框架橋頂進施工技術研究

賈立宇

（中鐵二十二局集團第四工程有限公司，天津 301700）

1 工程概況

本工程位于北京市朝陽區王四營鄉垡頭道口，化工路于鐵路里程K25+831.8 處下穿豐雙鐵路，橋中心線與豐雙鐵路下行線的交叉角為65.7°。

擬建橋位位于小紅門站和百子灣站之間，由東向西分別為豐雙鐵路上行線、豐雙鐵路下行線，線間距為5.2 m，線路呈南北走向，既有垡頭道口已導行。頂進凈跨為11.5 m+14 m+14 m+11.5 m 的四孔框架橋，順橋向長22.5 m，橫橋向寬55.75 m，高8.5 m，框構橋自重82 000 kN（8 200 t）。

2 頂進施工部署

頂進施工需具備的前提條件：線路加固完成并驗收合格；預制框架橋主體強度必須達到設計強度的100%。

頂進后背為排樁加后背梁形式，后背樁樁徑1.25 m，樁間距1.6 m，樁長22 m；后背梁為鋼筋混凝土，寬1.2 m，沿后背樁通長設置，埋入滑板下0.5 m，外露1.5 m；基坑底設置整體滑板基礎，下部為3 m×3 m 網格式鋼筋混凝土錨梁，錨梁寬0.5 m，高0.5 m，滑板墊層為20 cm 厚碎石，滑板為30 cm 厚鋼筋混凝土。

根據設計最大頂力進行頂進設備布置，設計最大頂力123 000 kN（12 300 t），總頂程65.386 m，空頂頂程30.386 m。采用500 t 頂鎬41 臺，頂鎬從兩側向橋體中線布置，鈍角部分布置21 臺，銳角部分布置20 臺。4 臺1.5 m3反鏟挖掘機進行頂進土方開挖。頂鎬位置關系平面圖如圖1 所示。

3 操作要點

3.1 啟動（空頂）

在頂起開始前嘗試頂起。試頂的目的是檢查頂升設備、后背、框架橋主體受力后是否異常，將框架橋主體與基坑滑板分離。

試頂頂力為頂橋結構自重的0.8~1.2 倍。開始時逐漸增大到此值，使頂鎬同步加壓，每次穩壓3~5 min，并派專人對設備、滑板、背部、框架橋主體進行檢查。如果一切正常，可以正式推入壓力。在加壓過程中，如果油表壓力突然下降，說明框架橋主體與滑板分離，刃刀吃土后框架橋主體向前移動直至空頂結束，空頂行程為30.386 m。

圖1 頂鎬位置關系平面圖

框架橋頂力計算：

式中，P為最大頂力，kN；K為系數，一般取1.2；N1為框構頂上總荷重，kN；f1為框構頂上表面與頂上荷重摩阻系數，取0.3；N2為框構自重，kN；f2為箱底與基底土摩阻系數，取0.8；f3為側面摩阻系數，取0.8；E為箱兩側土壓力，kN；R為鋼刃腳正面阻力，取550 kN/m2；A為刃角正面面積，m2。

1）框構頂上總荷重N1

橋上無覆土，總荷重即為線路加固重量，計算寬度取為56 m。查相關資料，I45b 工字鋼的質量為87.4 kg/m。

I45b 工字鋼縱梁6 根，其總質量為56×6×87.4=29.4 t；I45b 工字鋼橫梁計算寬度取47 m，則35 根I45b 工字鋼的質量為47×35×87.4=143.8 t；P50 鋼軌3-5-3 吊軌計算長度56 m，22 根，50 kg/m，其質量為56×22×50=61.6 t；線中其他材料取0.65 t/m ，則質量為0.65×56×3=109.2 t。框構頂上總荷重N1=344 t=3 440 kN。

2）框構自重N2

框架橋體混凝土總計2 586.9 m3，混凝土質量取2.5 t/m3，則N2=2.5×2586.9=6 467.25 t=64 672.5 kN。

3）箱體兩側土壓力E

箱體兩側平均長度L=27.5 m；查相關資料，該處土質為粉質黏土，重度γ=18 kN/m3，內摩擦角φ=26°；L′為框架邊墻長度23.5 m；h為框架高+板頂至軌底高度9.2 m，則E=0.5γL′h2tan2（45-φ/2）=6 982.19 kN。

4）前刃角正面面積A

單側刃角寬度0.95 m，長7 m，則A=2×0.95×7=13.3 m2。

將以上數據代入式（1），得：P=88 810 kN（8 881 t）。

計算框架橋頂力為88 810 kN（8 881 t），設計框架橋頂力為123 000 kN（12 300 t），經計算，安全保證系數1.38，因此，選用41 臺500 t 千斤頂滿足要求。

3.2 正式頂進及挖土

框架橋主體空頂時嚴格控制框架橋主體方向，防止偏離中心線，增加糾偏工作。當框架橋主體與路基接觸時，增加開挖和運輸土方的工序。

頂進時啟動高壓油泵，使千斤頂接受液壓，產生頂進力，推動框架橋主體前進，每鎬頂進1.0 m，每次出鎬約3～5 min，箱身前進后使千斤頂的活塞回復原位，回鎬約3～5 min；將頂鐵填充并放入縫隙中約10～20 min。每次頂進0.8～1.0 m 后，挖掘機、裝載機配合自卸汽車進行挖掘。根據開挖土方量，確定開挖時間約為4 h。開挖清理完畢后，再次打開鎬進行頂進，此循環重復進行，計劃每天頂進5 m，直至框架橋主體就位。框架橋頂進循環進尺見表1。

表1 框架橋頂進循環進尺表

每次頂升完成后，立即組織人員配合挖掘機進行挖土。開挖坡度為1∶0.5，近似接近刃角。開挖進尺1 m/次，開挖邊坡總體平整。開挖與測量工作密切配合，根據路橋偏差及時改變開挖方式。頂進斷面示意圖如圖2 所示。

圖2 頂進斷面示意圖

3.3 測量監控工作

準確掌握框架橋頂進的方向和標高，在頂進后受力區外設觀測站進行觀測。

觀測點設置在距離背部20 m 以外，避免背部變形，影響觀測儀器的穩定性。觀測站設全站儀及水平儀各1 臺，設兩個觀測站。在框架橋身的頂板四角設置高程控制點及框架橋主體前后兩端中心線各設置方向標尺，用于頂進過程中的高程測量和方向偏差觀測。掌握頂進過程中后背的變形情況，在后背側設置橫向觀測站，設置全站儀，在后背梁兩端和中間設置直尺，觀測后背的變形情況[1]。

測量過程中，定期檢查水準點和標尺，確保位置沒有過度偏差或誤差。為避免洞內施工對觀測工作的干擾，在布置標尺位置時，保證其位置的可視性；否則，調整觀測站的位置，以確保對監測工作進行有效和持續的監測。如果檢測到框架橋主體變形和移動，應立即分析發生的原因，并立即調整頂力系統，以確保頂進運行的安全性。保持觀察上部柱軸方向的橫向變形和穩定性，觀察橫向梁附著點附近的變形，以確保力傳動結構系統正常運行。頂進中加強對鐵路線路及路基的觀測。

3.4 頂進方向和高程的調整

當框架橋主體被推入軟土地基時，它開始沿著基坑底板2‰~3‰的坡度上升。當框架橋主體伸出滑板1/3 時，由于框架橋主體自重，滑板前端的泥土被壓縮。這時，框架橋主體末端往往進入主線。由于活載，滑板端部下沉，出現裂紋，框架橋主體開始扎頭[2]。框架橋主體重心移出基坑滑板后，低頭更加明顯。當框架橋主體繼續向前運動時，在尾部與滑板分離前后，滑板經常斷裂，框架橋主體尾部下沉，使坡度逐漸上升，然后平穩向前運動，直至到位。在此過程中，為了防止方向和高程誤差過大，除了加強觀測和認真預防外，還應進行校正。防止造成過大偏差后不易校正。主要校正方法有下列幾種：

1）空頂階段框架橋主體容易出現方向偏差。施工時，在框架橋主體與基坑護坡樁之間回填2 m 厚的土，并分層夯實，確保框架橋主體向正確方向啟動。為防止“扎頭”，除工作坑滑板上預留的斜坡外，在框架橋主體前端底板下設置一個船頭坡，坡長5 m，垂直高度5 cm.

2）框架橋主體埋好后，要時刻注意挖土斷面是否正確，使頂進挖出的土洞與框架橋主體方向一致。對于這座橋來說，重要的是確保所有的洞都以相同的速度挖掘，挖掘均勻，并在指定專業人員的指揮下進行，避免施工混亂或挖錯方向。

3）調整框架橋主體方向左右偏差的方法：增大或減小一側千斤頂的頂力，即打開或關閉一側的千斤頂閥，以增加或減少千斤頂的頂力。如果向左傾斜，右側千斤頂將關閉并縮小；如果向右傾斜，則反之。

3.5 糾正框架橋主體“抬頭”的方法

抬頭時，在框架橋主體前端底板處采取適當的超挖方法，根據框架橋主體頂進標高的變化趨勢逐漸超挖，直至達到設計要求。兩側開挖不夠寬，容易造成框架橋主體“抬頭”，建議兩側多挖。框架橋橋體“抬頭”偏差量較小時，把開挖面挖到與框架橋底面持平。如“抬頭”量較大，則底板前土體向下挖0.2～0.3 m，寬度與框架橋橋身相同，同時使兩側刃角不吃士，在頂進中逐步調整，在未達到設計高程時，便酌情停止超挖以免又造成框架橋橋體“扎頭”。

3.6 糾正框架橋橋身“扎頭”的方法

開挖時，開挖面的基底應保持在框架橋主體底板底部以上8~10 cm，較高部分的土由船頭坡壓入框架橋底，糾正“扎頭”。通過增加框架橋主體后端的配重改變框架橋主體前端土壤的受力狀態，從而糾正“扎頭”。但是要注意增加重量后逐漸卸載的問題，否則會出現“抬頭”的現象。同樣的原理也可以用來糾正“抬頭”現象[3]。

4 結語

平交道口改為立交道口施工方法，在國內涉及鐵路施工極為廣泛，不但緩解和改善公路與鐵路的交通壓力，節約通行時間，大大減少了人員及車輛橫穿鐵路存在安全隱患。在不影響鐵路正常運行的前提下，列車限速45 km/h，既保證鐵路運行，又保證“平改立”施工，因此，架橋頂進施工方法被廣泛應用。