既有鐵路長大箱涵頂進施工技術及質控研究

焦時照

中國電建市政建設集團有限公司 天津 300384

進入新時代后，既有鐵路下穿箱涵項目施工材料、建造工藝、施工技術等發生了一系列變化，雖然有利于此類工程向著高質量方向發展，但是在實際施工期間，受到人、機、材、技、法、環、錢、管等各個層面的資源配置影響，容易發生技術效用低、施工質量隱患多的風險。因而，在當前以“項目立項→決策→設計→招投標→采購→施工→竣工”為主要環節的設計施工一體化實踐模式下，施工單位一方面應加強對項目諸環節的資源配置，另一方面需加強對施工技術的應用分析及質量控制，使項目建設與運營期間均能夠產出綜合效益。下面先對某既有鐵路立交工程做出簡要概述，再從施工技術與質控措施兩個方面展開分析。

1 項目概況

以某既有鐵路立交工程為例，立交主體為兩孔16.0m箱涵，總長80.5m，軸線與既有鐵路中心線夾角為74.10°。根據設計方案要求，其框架結構尺寸如下：（1）頂板厚：0.95m；（2）底板厚：1.15m；（3）邊墻厚：1.1m；（4）結構凈高：6.3m；（5）總高：8.4m。豐水期地下水位約為黃海高程27.8m，勘察報告顯示其巖土層為填土、粉質黏土、粉砂、粉質黏土、粉土，施工單位根據其實際情況提出了“鉆孔灌注樁+雙排高壓旋噴樁止水帷幕”圍護結構施工方案[1]?？紤]到框架橋長度、跨度較大，施工中選擇了適配性較高的D型便梁為其提供支撐，具體操作時以“D16+D24+D16型便梁”架設既有鐵路，分南北兩段進行頂進施工。其中，長大箱涵為混凝土箱涵，實施時以永臨結合箱涵結構方案為準，關鍵施工技術包括D型便梁施工與箱涵頂進施工技術，下穿鐵路頂進施工主要包括：施工準備→滑板墊層→箱涵預制→箱涵頂進施工等。

2 永臨結合箱涵結構施工方案分析

2.1 圖紙審核

施工人員協同BIM操作員將二維Auto CAD圖紙導入Revit軟件，利用其中的“族庫”功能建立分項工程（主要包括基坑工程、支護工程、箱涵工程、D型便工程）的“族模型”，依次對其進行可視化檢查。然后，將族模型導入4D Navisworks軟件，利用其中的“漫游”功能和“碰撞檢查”功能完成分項工程施工預覽、重點標記、硬碰撞與軟碰撞檢查等。

2.2 支護體系

確認圖紙與實際施工情況相符后，施工人員對該項目中的載力及力學指標進行全面檢查，具體以室內土工試驗、標準貫入試驗、現場鑒定情況綜合比較檢查，確認各地層的壓縮模量、粘聚力、內摩擦、地基承載力特征值均符合要求后，按“鉆孔灌注樁+雙排高壓旋噴樁止水帷幕”支護體系進行支護作業，操作時選擇旋挖成孔鉆孔灌注樁與雙排高壓旋噴樁止水帷幕，配套有管井法降水、開挖渠道措施。其中，灌樁尺寸為1.5*1.5m，長度范圍在18～28m之間，考慮到要增大樁底承載力，實際施工中對樁基底部進行了相應的擴大頭設計。支護施工現場的作業流程主要包括：（1）施工準備；（2）搭設提升架；（3）鉆孔、護壁、清孔、土石外運；（4）鋼筋籠制安；（5）灌注樁澆筑；（6）檢查驗收等。配套的止水帷幕施工以現場實際情況為準先設置帷幕、降水井、開挖渠道，再根據實際施工現場情況進行排水、止水等。需要說明的是，在該方案下支護體系與D型便梁的聯合應用，有利于節本降耗、提質增效[2]。

2.3 D型便梁

該項目以“D16+D24+D16型便梁”為支撐，考慮D型便梁架設與拆除施工在該項目中的工程量相對較大，設置有專項施工方案，主要包括6大環節：（1）軌道吊進入施工現場；（2）起吊；（3）落梁；（4）軌道吊按調度命令離開施工現場；（5）線路開通前檢查確認；（6）銷記。施工技術操作分為8個步驟：（1）施工準備；（2）便當運輸；（3）調整木枕間距；（4）穿設鋼枕；（5）安裝主縱梁；（6）結合件連接；（7）拆除架空；（8）恢復線路等。該分項工程旨在為鐵路進行架空保護，具體以該項目鐵路線附近的10根支護樁為支撐，配套設置專用D型便梁位于支護樁頂。同時，在施工時不用再對支護樁進行更換，只需按照施工進度完成D型便梁的架設、拆除、移用即可。從模型分析結果看，樁基與下穿箱涵結構施工不會對上方列車的運行造成影響[3]。

2.4 永臨結合箱涵結構連接

通過剛性連接方式完成鄰近支護樁與主體箱涵的連接，提高對差異沉降的抵抗能力等。箱涵和樁基永臨結合部位的施工主要通過左右幅同步施工方法按鋪設墊層→底板施工→墻身與頂板施工→支護樁表面鑿除→回填夯實→回填區注漿等進行操作。

3 既有鐵路長大箱涵頂進施工技術分析

3.1 滑板墊層施工

滑板墊層是預制箱梁的施工墊層，在實際應用時能以潤滑絕緣層的形式為箱涵頂升提供服務。該方面的施工技術重點集中在對滑板頂部潤滑絕緣層的加強方面，施工人員根據實際情況選擇了在底部設置地錨梁方式。具體如下：（1）施工人員以水平防滑地梁槽設計要求的3m/個標準沿頂進籬工主方向進行開挖作業；（2）將地下連接墻鋼桿與其連接后，設置“工”字梁模板并進行澆筑（C25混凝土）形成滑板；（3）對滑板進行監測與養護，當其強度達到設計要求的50%以上時即可采用2cm厚石蠟與塑料薄膜設置分離層或隔離層。具體施工中的塑料薄膜長度不小于0.25m，鋪設好后再進行石蠟澆筑。最后，疊放安裝潤滑層使用M10水泥砂漿進行2cm厚度的覆蓋保護。

3.2 箱涵預制施工

箱涵預制時采用現場預制方案，施工人員先選擇厚度為1.5cm的竹膠合板與厚度為2.5cm的泡沫板及粘膠、條公開破等材料，完成模板支設、接縫內側與外側處理。其中，邊墻模固定時采用墻體螺栓進行固定，然后使用螺母連接緊固，實際操作時應在螺栓中間使用止水帶提高其施工質量。其次，完成模板裝設后，施工人員依次拆除螺栓并對兩端進行水泥砂漿封閉處理。第三，施工人員選擇國內標準鋼管（外徑與內徑分別為48mm、40mm）搭設碗扣支架結構。支架搭設期間步距設置為1m，并按照65cm設置桿間垂距，立桿頂部設置有方形木質材料[4]?？紤]預制地板在后續預制中可以產生的影響，施工人員設計了底部支撐結構（15*15cm）。整體上的支架以全長剪式支架為準，可借助以3m/個標準設置的剪式支架為其提供穩定性。

3.3 箱涵頂進施工

該項目中的箱涵頂進施工分為開始滑動→向前移動→步入路基承載狀態三大階段。一般而言，頂進土體時的頂進力數值達到了最大值，而且會對箱涵施加作用力?？紤]到箱涵可能產生的受力影響，施工人員結合項目特點應用了架空輸電線路千斤頂結構，有效解決了該問題。從計算情況看，該項目中的側箱涵重量、中心孔箱涵重量分別為2215t、4292t，此時箱涵頂進施工中對應的最大頂進力應為2876t、5579t。為保障頂進施工安全與有效性，施工人員針對側孔箱涵、中心孔箱涵配套設置了相應的千斤頂設施，前者以40t規格為準設置5個到10個，后者以300t到400t規格為準設置15到20個。需要說明的是，在實際的頂進施工作業期間，若千斤頂設施數量達到10臺，應根據實際情況配套中控措施，以確保其使用安全。

頂進施工時，施工人員先進行開頂前的試頂操作，具體以箱結構自重的0.6倍為準啟動，然后使用頂鎬按5MPa/L逐步加壓，確定一切正常后再進行加壓式頂進操作。首節、中間節的頂進作業應同步，刃腳入土可開啟中繼間頂鎬進行操作，回鎬應以頂進20cm為標準進行操作，末端頂鎬操作需確保中繼間頂死再操作。橫梁與頂鐵、后背梁方面應以間隙為標準，箱體橫移對位時，應以2節箱體全部入土且沒有脫離滑板時為準[5]。

4 既有鐵路長大箱涵頂進施式質控措施

4.1 組建質量管理小組

施工單位在項目經理管理制度下，由項目經理負責組建專家團隊，主要成員包括全過程管理師、環境咨詢師、技術工程師、生產經理、BIM軟件操作員等[6]。首先，專家團隊結合BIM模型推演情況提出了開展全過程質量管理方案。其次，由生產經理負責組建質量管理小組，并通過組內會議討論劃分具體的管理任務，主要包括。

（1）開展現場實地踏勘并做相應的記錄，結合踏勘結果分析細化施工方案中的質量管理制度規范條件，然后在制度引領條件下明確質量管理小組組長、副組長、組員的管理職能及應負的責任。考慮到該項目質量要求較高，配套設置有責任追究制，即使在項目完工后也可以根據實際發生的質量隱患進行責任追究。

（2）質量管理小組成員根據箱涵頂進施工分項工程，編制施工質量管理要素清單與技術質量控制指標，確?！肮芾硪?管理指標”一一對應的前提下，根據施工進度實際情況，進一步編制針對滑板墊層、箱涵預制、箱涵頂進相關的“質量管理表”，可以將質量管理工作細分到以周、日為單位的詳細施工中，確保質量管理的有效性。

（3）實際施工期間，按照業主方提出的施工管理指導意見，施工單位提前搭建了以“數據庫層-模型層-信息管理層-應用層”為基本架構的BIM在線管理平臺，業主、設計單位、施工單位、監理單位、環保單位均被納入了“應用層”，可以共享質量管理信息。同時，質量管理小組與進度、安全、環境、合同、成本等質量管理小組之間可以通過在線交流方式實施協同管理，以此保障整個質量控制的全面性、及時性、精準性。

4.2 頂進施工質控措施

該項目箱涵頂進施工中易發生安裝偏差，出現阻力，而且對D型便梁與箱涵的監測要求較高，因此在質量管理方面，質量管理小組針對上述風險配套設置了針對性較強的質量控制措施。分述如下。

4.2.1 糾偏質控措施

該項目施工中對箱涵軸線和標高的控制十分關鍵，難度相對較大。質量管理人員根據質量管理要素-管理指標表中提前列舉的軸向偏差、“抬頭”糾偏、“扎頭”糾偏，查看了頂進控參數表（如表1），然后按照針對性措施指導施工人員進行了質量控制。例如，在軸向偏差質控方面，當偏差較小時增設鋼板至一側頂鐵部位，當前端需向左偏時則在右側增加頂力或降低左側頂力。再如，在“抬頭”偏差質控制方面，施工人員根據箱身實際抬頭量，進行稍作超挖或多超挖并輔以頂進調整措施。至于“扎頭”偏差質控，則根據挖土時、基底土壤松軟、箱身端土受力狀態等實際情況，對其進行糾偏處置，包括平衡壓重法、設置“船頭坡”法、加固地基法等[7]。

表1 頂進質量控制參數表

4.2.2 減阻質控措施

除了糾偏質控外，該項目施工存在至少三種阻力：（1）箱身前端刃角切土形成的正面阻力；（2）箱身與兩側土體形成的摩擦力；（3）箱身自重與地面形成的摩擦力。根據施工進度情況看，本次施工期間的吃土頂進量與頂進時間，分別為142m、90d，同時需進行2次箱體橫向移對位作業，質量管理人員在充分考慮上述情況后針對可能發生的“抱死”問題，設置了減阻劑，同時將潤滑劑涂抹到箱體表面。

4.2.3 測量質控措施

該項目規模大、施工周期長，頂進施工作業期間涉及若數據記錄要求，質量管理人根據其實際要求協同技術工程師對其頂程、頂力、吃土量、接縫處寬度、錯臺變化等實際情況進行了一一監測。具體操作中按照1次/2h的監測需求選擇了2臺高精度自動化0.5″級全站儀與監測棱鏡，完成監測后可以自動生成相應數據并完成相關曲線圖繪制，為質量管理人員進一步實施質控提供依據。

5 結束語

綜上所述，既有鐵路長大箱涵頂進施工專業要求較高，施工技術具有一定的復雜性。在新時期此類工程高質量建設時期需要配套做好相應的質量管理工作[8]。建議施工單位在同類項目施工期間，一方面遵循思路決定出路的基本原則對各個施工環節進行全面分析，另一方面按照技術賦能路徑下通過擴大技術要素配置比例方式提質增效的要求選取適配性較高的施工技術并將重點放在支護與頂進施工兩大方面。尤其在當前階段應結合新材料、新技術、新工藝的實際應用現狀，在項目經理負責制度下組建綜合素質全面、勝任力較強的質量管理小組，做好糾偏、減阻、監測等方面的質量控制，進而在提高此類項目施工全要素生產率的基礎上，輔助其產出綜合效益。