下穿既有鐵路框構橋頂進施工技術研究

徐 斌，李若銘

(1.中國鐵路沈陽局集團有限公司,遼寧 沈陽 110000;2.沈陽鐵道工程建設管理有限公司,遼寧 沈陽 110005)

1 引 言

近年來，隨著我國交通建設的不斷發展，各類橋梁相繼建成。其中，框構橋作為建立在道路上或跨越溝渠之上的框架橋梁，不同于其他橋梁，其可跨越鐵路等，修建于路面以下，不妨礙交通，被廣泛應用[1-3]。

我國學者針對框構橋頂進施工進行了研究。葛德書[4]以市政框構橋頂進施工為例，運用有限元法對框構橋頂進施工過程中，對既有鐵路橋影響的風險源進行分析，并通過建立框構橋頂進有限元模型，得出頂進對附近鐵路橋的影響小于規范限定值。袁廣益[5]以大跨度框構橋頂進施工為例，對其工法進行研究，最后分析了大跨度框構橋頂進施工在市政工程中的應用。趙永船、張寧[6]以津山線框構橋頂進施工為例，對軟土地基框構橋扣軌加固暗挖頂進與軍用梁支撐樁加固線路頂進法進行對比分析，結果表明：扣軌加固暗挖頂進施工適用性更強。唐文夫[7]以唐廊高速公路為例，對框構橋頂進施工進行研究，并對施工方案進行了優化。

以上學者針對框構橋頂進施工方案以及施工過程對其他構筑物造成影響的風險源進行了系列研究。但針對下穿既有鐵路條件下的框構橋頂進施工研究相對較少。因此本文以鞍南大道公鐵立交橋新建工程為例，首先針對鞍南大道公鐵立交橋工程背景進行重難點的分析，進而根據分析結果對框構橋頂進施工方案進行研究，最后提出了合理的施工方法。

2 工程概況

2.1 工程背景

鞍山市鞍南大道處于沈大線鐵路交叉，框架橋主體共4孔，橋梁結構為8.0 m+2×16.0 m+8.0 m頂進框架地道橋，中間2孔框架主體軸長23.55 m，全寬35.3 m，全高9.81 m；2個邊孔框架主體軸長23.55 m，全寬9.4 m，全高9.81 m。框架采用現場預制，頂入法就位。

2.2 工程特點及重難點

根據鞍南大道公鐵立交橋所處位置與工程背景，總結出以下重難點。

(1)框構橋尺寸較大，工期較為緊張，設計分為兩次頂進，先頂進中孔，再頂進兩邊孔，施工對既有線影響次數多，周期長，需做好各項線路加固及防護措施。

(2)施工現場全部為耕地，土質較為松軟，地表及地下水豐富，框構工作坑及引道U形槽基坑開挖深度均較大，需進行降、排水及支護。

3 框構橋施工方案

3.1 工作坑設置

在既有鐵路線東側放坡開挖工作坑，根據開挖深度邊坡設置鋼軌樁或草袋堆碼防護。在工作坑中部位置設置出土通道，后背墻、滑板及導向墩均采用鋼筋混凝土結構。工作坑采用降水井降水，布置在工作坑非鐵路側。

3.2 框構預制

框構橋在工作坑內現澆施工。主體按底板，邊墻及頂板三階段施工，頂板采用支架現澆；鋼筋混凝土刃角、配重及主體同時澆筑。鋼筋集中加工，現場綁扎連接，框構鋼筋骨架主筋采用閃光對焊并進行縱向打磨處理。模板采用大塊組合鋼模板，支架采用萬能腳手架。

3.3 框構防水、排水與降水

框構橋主體結構以混凝土自防水為主，柔性防水層為輔，施工縫部位采用全封閉密閉防水。為提高防水混凝土的密實度，減少早期水化熱，摻入粉煤灰、硅粉等材料。框構橋內部采用排水溝槽排水；頂部設置排水坡自然排水。

3.4 鐵路路基加固及防護

邊孔及中孔框架橋兩側采用旋噴樁固化既有路基。旋噴樁直徑0.6 m，框架橋兩側相鄰4排樁間距和排距均為0.6 m，其他樁間距及排距為2.0 m。沿公路走向框架兩端每邊設置6根鉆孔樁對路基進行防護。樁頂采用鋼筋混凝土帽梁連接，確保刃角補齊及U形槽施工時鐵路路基穩定。

3.5 線路加固

施工開始前，接觸無縫鋼軌，用標準軌代替長軌。通過橫抬梁結合吊軌梁實現對線路的加固，線路加固范圍內更換為新I類木枕，并用U型鋼緊固件固定，以防止由于橫梁的移動引而導致線路變形，縱梁由3片I56c工字鋼組合構成。工字鋼縱橫梁采用栓接，栓接接頭錯開布置。工字鋼橫梁從線路兩側交錯對穿施工，減少對線路行車的影響。

3.6 框構頂進

由于本橋順線路方向全寬達到56.41 m，鐵路線路為R=800 m圓曲線，接觸網最大跨距為50 m，因此該橋無法整體頂進。橋體采用中間2孔為一整體，兩側各設一孔框構，先頂進中孔框構，頂進就位后，接觸網立柱移至框構頂板中墻位置，再頂進2個邊孔框構。旋噴樁路基加固及路基防護鉆孔樁均應在框構頂進前施工完成，確保路基穩定及行車安全。為減少頂進阻力及防止坍塌，框構前端增設鋼筋混凝土刃腳。頂進采取吃土頂進法施工，吃土深度按0.5 m控制。為防止頂進時扎頭，將滑板頂面預留適當仰坡。頂進施工主要施工步驟為抽換枕木(混凝土枕換木枕)→對線路設“3-5-3”吊軌→安裝I55c工字鋼縱梁→橫穿I55c工字鋼橫梁→對橫梁與縱梁進行連接→線路加固好后，頂進框構→框架頂進至設計位置后，回填框架兩側填土，拆除縱橫梁，恢復線路。

4 框構工程施工方法及工藝

4.1 工作坑、滑板及后背梁

工作坑采用明挖法施工，坑道的兩端均以槽鋼樁保護，出土道路的邊坡坡度10%、寬0.4 m，其中工作坑的邊坡坡度為1∶ 1.5，靠后背砌體端部采用φ1 m鉆孔樁支護。土方通過機械分層施工，距基底0.3 m范圍內則由人機配合施工。滑板底部的錨梁、后背砌體土方和工作坑一起施工。

工作坑采用降水井降水，其過濾段長12 m，沉淀段長2 m，井深25 m。φ0.5 m降水井中安設6620/1型潛水泵，Q=360 m3/h，H=36 m，N=55 kW。在滑板施工范圍內采用碎石墊層對基底加固，提高地基承載力。

滑板混凝土采用網控制高程法進行施工。為了實現整體受力性能，滑板、后背及地錨梁混凝土連續澆筑，不留施工縫。沿頂入方向設置槽鋼方向墩。滑板做成前高后低的仰坡，從而避免了在頂進過程中扎頭。框構底板預埋螺栓，以便安裝板及托板。滑板頂面設潤滑隔離層，以減小摩阻力。滑板混凝土達到50%設計強度后，在框構底板綁扎鋼筋，澆注混凝土。后背梁按常規法施工。

4.2 框構預制

采用現場澆筑法對框架涵進行澆筑施工。箱身澆筑分二個階段進行，第一階段首先捆扎底板鋼筋，然后澆注底板(包含下梗肋)混凝土，第二階段則在混凝土強度超過設計抗拉強度的50%以后，再繼續捆扎上層鋼筋，然后立模，最后澆注中間、邊墻和頂部混凝土。各中邊墻施工縫不在同一平面上，施工縫中通過預埋連接鋼筋抵抗剪力。當混凝土達到設計強度后進行后背填土。

4.3 線路加固

線路加固采用吊軌梁、工字鋼縱橫抬梁法施工。吊軌梁采用P50鋼軌，長12.5 m，按3-5-3形式布置，線路加固時抽換的木枕間距為0.8 m。施工時采用翻漏法施工，用撬棍扳翻上層鋼軌使之翻漏倒置在下層兩鋼軌中間。吊軌梁與軌枕用U型螺栓和槽鋼連接在一起。施工中可先用鐵線將未完成的軌束與枕木連結，保證行車安全。

縱梁的鋪設是將工字鋼置于路基支墩上，縱梁接頭用拼接板和高強螺栓固定，用U型螺栓和扣板將橫梁吊扣在縱梁上。在頂進的前方設置一排鋼軌樁地錨，防止橫梁移動，影響行車安全。橫梁的鋪設是將工字鋼穿在木枕下，支撐在混凝土支點帶上。橫梁支點施工前，需用吊軌梁加固線路。

4.4 框構橋頂進

進行框構橋頂進施工時，首先對場地進行布置，開挖工作坑，并進行線路加固。接著修筑后背并進行后背梁的頂板澆筑工作，設置排水系統。然后開始進行框構梁頂進作業準備，制造拖板并將頂進設備安裝就緒，開始頂進并記錄觀測數據。頂進過程中同時進行挖土運土工作，增加頂鐵并再次頂進。頂進至梁段到達指定位置后，開始測量中線水平并記錄數據。最后進行缺口處的回填并開始恢復正常線路。

(1)頂進作業

頂進作業前需進行一次全面的檢查。頂進過程連續進行，杜絕長期停頓，降低地下水滲出、路基坍塌的隱患。正式進行頂進工作時，利用千斤頂將框架橋主體的箱梁頂推到規定位置，挖土與頂進循環交替進行，用滑板來移動箱體，工序如圖1所示。箱身與路基接觸后進行土方開挖運送(圖2)。頂進出土采用人機配合施工。

(2)調整頂進橋身偏差

運用對一側千斤頂頂力進行調整、輪流開動兩邊高壓油泵、后背頂鐵(柱)、調兩側挖土調整及在箱身前端加橫向支撐等措施來調整頂進方向。頂進中高程控制措施采用抬頭調整和扎頭調整。通過適當調整刃腳的角度和兩側適當多挖，來糾正箱身“抬頭”現象。

圖1 箱身滑板移動工序圖

圖2 挖運土方工序圖

5 結 論

為研究下穿既有鐵路的框構橋頂進施工技術，以鞍南大道公鐵立交橋新建工程為例，首先分析了工程特點與重難點，制定了合理的框構橋頂進施工方案，包括工作坑設置、框構預制、防排水、線路加固與框構頂進等，并通過施工方案，對工作坑、滑板及后背梁、框構頂進等施工流程及工藝進行了研究，最后列舉了頂進橋身偏差的調整措施。為今后相似工程提供參考。