市政道路下穿鐵路的永臨結合箱涵結構設計與施工關鍵技術

賀紅星，龔 政，楊鵬舉，王樹峰，閆學沖，周 越

（中建三局集團有限公司工程總承包公司，湖北 十堰 442000）

0 引言

隨著城市發展水平的不斷提升，市政道路工程的建設規模日益增大，難免會有越來越多的市政道路與既有鐵路之間相互縱橫交錯。通常在交錯位置采用市政道路下穿鐵路的建設方案以盡量減少對鐵路正常運營的干擾。在市政道路下穿鐵路施工前，需建造支護樁以確保土方開挖的安全性和承擔上部結構荷載（包括鐵路路軌自重和列車行駛荷載）。支護樁一般僅作為臨時支護結構。當主體結構進行施工時，其鄰近的支護樁需要拆除，且需對相關輔助構件如 D 型便梁［1，2］進行多次拆換，這樣不僅浪費建筑材料和制造大量建筑垃圾，也會延緩施工進度，從而導致施工成本的劇增。

本文介紹了十堰市林蔭大道 3 號線下穿東風鐵路現澆箱涵結構施工過程中中間兩根支護樁與主體結構永臨結合所采用的施工工藝及施工方法。本文提出的永臨結合結構系統能夠避免臨時結構的拆除，同時現澆箱涵結構的左右幅可以同步進行施工，有效地提升施工效率和降低施工成本及對環境的干擾，具有較強的應用前景，對未來同類型工程的建設具有重要的參考價值。

1 工程概況

圖1 通道位置示意圖

下穿通道主體結構縱向全長 21.6 m，橫向由 2 個獨立的、平行的鋼筋混凝土閉合式框架結構組成，兩箱凈距為 0.04 m，每個箱涵寬 14.75 m，頂底板厚 1.0 m，側墻厚 0.9 m，框架凈高 10 m，通道頂部覆土約 1～2 m，鐵路位于覆土層上。通道標準斷面如圖 2 所示。

圖2 通道標準斷面圖（單位：cm）

由于設計采用通道下穿鐵路的方式，其通道主體結構采用原位現澆，在施工時需首先對鐵路進行架空保護［3］。架空保護采用位于鐵路附近的 10 根支護樁作支撐，8 道鐵路保護專用 D 型便梁位于支護樁頂，以承托列車和軌道的荷載，這樣就直接將其荷載傳遞至通道底板以下的地基，為通道現澆施工創造了工作條件。其支護樁采用鋼筋混凝土實心方樁，設計尺寸為 1.5 m×1.5 m，樁長為 18～28 m，共 5 排合計 10 根，即每排 2 根，同時為增大樁底的承載力，在樁基底部設計了擴大頭，最大直徑 2.8 m，深度 2.65 m。布置如圖 3 所示。

圖3 通道支護設計立面圖和平面圖（單位：cm）

2 地質情況

根據地勘情況，下穿鐵路通道附近地勘孔鉆至 61 m深，未遇中風化及高強度巖層，主要由兩層組成：第一層為雜填土，層厚約 8.5～15.5 m，主要是開山碎巖塊、巖屑、巖粉及黏性土等；第二層為強風化絹云母石英片巖層，主要礦物成分為石英、鈉長石和絹云母，巖體組織結構基本破壞，完整性差，巖體破碎，巖芯主要為針狀巖渣，屬極軟巖，巖體基本質量等級為 V 級，局部夾中分化薄層。未見明顯地下水和暗河。工程地質剖面圖如圖 4 所示。

圖4 工程地質剖面圖

3 原常規設計及存在問題

3.1 原常規設計

原設計采用 D 16 和 D 20 型臨時便梁作為架空保護體系，其中三跨采用 D 16 型，另一跨采用 D 20 型，結構施工時中間兩跨按照左右幅倒邊施工的需求需倒邊安裝一次。具體施工方法及順序如下：施工準備→應力調整→鐵路加固→路基挖孔樁及防護樁施工→D 型便梁安裝→通道放坡開挖→左側通道施工→D 型便梁倒邊→支護樁破除→右側通道施工→支護樁破除及道砟回填→附屬施工→竣工驗收。原設計倒邊工藝流程如圖 5 所示。

圖5 原設計倒邊工藝流程圖

3.2 存在問題

原設計完成左幅通道主體結構后，需要先進行 D 便梁的倒邊安裝，并完成中央支護樁破除后才能施工右幅通道。整個施工過程中，施工工序繁多且部分工序需重復實施，且左右兩幅不能同時施工，工期較長，成本投入較高。

4 新型永臨結合設計及特點

4.1 設計方案

箱涵結構與支護樁兩者間優化設計后采用新型永臨結合方法，其中箱涵結構施工前支護樁與 D 型便梁共同支撐上部鐵路軌道，施工完成后支護樁與主體箱涵結構形成一個有機整體，共同承擔上部軌道重量及列車行駛荷載。

基于上述的永臨結合結構形式，主體箱涵結構與其鄰近支護樁之間采用剛性連接方式（支護樁鑿除護壁，植筋并澆筑細石混凝土），作為一整體結構系共同抵抗差異沉降；同時，對永臨結合設計部位進行鋼筋補強，可進一步保證箱涵結構的安全性以及耐久性。永臨結合部位鋼筋補強如圖 6 所示。

3.2.2.3 術前給予穿血栓襪 由于術中在麻醉作用下，下肢肌肉會松弛，血流變緩慢，所以對估計手術時間較長，超過3 h、D-二聚體異常增高者，進入手術室前穿好抗血栓襪，以防止術中血栓形成。有資料顯示，手術持續時間超過4 h者DVT的發生率顯著提高［12］。本研究中有21例術前穿好抗血栓襪入手術室。

圖6 永臨結合部位鋼筋補強圖（單位：cm）

4.2 特點

在實際施工時主要特征有以下幾點。

1）箱涵結構與部分支護樁采用永臨結合設計方法，施工過程中不需拆除支護樁和拆換 D 便梁，箱涵結構施工完成后支護樁與箱涵主體結構形成永臨結合結構以共同承擔上部荷載。

2）支護樁采用實心擴底樁，其材質為鋼筋混凝土，可在確保樁基豎向承載力的前提下盡可能縮小樁徑，減少樁基施工作業影響范圍。

3）樁基及箱涵結構施工過程中不影響上方列車的正常行駛。

4）主體箱涵結構與其鄰近支護樁之間采用剛性連接方式（植筋并澆筑細石混凝土），作為一整體結構系共同抵抗差異沉降。

5）主體箱涵結構的左右幅進行同步施工，具有較高的施工效率，縮短工期。

采用該設計方法，可避免在箱涵結構施工時拆除鄰近支護樁，實現箱涵結構的整體式施工，同時可省去了 D 便梁及其它輔助構件（如萬能桿件）的多次拆換，極大地提高施工效率并節省大量的材料和人工成本。

5 關鍵施工技術

5.1 主要施工流程

具體施工方法及順序如下：樁基施工→D 型便梁安裝→土方開挖→永臨結合樁護壁鑿除→箱涵結構施工→回填夯實→回填區注漿→拆除 D 型便梁，如圖 7 所示。

圖7 施工流程圖

5.2 鐵路架空安全防護

在施工時需首先對鐵路進行架空保護，架空保護［4］采用位于鐵路附近的 10 根支護樁作支撐，8 道鐵路保護專用 D 型便梁位于支護樁頂，以承托列車和軌道的荷載。其荷載的傳遞路徑為：鐵軌→D 型便梁→實心方樁→箱涵結構基礎以下地基［5］。鐵路支護現場施工如圖 8 所示。

圖8 鐵路支護現場施工圖

上述支護樁為橫截面積較小的擴底實心樁，采用人工挖孔灌注的制作方式，具有承載能力強、施工作業影響范圍小等特點。其中人工挖孔樁施工流程：施工準備→提升架搭設→孔樁開挖與土石提升→護壁施工→土石外運→鋼筋籠安裝→混凝土澆筑→檢查驗收。人工挖孔樁現場施工如圖 9 所示。

圖9 人工挖孔樁現場施工圖

5.3 D 型便梁運輸安裝

D 型便梁由擋碴板、連接板、縱梁以及橫梁構件組成，其中擋碴板通過焊接的方式固定在橫梁下方且埋置在軌道的正下方，橫梁從軌道下方穿過，其通過連接板與縱梁相連，共同形成工字形結構。它的最大優點是在不中斷行車的情況下，利用它進行橋涵的開挖和施工，并且具有運輸和拆裝方便的特點。

1）D 型便梁運輸。便梁采用專用運輸車進行運輸，提前辦理大型構件運輸通行證。

2）D 型便梁的安裝。施工準備→便梁運輸→調整木枕間距→穿設鋼枕→安裝主縱梁→縱梁等強件連接→拆除架空、恢復線路。

3）注意事項。①橫梁的位置應與枕木的位置一致，所以事先應將枕木間距適當調整，且在抽換調整時應遵循“六抽一”的原則；②每一根鋼軌下需要墊大塊絕緣橡膠板，防止軌道電路短路，影響信號及行車；③塞入橫梁時要對準主梁聯接板并定位，同時墊好橡膠墊，上好扣件；④為增加鋼軌的橫梁穩定，要在橫梁上安裝擋渣板，并搗固道床；⑤逐段扒除道碴，安裝斜桿和所有聯結系統，組裝過程中，連接板及牛腿上孔眼均應上滿螺栓，且彈簧墊圈不得漏裝。D 型便梁安裝如圖 10 所示。

圖10 D 型便梁安裝完成示意圖

5.4 箱涵結構及與樁基永臨結合部位處施工

在保證鐵路正常運營前提下，本施工技術將支護樁由施工期的臨時結構拓展為工后永久結構，其與主體箱涵結構合二為一形成永臨結合結構系統，該永臨結合結構系統可滿足主體箱涵結構的施工安全性，同時也精簡了施工工序和降低了施工成本。在施工過程中不需要拆除支護樁和拆換 D 型便梁及其它輔助構件，避免了拆除施工及廢渣外運期間存在的安全隱患，節省了大量材料和人工成本，降低了對周圍環境的干擾。

箱涵結構的左右幅采用同步施工的方法。①鋪設混凝土墊層，并通過溜槽配合人工入模，再插入式振動器振搗密實，最后進行人工抹平；②箱涵底板施工包括定位放線、放線驗收及修正、復核、鋼筋綁扎、模板支護與防水處理、澆灌混凝土、養護；③箱涵墻身及頂板施工包括墻身鋼筋綁扎、墻身模板、頂板模板支護與防水處理、頂板鋼筋綁扎、混凝土澆筑、養護；④支護樁表面進行一定的鑿除處理，使其與厚度略小于箱涵隔墻寬度，并通過澆筑混凝土使其成為箱涵隔墻的一部分；⑤回填夯實：箱涵通道周圍分層進行回填夯實處理；⑥回填區注漿：待回填夯實結束后進行注漿處理，提升地基土的承載力和剛度。護壁鑿除現場施工如圖 11 所示。

圖11 護壁鑿除現場施工圖

箱涵結構的制作模板均為木模，且表面覆膜，以確保表面光滑、平整；模板支架必須具有足夠的強度、剛度和穩定性，能承受所澆混凝土的重力以及施工中可能產生的各種附加荷載。箱涵結構現場施工如圖 12 所示。

圖12 箱涵結構現場施工圖

6 結語

本施工技術是一種基于永臨結合設計方法的樁基-箱涵結構體系，其具有施工速度快、經濟成本低、環境干擾小等優點，更好地滿足了市政道路工程中安全、綠色、環保的建設理念?；谒龅挠琅R結合結構形式，箱涵結構的左右幅可同時進行施工，極大簡化了施工工序，避免了倒邊施工情況的出現，也進一步保障了施工效率及安全性。涉鐵施工是一項極敏感工程，施工前需與鐵路部門做好溝通，在施工工藝的選擇上需充分考慮對鐵路的影響，盡最大可能性減少對既有鐵路運營的干擾。Q