壓后穩定5min，派專人對設備及滑板、后背墻、涵體進行檢查，經檢查各部位無異常現象后再開泵，直至框架橋啟動。試頂完后再進行一次全面的檢查，如各部位情況均良好便可進行正式頂進作業。

5.4 挖土、運土作業

挖掘土方時，必須由上往下進行，嚴格控制挖土深度。做到“短、平、快”，同時挖土與測量工作緊密配合，設高程控制點，嚴格控制開挖面高程，根據涵體偏差情況及時掌握挖土方法。

5.5 框架橋涵正式頂進

土方開挖完成后開始頂進施工，開動高壓油泵使千斤頂受液壓力而產生頂力，推動箱身前進。當千斤頂已到限位時，控制操作系統把活塞退回原位，在空檔處增放頂鐵，以待下次開頂，循環往復，直至就位[11]。

6 恢復線路

在大封鎖前，備足恢復線路所需的道砟、混凝土枕、扣配件及鋼軌等，道砟提前裝袋碼放至既有橋臺兩側的路肩上，混凝土枕提前運至既有橋址。待頂進就位后，立即組織進行鋪砟、布枕、連接線路、搗固等工作。線路恢復后，經鐵路管理部門確認達到放行列車條件，方可開通線路，經整修養護線路后逐漸恢復到正常速度[12]。

施工結束，開通線路后首列限速15km/h，第二列限速25km/h，第三列限速45km/h，且不少于4 小時，以后按60km/h、80km/h 各不少于24 小時階梯提速，其后正常。

7 結語

此施工方案為沈陽鐵路局首例，采用48h 大封鎖進行集中頂進，它從根本上保證了既有線行車安全，并最大程度地降低了對鐵路運輸的影響。間接地加快施工進度、減少直接成本，實現社會效益與經濟效益雙贏，為今后類似工程的施工提供了寶貴的經驗。