鐵路框架橋頂進工程相關位移的測量與控制

陳達元 上海鐵路局東華地鐵公司

隨著國民經濟和社會的快速發展，地方交通道路與營運鐵路的交叉與日俱增，為保證鐵路運輸安全，線路允許速度120 km/h的線路都進行了隔離封閉，新建公路與既有鐵路交叉必須采用上跨或下穿的方案實施，因此鐵路下穿頂進立交橋工程亦相應增多。合理組織實施框架橋頂進工程位移測量與控制是安全平穩、保質保量完成營業線施工的關鍵措施。本人結合近幾年徐連地區幾處采用D型低高度便梁（線路限速45 km/h）方案頂進框構橋工程實例做如下闡述。

1 D型便梁加固線路頂進框架橋基本順序和位移測量控制關鍵點

施工基本順序：測量放線→場地降水→頂進工作坑開挖→制作頂進滑板與后背梁→框架橋箱體預制→設置簡易支墩、架設便梁→便梁支墩挖孔樁及系梁施工→架設便梁頂進箱體→線路回填、撤除便梁→恢復線路。

位移測控關鍵點：

①頂進工作基坑（圍護樁、邊坡）和路基本體變形測控。

②便梁梁端豎向位移、橫向位移與便梁跨中豎向撓度、橫向位移測控。

③線路軌道幾何狀態測控。

④立交橋箱體頂進期間中線與高程測控。

各項位移限值的設定標準見表1。

表1 位移限值的設定標準

2 位移的產生原因及測量方法、控制與調整措施

2.1 頂進工作基坑（圍護樁、邊坡）和路基本體變形

根據地質條件和挖土深度不同，設計一般采用樁基或放坡開挖相結合的方式，按照鐵路營業線施工安全規定，基坑位移達到一定限值時視為邊坡失穩，必須采取卸載、回填基坑、拉錨等搶險措施進行加固防護。為確保路基穩定和頂進基坑安全，基坑開挖前，在路肩及工作坑四周設置沉降觀測樁，采用全站儀和水準儀在場地降水、基坑開挖、便梁架設期間進行沉降觀測，并做好記錄。觀測頻率根據不同時期應作相應調整，但每天不少于2次；基坑周圍不得堆積材料、棄土等，以免影響基坑穩定；基坑開挖期間，應注意避免在該地段的進行大機穩定線路作業。

2.2 軌道幾何尺寸變化

（1）線路軌道靜態幾何尺寸日常檢查采用軌距尺、弦繩等工具，檢查范圍為便梁及便梁外各50 m線路。接車防護人員在每趟車通過前后應目視檢查線路各1遍，線路檢查人員按規定對責任地段每2 h對線路幾何尺寸檢查1次，隨時做好記錄。

（2）軌道幾何尺寸超限的主要原因：道碴缺失、道床翻漿冒泥、路基下沉、扣件松動，無縫線路鎖定軌溫偏高。整治措施：在施工前對頂進施工范圍及兩端線路進行全面整修，扣件復擰，保證扣件壓力；無縫線路區段對長軌條進行壓力放散，調整鎖定軌溫；補充回填道碴，確保道床飽滿密實；高溫季節加強線路軌向、軌縫檢查，必要時在橋面線路兩端各50 m范圍內從兩端向中間對鋼軌進行澆水降溫，減少橋上鋼軌溫度應力。

2.3 便梁和便梁支墩

（1）便梁跨中位移觀測采用弦繩和鋼直尺進行，便梁梁端、便梁支墩采用全站儀及水準儀測量，觀測次數每天不得低于2次，在便梁架設初期和線下土方開挖期間應適當增加觀測次數，并做好測量記錄。

（2）便梁跨中位移偏差的主要原因：便梁組裝不規范，配件不齊；便梁超齡服役。改進措施：按標準組裝便梁，牛腿與聯結板的螺栓必須全部上緊，保證配件齊全有效；便梁架設完畢、橋下開挖土方前，水平斜拉桿必須安裝到位并增設部分軌距拉桿加強便梁的整體性；便梁范圍內盡量避免鋼軌接頭，減少列車通過時的沖擊力；便梁使用過程中隨時檢查，上緊松動的扣件。

（3）便梁梁端豎向和橫向位移：地基承載力不足或分離式支墩平面尺寸較小、支墩地基應力集中導致便梁架設初期支墩產生較大的沉降；列車通過時橫向離心力作用產生橫向位移。為了保證列車運行安全，在支墩頂面預埋橫向限位角鋼，防止橫向位移；對支墩的動荷載和地基承載力進行檢算，合理設置支墩的平面尺寸和埋置深度；便梁支座底面選擇高強度鋼板或硬木作墊座。

注意事項：每個支墩均應設置觀測樁以觀測便梁橫向、縱向位移及支墩沉降，要重視相對支墩的不均勻沉降，以保證便梁工作狀態完好。

2.4 框架橋箱體頂進

（1）為準確控制箱體頂進的方向和高程，在頂進工作坑后方30 m左右設置觀測站，觀測站設全站儀及水準儀，儀器中線方向與箱體設計中軸線平行，在框構頂板（或底板）四角及中線上用鋼釘作標記，作為頂進高程和方向測量的觀測點，箱體每前進一頂程，對箱體的軸線和高程進行觀測，并做好記錄，發現偏差及時通知頂進施工負責人采取措施糾正。

（2）產生偏差的原因：①箱體預留船頭坡、滑板坡設置不合理，地基承載力不足，降水不到位、土體被水浸泡，頂進速度過慢。②頂鎬應力不均、頂進設備安裝偏差、土方超挖。調整措施：①根據地質情況將滑板頂面做成前高后低的仰坡，箱體底板前端設可調整箱體高低偏差的船頭坡；挖土進尺及開挖面坡度根據土質情況和千斤頂的頂程確定，開挖坡面應平順整齊，不得有反坡；頂進作業采取三班制連續施工。②頂鐵安裝應與頂力軸線一致并與橫梁垂直；在頂進滑板澆筑的同時設置導向墩，保證箱體在脫離滑板前方向良好；挖土工作應與觀測人員密切配合隨時根據橋涵頂進方向和水平偏差采取超欠挖糾偏措施。

注意事項：頂進作業應將地下水位降至基底以下1.0 m進行，持續時間不得少于7天，地下水豐富地區盡量避開雨期施工；施工過程中隨時觀測既有線路和臨近建筑物（房屋、供電、信號等設備）的狀態變化，防止土方開挖和大面積降水引起線路、房屋、接觸網立柱、信號桿件等設備基礎下沉。

3 結束語

以上是鐵路框架橋頂進施工位移測控工作的粗淺總結和分析，今后仍有以下事項值得我們進一步關注和探討。

（1）路基沉降變形、圍護樁變形位移限值必須經設計部門根據不同的地質條件、工程類別、行車條件并結合相關規范提出，不可千篇一律照搬規范條文，否則現場施工難以操作。

（2）D型施工便梁作為定型標準化構件，是目前頂進立交橋運用較為頻繁的線路加固重要設備。便梁的跨中豎向撓度、橫向位移安全值以及便梁的安全使用壽命如何確定，采用何種方法準確檢測并鑒定便梁是否處于良好的工作狀態仍然是一項課題。

（3）現行的位移測量方法大多采用簡單儀器進行觀測，采集到的數據具有局限性，不能體現被觀測點位的三維空間變化，而且觀測受地形的限制和天氣、光線的影響，測量成果時效性差，且耗費大量的技術力量和勞動力。

（4）如果能夠研發先進、完善的測量監控預報體系，輔以先進的設備 (例如GPS儀器等)，在現場測控點安裝精密的感應裝置，對應點位的位移信息能夠即時反饋給項目有關人員，屆時鐵路頂進立交框架橋的施工管理水平將走上一個新的臺階。