化機鐵路涵洞拓寬改造工程框架涵頂進施工

鄭少弘

1 工程概況

三明市化機鐵路涵洞拓寬改造工程位于鷹廈線 K360+401.99，K360+414.49處下穿鐵路，與鐵路正交。孔跨結構為2-10.5 m的分離式鋼筋混凝土框架涵，共3節，其中兩節下穿既有線采用頂進施工，節長12 m，剩余一節采用現澆法施工，節長9 m。立交全長 33.06 m，邊墻厚 95 cm，底板厚 75 cm，頂板厚65 cm，結構凈高660 cm。

該框架涵位于三明站小里程側咽喉區，立交范圍內共有4股道，該工程的建設還將影響多處道岔、信號機、電氣化、光電纜等鐵路設備。于鐵路里程K360+420處，有座1-10 m鋼筋混凝土梁橋，該橋凈寬8.9 m，凈高 4.5 m，共有10片Ⅱ梁，橋臺為 T形臺，臺長5.92 m，擴大基礎，施工難度大。

2 頂力計算與頂進后背設計

箱涵自重(以第一節箱涵計算):

初次啟動摩擦系數按1.4計，最大頂力Fmax=μ G=1.4×927=1 297.8 t，取 1 300 t，即最大需要 1 300 t的推力。

擬框架后背分配梁采用C25鋼筋混凝土，與滑板共同澆筑，采用高2.3 m、寬15 m、厚1 m的鋼筋混凝土，分配梁埋入滑板面以下0.8 m。

后背采用M10漿砌片石砌筑。后背梁均與框架軸線90°垂直，與框架平行。

檢算后背墻穩定性:

擬后背墻采用鋼筋混凝土材料:尺寸為寬15 m，高2.3 m(其中埋入土體0.8 m)，厚1.0 m。土的參數:內摩擦角 φ=20°，粘聚力c=20 kPa，基底摩擦系數 μ=0.35，密度 ρ=2×103kg/m3。

2.1 土壓力計算

1)后背墻上部被動土壓力計算(見圖1)。

把后背墻后面高于擋墻的土及砂袋等效為均布荷載:

P10=γ(z0+h)KP+=20×(0+3)×2.04+2×20×1.43=179.6 kPa。

P11=γ(z1+h)KP+=20×(1.5+3)×2.04+2×20×1.43=240.8 kPa。

被動土壓力為:E1P=0.5(P10+P11)H=0.5×(179.6+240.8)×1.5×14=4 414.2 kN。

對 O點取矩:M1P=[179.6×1.5×0.5×1.5+(240.8-179.6)×0.5×1.5×1/3×1.5]×14=3 150 kN?m。

2)后背墻下部被動土壓力計算(見圖1)。

P20=γ z0KP+=20×0×2.04+2×20×1.43=57.2 kPa。

P21=γ z1KP+=20×0.8×2.04+2×20×1.43=89.84 kPa。

被動土壓力為:E2P=0.5(P20+P21)H=0.5×(57.2+89.84)×1.5×14=1 543.9 kN。

對O 點取矩:M2P=[57.2×1.5×0.5×1.5+(89.84-57.2)×0.5×1.5×1/3×1.5]×14=1 072.3 kN?m。

2.2 后背墻自重

后背墻自重:G=γ GV后背墻=25×1.0×2.3×14=805 kN。

后背墻自重對 O點取矩:MG=G×LG=805×0.5=402.5 kN?m。

2.3 后背墻基底摩擦力

基底摩擦力:Nf=μ G=0.35×805=281.75 kN。

對 O點取矩:Mf=NfLf=281.75×0.8=225.4 kN?m。

2.4 驗算后背墻的穩定性

抗傾覆穩定性驗算:

由公式:Ko=M抗傾覆/M傾覆=(MG+M1P+M2P+Mf)/M傾覆=1.54＞1.5(滿足要求)。

3 D24施工便梁架空

Ⅱ道采用1孔D24施工便梁架空線路。便梁支墩采用鋼筋混凝土挖孔樁基。線路架空后，列車應慢行45 km/h，架空步驟及注意事項:1)挖道床及土方，灌注混凝土護壁及鋼筋混凝土樁基;2)搭枕木;3)就地拼裝D24施工便梁;4)D24施工便梁拆除后，應鑿除部分露出路基的鋼筋混凝土樁基，鑿除深度應符合線路道床厚度的要求。具體架空方案如下:

對于鷹潭側框架頂進時，在穿過Ⅱ道線路時，采用D24便梁架空線路，由于在靠近廈門側有一既有鋼筋混凝土梁橋，人工挖孔樁避開既有橋臺及路基;在另一側最大可按1∶1放坡，支點采用人工挖孔樁，樁徑為1.25 m，如圖2所示。

對于廈門側框架施工時，在穿過Ⅱ道線路時，采用D24便梁架空線路，靠鷹潭側的支點直接落在其箱涵上，另一側采用人工挖孔樁做支點。

4 縱挑橫抬架空

線路加固設備主要由橫梁(垂直于線路方向的工字鋼束梁)、縱梁(沿線路方向的工字鋼束梁)組成。其主要工藝為:縱梁一端搭在框架涵頂上，另一端搭在頂進方向的土體上，橫梁上跨縱梁，此橫梁托住線路。為防止框架涵兩側路基塌方，須在沿線路方向設置軌束梁托住線路，此軌束梁一端搭在上述橫梁上，另一端搭在框架涵兩側路基上。

穿設橫抬梁時，應防止橫抬梁同時與兩根鋼軌接觸，橫抬梁就位后，立即在橫抬梁與軌底間安裝絕緣墊板，方可落下軌道。

線路加固地段每2 m設絕緣軌距拉桿一組，以防止軌道爬行。

5 框架橋頂進施工方案

頂進總體施工方案先把鷹潭側框架頂進到位，再利用鷹潭側框架頂作支點，架空線路進行廈門側框架頂進施工。

中繼間法是將箱身分節預制，各節箱身間設中繼間，前節利用后節做后背，并在中繼間、末節箱身與后背之間安設千斤頂，再由前至后依次驅動千斤頂，逐節推動箱身，往復循環，直至箱身就位。

中繼間法頂進，由于前后箱身重心的運動軌跡不易重合，產生垂直分力，致使中繼間抗剪力較差，產生頂進中嚴重錯牙及底板處土方滯留。為處理頂進中中繼間抗剪力及底板處土方滯留給頂進施工帶來的施工難度，確保施工正常有序，在施工中進行了優化處理。中繼間鋼護套底板采用20 mm厚鋼板，其余均采用16 mm厚鋼板。鋼護套的埋設應與框架涵置放水平。

該工程框架底板至軌底間距為9.18 m，頂進開挖時嚴格控制開挖深度，邊挖邊頂，每次頂進深度控制在30 cm～60 cm范圍內。頂進時根據頂程情況在不斷接長的傳力柱上反壓軌束梁和分段設置分配梁。使其與后背共同承擔油頂最大推力，反壓梁或增加分配梁也起到傳力柱橫向分力的抑制作用，使頂推安全快捷。

6 結語

根據對施工方案的分析，本工程所采用的中繼間法施工工藝最大限度的發揮了其特點，使框架橋質量、工期、安全得到有效的控制，且工程造價低，經濟效益和社會效益明顯。由于中繼間法施工工藝在此次的施工中遇到很多問題并得到相應的解決，這為同類工程施工質量控制積累了一定的經驗和數據。

[1] 孫亦環.鐵路橋涵[M].北京:中國鐵道出版社，2000.

[2] 姚鈴森.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社，1998.

[3] TB 10415-2003，J286-2004，鐵路橋涵工程施工質量驗收標準[S].