明挖空頂工法在下穿鐵路中的應用

【摘要】明挖空頂法以D型施工便梁臨時架空鐵路線路為基礎，采用明挖法挖除軌道下土石方，然后將預制好的框架涵空頂至既有鐵路線下方。結合具體工程實例對明挖空頂法的方案確定、施工工藝方法等作詳細敘述，為同類施工條件下的工程施工提供借鑒。

【關鍵詞】明挖空頂法；下穿鐵路；基坑維護；頂進作業

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 11.107

1、工程簡介

該下穿鐵路通道工程道路里程為K0+855～K0+940，起點是鷹廈鐵路東側枋湖工業小區，終點是鐵路西側路肩外，全長85米，設計為城市次干道，框架橫斷面采用雙孔圓弧形斷面，單洞框架寬11.35m。頂進段框架長度為23.5米，兩框架間距為4米。鐵路下基坑分左右洞開挖，單個基坑寬度為12.1米，基坑開挖深度最深處為13.5米。下穿通道與鷹廈鐵路平面交角為62°，左洞與鷹廈鐵路相交于鐵路里程K687+890，右洞與鷹廈鐵路相交于鐵路里程K687+907.7。圖1為頂進段框架橫斷面圖。

鷹廈線設計時速為250km/h，隧道穿越段路基為寬枕碎石道床，是國家Ⅰ級雙線電氣化干線鐵路，框架涵下穿鷹廈鐵路影響寬度為40m。

2、方案比選

明挖空頂法、淺埋暗挖法和頂進法是目前國內下穿既有鐵路施工最常應用的施工方法，下面做出對比。

2.1頂進法

頂進法穿越既有鐵路線路是一項較成熟的施工方法，已被廣泛使用。采用頂進法施工的情況主要是在有較好地基承載力和較大框架橋跨度的時候。該施工方法具有對既有鐵路行車的干擾小，多孔框架橋組合時可以分孔施工，易于控制框架橋施工質量以及較短的施工總工期等特點。而本工程下層土質為粉質粘土，地基承載力較差。

2.2淺埋暗挖法

當對地面沉陷要求極為嚴格的情況下，埋深較淺的地下工程修建時，淺埋暗挖法是最為適宜的城市地下工程施工方法，該施工方法是采用新奧法的基本原理，并且采取多種輔助措施來加固圍巖，開挖后即時加強支護、封閉成環，使支護和圍巖共同形成聯合支護體系。我公司采用淺埋暗挖法下穿既有鐵路較成功的案例有杏林大橋C標采用管幕法下穿鷹廈鐵路。此方法施工工序多，工期較長，無法滿足“1.15”恢復動車進島的工期節點。

2.3明挖空頂法

明挖空頂法的施工基礎是施工便梁臨時架空鐵路線路，先開挖好鐵路路基，然后再將預制好的框架結構頂進下穿既有線。明挖空頂法與其他施工工藝相比較，是比較新的施工工藝，其特點主要有造價較低，較好的安全性，且施工工期較短。根據本工程的具體特點，從多個方面對上述方案進行對比，詳見下表1。

經對上述三種方案進行比較分析，著重考慮工期并兼顧其他各方面因素，最終確定采用明挖空頂法開挖鐵路路基，空頂預制框架涵以實現安全、快速下穿鷹廈鐵路。

3、明挖空頂施工方法

線路下部分框架施工順序：施工準備工作→鐵路設備遷改和保護→人工挖孔樁施工→架設D24施工便梁→開挖線路下基坑→滑板制作→頂進段框架涵預制→框架涵頂進→防水層及保護層施工→回填壓實→拆除D24施工便梁→恢復鐵路正常運行。

施工中重難點主要有以下幾項：基坑圍護結構、人工挖孔樁、D24施工便梁架設、頂進作業。

3.1基坑圍護結構

下穿鐵路段基坑最大開挖深度為13.5m，鐵路線下基坑支護結構采用人工挖孔樁、型鋼擋板、噴射混凝土、圈梁、錨索等支護方式進行加固，其施工主要步驟：①對場地進行平整和清理，并開挖孔樁；②開挖第一層土方，并同時支護型鋼擋板；③圈梁施工，同時對兩孔之間的孔樁及土體進行加固處理；④第二層土方開挖，，同時進行型鋼擋板施工；⑤第三層土方開挖至坑底（預留20cm人工清理），同時進行型鋼擋板施工，并盡快澆筑鋼筋混凝土，制作滑板。圖2為既有鐵路線下基坑開挖現場施工。

3.2人工挖孔樁

由于既有線路的限制，需要人工開挖鐵路范圍內的基坑，其施工主要步驟為：①對定樁位和高程進行放線；②對第一節樁孔的土方進行開挖，并進行護壁鋼筋和模板安裝；③對第一節護壁進行混凝土澆筑，并對樁位的中心軸線進行檢查；④對垂直運輸架進行架設，并安裝電動葫蘆、吊桶、照明、活動蓋板、水泵和通風機等；⑤對第二節樁孔的土方進行開挖（修邊），然后拆除第一節模板，并進行第二節護壁鋼筋和模板安裝；⑥對第二節護壁進行混凝土澆筑，并對樁位的中心軸線進行檢查；⑦以此類推，逐層施工直至開挖至樁底并擴底；⑧進行檢查驗收后，在孔內安裝鋼筋籠并放置混凝土溜筒或者導管，然后對樁身混凝土進行澆筑，需要隨澆隨振，最后預埋樁頂鋼筋。

本工程人工挖孔樁施工中，由于地質條件較差，在孔深超過10m后普遍出現孔底涌出淤泥的現象，在施工中總結出了一套有效的應對措施：孔底有淤泥出現后，每一模完成時應用混凝土封底，再次開挖時，先用風鎬破除孔底混凝土，迅速開挖50cm左右，立模澆筑護壁砼，同時用混凝土封底，待下次開挖時，重復該步驟，直至穿過淤泥層。

3.3施工便梁架設

在開始明挖基坑施工前，考慮到本工程的具體特點，需要采用臨時施工鋼便梁對既有鐵路軌道進行加固。采用直徑1.5m擴底人工挖孔樁作為支撐樁；采用8φ15.24預應力鋼絞線進行錨固，拉錨樁采用直徑1.0m擴底人工挖孔樁。共架設4組D24低高度鋼便梁，布置形式采用丙式低位，雙線雙跨架設。相連兩跨之間設置便梁支墩，采用直徑1.5m擴底人工挖孔樁。為保證左右洞便梁的穩定性，在兩跨之間的便梁樁與相鄰的圍護樁樁頂澆筑冠梁，并對中間土體進行，使其形成一個整體，以增加便梁樁的穩定性。

便梁架設前，應由工務部門對無縫線路進行應力放散，在安裝便梁的過程中，應注意軌道電路的絕緣保護，防止出現“紅軌”狀況。用路用列車在封鎖點內將鋼便梁運到施工現場，人工架設前，需要確認已完成便梁支墩澆筑且強度滿足要求。施工完成后采用路用列車封鎖點內吊運拆除便梁。

3.4頂進作業

3.4.1頂進段框架預制及頂進后背、滑板的施工

基坑開挖至坑底約0.2m時，改用人工開挖，以防超挖。人工開挖至設計深度并經驗收合格后，盡快澆筑滑板混凝土，滑板頂用M10水泥砂漿抹平，要求平整度≤3mm，并在面上涂厚度5mm的石蠟，然后一層撒滑石粉，頂部鋪上一層油毛氈，并抹一層水泥砂漿用來保護。滑板底部設置50×50cm的錨梁，錨梁間距3.2m。

滑板施工的同時，進行頂進后背的制作。后背長33m，寬1m，高2.7m（高出滑板頂1.2m），后背與工作坑底板連為整體。圖3為頂進后背及滑板示意圖。

頂進段框架涵長23.5m，臺車每模12m，分兩次澆筑完成，前后澆筑段中間設置施工縫。使用光面竹膠板作為預制框架涵的外層模板，并分兩階段來澆筑。第一階段澆筑底板砼，當底板砼強度達到設計強度的70%后，再進行框架上部砼的澆筑。

3.4.2框架涵頂進

框架涵預制完成后，左右線分別一次性頂進到位，頂程55米。頂進段框架涵全長為23.5m，混凝土614m3，根據框架涵重量、摩擦系數等進行計算，總頂力為1600t，需配置320t千斤頂6臺。在設置千斤頂的時候，要參照主體結構底板頂塊混凝土的軸線，分別將3臺千斤頂設置在兩側。

在正式頂進作業前，應先進行一次試頂，試頂以頂動涵身為止，因此在試頂時要加強涵身中線、水平和縱向位移的監測，觀察頂進后背及底邊的變化。

3.4.3線位控制及線位矯正

因為箱涵的頂進方式是斜交正頂，所以在頂進的過程中箱身會受到逆時針方向的轉動彎矩。可以通過兩側千斤頂不對稱加力的方式來矯正箱身，從而達到抵抗轉動彎矩的目的。在頂進施工過程中，要測量對每個千斤頂行程中的頂進長度，若線位發生了偏差，則要及時改變兩側千斤頂的壓力來矯正線位。

3.4.4傳力結構設計

在壁厚14mm、直徑630mm的鋼管兩端焊接好法蘭盤后用作傳力柱。根據千斤頂行程及頂推距離，準備4米、1.4米、0.2米鋼管若干。在頂推施工中將頂推鋼管傳力柱進行連接形成整體，分配梁采用32工鋼按照8米一道進行安裝。圖4為頂進作業現場施工。

3.4.5箱涵軸線糾偏措施

頂進過程須對涵身進行實時監測，如出現偏差及時糾正，確保涵身在頂進中不偏離設計軸線、高程符合設計要求。在頂進的過程中，對箱涵軸線與設計軸線的偏差情況進行隨頂隨測，并在每次回頂后及時調整千斤頂的推力，具體操作方法為：加大偏移軸線一側千斤頂的推力，需要緩慢進行加載，觀察到箱涵軸線端點位于設計軸線上后，則停止推力加載，然后全部千斤頂進行同時加載并控制加載速度，保證千斤頂按照頂力計算比例進行加載。

結語：

在本工程施工前，項目部制定了詳細的施工方案和應急預案以應對可能發生的緊急狀況，并且參建各方對方案和預案進行了多次推演，保證了其的科學性和合理性。施工過程中采取了多種措施來保證工程施工安全順利地進行，比如在便梁架設拆卸、框架涵試頂、頂推等施工過程中采取全員定崗。本通道在8條下穿通道中是工期最緊、施工難度最大的通道，在采用明挖空頂法工藝施工后，在保證安全、質量的前提下，大大的縮短了工期。實踐證明，明挖空頂法與傳統施工工藝相比，具有施工工期短、安全性好、造價低等特點，在特定條件下具有很高的推廣意義。

參考文獻：

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作者簡介：

劉青青（1983.09-），女，漢族，陜西安康人，本科學歷，工程師，研究方向：土木工程。