深厚軟土地區既有線頂進框架橋研究

孔繁瑞

（中鐵二院工程集團有限公司，高級工程師，廣西 南寧 530022）

隨著中國經濟和城鎮建設的飛速發展，現存大量的鐵路與公路平交道口成為了城鎮道路交通的一個個瓶頸。因此把現存的平交道口改為立交，成為了改善城鎮交通狀況和確保交通安全的一項迫切任務。

頂進框架橋具有結構薄、剛度大、整體性好、地基適應性強和后期養護維修費用低等特點，是下穿鐵路通道的一種主要工程形式。

鐵路作為國家的重要運輸通道，如何因地制宜，科學合理地制定實施方案和防護措施是保證框架安全頂進的關鍵。

1 工程概況

南昆鐵路南寧至百色段增建二線工程為時速120公里/小時的I級鐵路，為消除區間既有平交道口，工程封閉現有雁江平交道口，在道口往西側約20m地勢較低處頂進1-10×5.6m框架橋，公鐵交角為72°。框架斜交正做，框架長18.71m，頂程22.2m。預制基坑基底距路肩高差7.4m，工作坑開挖深度為5.8m。基坑邊緣距既有線中心水平距離17.5m，距既有路肩水平距離13.5m，距平交道口的最小凈距僅15m。

2 工程特點

2.1 既有線正下方的地質條件不明確

根據鐵路兩側的地質勘察資料，場地上覆第四系全新統坡洪積層（Q4dl+pl）軟土、膨脹土，坡殘積層（Q4dl+el）膨脹土；下伏基巖為下第三系那讀組（E2n）泥巖、泥質砂巖。

場地內的特殊巖土為軟土、膨脹土、膨脹巖，其中軟土基本承載力僅80kPa，深度約8m。

但由于既有鐵路資料缺失，且因過往列車密集無法在鐵路路基范圍內進行鉆勘，無法確定既有線路堤的填料類型和地基處理方案。據參加既有南昆線建設的老工人回憶，此處既有線路堤采用拋石擠淤進行軟基處理。

2.2 技術難度大、安全風險高

軟土具有高壓縮性、高含水量、低滲透性、高靈敏度和顯著觸變性等特點。在長期自重應力或外加荷載作用下，軟土將會逐漸產生剪切變形，隨著變形的逐漸增加，土體受到破壞，土體抗剪強度的降低，在固結沉降完成之后，軟土還可能繼續產生次固結沉降。

受通道周圍山勢地形的影響，框架只能設置在山間溝槽的深厚軟土層內，受平交道口位置影響，本工程無法設置多孔施工便梁來加固軌道。本工程技術難點在于：如何保證軌道的平順和運營的安全；如何保證鐵路、道路和深基坑的穩定；如何進行頂進過程的標高控制；如何控制框架橋的工后沉降。

3 頂進防護總體設計

鐵路路基經過地基處理以及20年的運營，軟土路基隨時間推移逐漸固結，土體的力學性能相比軟土應有較大的改善。鐵路路基不應按軟土的標準采取過強的措施，避免造成工程浪費。經綜合研究，制定了一套安全、經濟的動態設計方案，其要點如下：

3.1 線路加固和監測

對軌道進行應力放散后，采用1-24mD型施工便梁架空線路，線路加固后按45km/h進行限速。

為及時掌握施工期間鐵路、道路和深基坑的安全性，在基坑邊緣以外3倍開挖深度范圍內的鐵路路肩、便梁支撐樁樁頂、基坑支護樁樁頂以及平交道路上設置水平位移和垂直位移監測點。同時對軌道幾何尺寸、路基開裂變形等進行經常性檢查。

為確保鐵路的運營安全，在完成線路加固和沉降變形監測點設置后方可開挖工作坑。施工期間若出現超過允許值的變形，及時采取補強措施。

3.2 既有線正下方地質條件的確定

基于既有線正下方地質條件不明確的情況，先開展D便施工便梁的支撐樁和工作坑支護樁的施工。施工過程應加強對地層的識別，及時調整進尺快慢及護壁的強度，確保既有線的安全。根據人工挖孔樁的取土情況，結合已有的地質勘察資料，進一步確認工程場地范圍內的地層情況。經地質探明：鐵路路肩下方人工填土和軟土層厚10m，工作坑處軟土層厚7.5m，框架基底以下軟土層厚1.86m。如圖1所示：

圖1 地質橫斷面

3.3 工作坑支護

鐵路側按1：1.5的坡率放坡開放，坡面采用噴錨掛網防護；平交道口側設置樁板墻結構，樁板墻支護高7m，樁長16m，按永臨結合設計；平交道口對側（山坡側）設置鋼軌樁防護，并輔以放坡開放；在預制坑背面采用放坡開放，設置出土通道。如圖2所示：

3.4 滑板和后背

基底下為1.8m厚的軟土層，為保證施工質量，滿足地基承載力和沉降變形的要求，在滑板底采用1.6m厚素混凝土換填。

本框架設計最大頂力達到2731噸，為保證頂力的需要，后背采用4根2.0×2.0m矩形樁。為防止頂進施工時滑板斷裂跟進，將后背梁與滑板連為一體。

3.5 基坑排水

在工作坑周邊設置一圈排水溝，及時排除地表水；在溝底間隔地設置集水井，采用降水井降水，以降低地下水位至工作坑之下。保證施工期間排水暢通。

3.6 框架橋預制

框架主體采用C35鋼筋混凝土，框架長18.7m，中間不設沉降縫。將箱體底板前端100cm范圍做成船頭坡。箱體預制成型后，安裝鋼刃角。

4 頂進防護動態設計

據監測發現，隨著工作坑開挖，在列車、汽車動載影響下軟土逐漸向開挖面遛塌，鐵路路肩出現微小裂縫，為確保鐵路、道路和深基坑的安全，對工作坑采取了以下加強措施：

4.1 及時回填工作坑

監測發現路肩發生開裂變形后，及時停止基坑開挖，回填工作坑，阻止路肩裂縫的發展。等路肩變形穩定，補強措施完成后方可繼續開挖。

4.2 工作坑鐵路側增設約束樁

在鐵路邊坡上增設3根矩形約束樁，在靠鐵路的兩個角域處增設9根圓形約束樁。

約束樁開挖過程中加強護壁強度，注意觀測護壁變形情況。若護壁發生開裂變形，應立即停工，采用型鋼內支撐進行加固，待變形穩定方可繼續開挖。

4.3 設置管棚防護

為避免頂進過程中軟土路基遛塌，在1-24mD型施工便梁支撐樁內側增設兩排管棚防護。

管棚采用φ108mm熱扎無縫鋼花管，管棚管距40cm，水平夾角10°和30°，為了提高導管的抗彎能力，在導管內增設鋼筋籠。鋼筋籠由四根主筋和固定環組成，主筋直徑為18mm。每完成一根鋼管，立即開始進行注漿施工，注漿壓力控制在0.6～1.0MPa。如圖3所示：

圖3 管棚防護橫斷面

4.4 調整平交道口對側洞口結構

常規翼墻式洞口，洞口施工時將引起便梁后端的接觸網立柱傾斜侵限、路基變形開裂甚至遛塌。且若翼墻底地基處理不好，容易造成翼墻的沉降和開裂。因此將平交道口對側的翼墻式洞口調整為樁板墻結構，樁板墻在預制坑開挖前先行施工，起到永臨結合的作用。在施工期間，作為預埋基坑的支護結構，施工完成后，作為永久性洞口支擋結構。

5 框架橋的頂進及工后沉降控制

基底下有1.8m厚軟土層，軟土地基中頂進框架橋，容易導致頂進過程“扎頭”現象，一旦扎頭超過15cm，就很難對橋身進行調整。在頂進過程中對地基進行處理是減少扎頭量最有效的措施。

本框架橋采用了短進尺開挖，每次開挖進尺不大于1m，同時基底采用干性混凝土砂漿和人工夯實片石換填。

6 框架橋工后沉降控制

據對既有框架橋的現狀調查，框架橋開裂現象大部分出現在軟弱地基地區，出現裂縫和開裂的主要原因是由不均勻沉降所致，因此對承載力低的軟弱地基進行加固處理是必須的。

本框架橋箱體預制時，在箱體底板和側面預制注漿孔，頂進到位后采用注漿管對框架底和后背進行注漿處理。

7 結束語

至今本框架橋已建成通車三年，運營良好。施工期間鐵路、道路運營良好，基坑支護穩定，說明針對深厚軟土地區頂進框架橋所采取的防護措施是有效的，可供今后類似工程借鑒。通過本工程實踐，得到以下感悟：

（1）不同成因軟土的工程特性差異很大，受制于軟土的強觸變性，室內試驗結果可能失真，現場原位試驗的結果更符合實際，但同時也會增加工程費用和延長工期。

（2）施工期間應做好應急預案、加強線路監測，一旦監測指標異常，應及時組織搶險，采取補強措施。

（3）把地基軟土處理過程與框架頂進結合起來，是一種經濟安全且有效的手段。頂進作業應連續進行，控制好頂速和進尺，加強監測。出現頂進偏差時要及時發現及時糾正。

（4）應重視結構的基礎處理和臺背回填，避免框架出現病害。