斜交框構(gòu)橋頂進(jìn)施工技術(shù)

張先鋒，張景平

(1.聊城三山公路工程監(jiān)理有限公司，山東聊城 252000；2.東阿公路管理局，山東聊城252200)

1 工程概況

國道105線聊城段下穿邯濟鐵路，立交橋為105國道穿邯濟鐵路而設(shè)，公路與鐵路均為直線，交叉法向角為21.73°，該橋為8.62 m+17.23 m+8.62 m三孔鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，凈跨為8.0 m+16.0 m+8.0 m，快車道凈高為5.2 m，慢車道凈高為3.5 m。框架結(jié)構(gòu)主體全高7.9 m，邊中墻0.9 m，頂、底板厚均為1.1 m，框構(gòu)橋外沿底寬38.07 m。

鐵路荷載采用：中-活載；

公路荷載采用：公路-Ⅰ級。

該橋基底設(shè)計壓應(yīng)力為200 kPa，基底容許承載力120 kPa，設(shè)計采用框構(gòu)橋內(nèi)靜力壓樁加固地基。由于框構(gòu)橋外沿底寬較大，頂進(jìn)過程中包括壓樁、埋設(shè)排水管道施工，開挖面暴露時間較長，需采取鐵路線路架空加固措施，保證鐵路運輸和工程施工安全。

2 施工技術(shù)與控制技術(shù)

框構(gòu)橋頂進(jìn)施工主要按線路加固、框構(gòu)橋頂進(jìn)、框構(gòu)橋內(nèi)壓樁、埋設(shè)排水管、拆除線路加固設(shè)施的順序進(jìn)行，工作的難點和重點為線路加固和框構(gòu)橋頂進(jìn)施工。框構(gòu)橋預(yù)制在線路北側(cè)，考慮框構(gòu)橋預(yù)制需跨雨季施工，工作坑靠線路一側(cè)按1：1.7的坡度進(jìn)行開挖。為保證框構(gòu)橋頂進(jìn)施工作業(yè)時列車運行安全和施工安全，同時也保證頂進(jìn)施工質(zhì)量，采取必要的鐵路線路加固及框構(gòu)橋頂進(jìn)的技術(shù)措施。

2.1 頂進(jìn)后背及滑板工程

框構(gòu)橋頂進(jìn)施工中選用鋼板樁、鋼軌樁和砌石擋土墻后背。該工程采用單排鋼軌樁后背。鋼軌樁后橫向滿排雙層枕木，鋼軌樁前設(shè)C30鋼筋混凝土后背梁，以增加后背整體性和分配頂力。后背填土采用三七灰土，機械夯實。

滑板又稱工作坑底板。該工程所在地，由于地質(zhì)情況較差，工作坑底板基底采取換填50 cm砂夾碎石墊層，滑板采用混凝土澆筑而成，板厚20 cm。板下設(shè)置數(shù)道混凝土地錨梁，以增加滑板抗滑力，避免框構(gòu)橋頂進(jìn)時，滑板滑移。工作坑內(nèi)順頂進(jìn)方向設(shè)置排水溝和集水井，排除坑內(nèi)積水。沿工作坑兩側(cè)及鐵路路基兩側(cè)布置多口直徑40 cm大口井抽排地下水，將地下水降至工作坑底板下1.0 m。

滑板澆筑完畢后在其上設(shè)置潤滑層：將石蠟和機油按一定比例混合加熱后，均勻涂抹至滑板頂面，石蠟上鋪設(shè)塑料薄膜，薄膜搭接順頂進(jìn)方向，并不小于20 cm。為避免滑板上焊接鋼筋燒傷薄膜，在薄膜上抹一層2 cm厚的砂漿保護(hù)層，滑板表面要平整并壓光，以利于框構(gòu)橋頂進(jìn)時順利起動。

2.2 線路加固

2.2.1 線路加固方案

下穿鐵路框構(gòu)橋頂進(jìn)施工，對鐵路線路的加固卸載常用兩種方法。一是采用施工便梁架空線路；二是采用縱橫抬梁法加固線路。前者穩(wěn)定性好，受力情況明確，列車通過時線路方向、軌距、水平狀態(tài)保持較好，但受施工便梁跨距限制(現(xiàn)在國內(nèi)施工便梁最大跨距為24 m)，無法用于大跨度框構(gòu)橋頂進(jìn)時的線路架空；后者雖不受跨距限制，但穩(wěn)定性較差，受力情況復(fù)雜，列車通過時線路方向、軌距、水平狀態(tài)較差，一般情況下要求列車限速35 km/h運行。

由于該橋全長36.3 m，無法采用施工便梁架空線路，同時該橋橋體頂進(jìn)施工中須進(jìn)行靜力壓樁加固地基，頂進(jìn)作業(yè)周期長，頂進(jìn)開挖面易坍塌，采用縱橫抬梁法不易保證線路穩(wěn)定。

針對該工程實際情況，該橋頂進(jìn)施工采用一種全新的鐵路線路加固方法——縱橫梁加固法。此法采用長15.75 mⅠ100工字鋼作為縱梁，縱梁沿橋長連續(xù)布置4組，每組縱梁采用兩榀Ⅰ100工字鋼布置于線路兩側(cè)。每組縱梁兩端設(shè)置直徑1.5m鋼筋混凝土挖孔樁支點，橫梁采用Ⅰ40工字鋼，其一端用U型螺栓于縱梁相連，另一端置于已預(yù)制好的框構(gòu)橋頂板上(見圖1)。橋體頂進(jìn)前，將線路荷載由橫梁全部轉(zhuǎn)移至縱梁上，鐵路路基處于卸載狀態(tài)。框構(gòu)橋頂進(jìn)過程中逐排拆除縱梁鋼筋混凝土挖孔樁支點。框構(gòu)橋頂進(jìn)到位后，拆除縱梁，恢復(fù)線路。頂進(jìn)施工中列車在該施工點限速45 km/h。

圖1 縱橫梁加固結(jié)頂進(jìn)施工示意圖

2.2.2 施工前的準(zhǔn)備

在線路兩側(cè)施工縱梁支撐樁，支撐樁為直徑1.5 m鋼筋混凝土樁，采用人工挖孔。支撐樁位置根據(jù)縱梁長度及加固線路長度確定，距線路距離不得侵入鐵路限界，設(shè)計樁長根據(jù)承載力計算確定。

線路架空前先將線路軌枕按75 cm間距抽換成鋼筋混凝土橋枕，每2.5 m增加一根軌距拉桿以控制軌距，同時安裝護(hù)輪軌。為加強架空設(shè)備的整體穩(wěn)定性，在Ⅰ100工字梁兩端分別增設(shè)一輔助枕木跺，尺寸不小于2.5 m×2.5 m×0.6 m。

2.2.3 線路加固

線路加固的范圍應(yīng)不小于框構(gòu)橋外輪廓寬度和框構(gòu)橋兩端加固長度之和，框構(gòu)橋兩端的加固長度按照框構(gòu)橋底身外不小于1：1坡度計算。該橋線路加固長度63 m。

線路加固施工時，首先將縱梁吊放置已施工完畢的挖孔樁支墩上，按鐵路軌道的方向和水平精確對正找平后將各縱梁間用鋼板連接。安放縱梁時應(yīng)注意防止工字鋼梁侵入鐵路限界，并注意設(shè)置防工字鋼梁傾倒措施。利用已預(yù)制完成的框構(gòu)橋頂放置Ⅰ40工字鋼，隨后將橫抬梁逐片垂直穿越鐵路軌道，用Φ20U型螺栓和∠75×75×10角鋼與縱梁相連接。橫梁單根長12 m或12 m+6 m，每組兩榀，間距按照75 cm均勻布置。橫梁與鐵路鋼軌間放置橡膠墊板，在縱梁工字鋼與鐵路鋼軌軌腰之間，每間隔2 m設(shè)置一道10 cm×10 cm木支撐，用來防止線路位移，保證線路方向。

為防止框構(gòu)橋頂進(jìn)時，線路加固設(shè)備發(fā)生橫移，同時補充縱梁支墩承載力不足，在框構(gòu)橋設(shè)計橋位以外設(shè)置一道輔助縱梁。輔助縱梁采用三榀15.75 mⅠ100工字梁連接而成。工字梁端設(shè)直徑1.5 m鋼筋混凝土樁支撐輔助縱梁，樁頂預(yù)埋防橫移角鋼。橫抬梁同輔助縱梁采用用Φ20U型螺栓和∠100╳100╳10角鋼連接。橫抬梁在預(yù)制框構(gòu)橋一側(cè)預(yù)留較長部分，保證在框構(gòu)橋頂進(jìn)時，橫抬梁置于框構(gòu)橋頂板上。

2.3 框構(gòu)橋頂進(jìn)

2.3.1 頂進(jìn)設(shè)備安裝及調(diào)試

頂進(jìn)設(shè)備安裝前，對液壓系統(tǒng)、傳力設(shè)備的各項性能進(jìn)行檢測，避免在頂進(jìn)過程中設(shè)備出現(xiàn)機械故障。

框構(gòu)橋頂進(jìn)頂力根據(jù)橋體自重、鐵路線路設(shè)備及加固設(shè)施重量、地基情況及框構(gòu)橋所穿越鐵路路基等情況進(jìn)行檢算確定。橋體最大頂力通常出現(xiàn)在橋體頂進(jìn)就位前，一般為橋體重量的1.2～1.4倍。斜交橋頂還應(yīng)考慮因斜交、不對稱側(cè)向土壓力而引起的附加頂力。施工中按頂鎬額定頂力的70%配置頂鎬數(shù)量，合理科學(xué)地布置頂鎬。安裝好全部液壓系統(tǒng)，包括頂鎬、油泵、油箱、管路，以及配套輔助設(shè)備后，進(jìn)行檢查調(diào)試，使其運轉(zhuǎn)正常，以滿足頂進(jìn)需要。

2.3.2 試頂與頂進(jìn)

試頂力按橋體最大頂力的0.4～0.8倍組織實施，試頂時慢慢增加頂力，每加壓一次需穩(wěn)定幾分鐘，對設(shè)備、滑板、后備、框構(gòu)進(jìn)行檢查，在一切正常的情況下正式頂進(jìn)。若出現(xiàn)問題，應(yīng)停止頂進(jìn)，并檢查、分析問題。當(dāng)框構(gòu)橋前刃腳進(jìn)入路基邊坡時，開始挖土，利用列車運行間隙進(jìn)行頂進(jìn)作業(yè)。

2.3.3 挖土與運土

由于在鐵路行車線下施工，為確保鐵路路線行車安全，該項工程頂進(jìn)刊采用小型機械人工配合挖土，汽車運土。

(1)挖掘量根據(jù)土質(zhì)情況，每次的進(jìn)尺控制在50 cm左右，禁止超挖，按千斤頂頂程的大小進(jìn)行挖掘，保證開挖土穩(wěn)定的關(guān)鍵是使框構(gòu)橋刃腳切入土內(nèi)，保證土基切入深度不小于10 cm。

(2)挖土?xí)r掌握土坡的平整，并保持與框構(gòu)橋刃腳坡度一致，坡率一般控制在1:0.5，嚴(yán)禁出現(xiàn)逆坡和垂直開挖。

(3)挖土工作必須與觀測工作緊密配合，根據(jù)框構(gòu)橋頂進(jìn)時的偏差情況，隨時改進(jìn)挖土方法。當(dāng)列車通過時或頂進(jìn)設(shè)備有故障時，停止挖土。

2.3.4 頂進(jìn)方向和高程控制

測量觀測是頂進(jìn)施工過程中的重要工作，直接關(guān)系框構(gòu)的頂進(jìn)質(zhì)量。框構(gòu)橋頂進(jìn)施工前布置一個中線和水準(zhǔn)測量控制網(wǎng)。框構(gòu)橋頂進(jìn)施工中，每完成一個頂程，就要進(jìn)行一次中線方向和水準(zhǔn)測量，正確分析測量數(shù)據(jù)，采取措施及時進(jìn)行糾偏。采用的控制措施為：

(1)控制挖土：多挖土的一側(cè)阻力小另一側(cè)可適當(dāng)少挖土而增加阻力，即可糾偏。

(2)及時調(diào)整頂搞的工作臺數(shù)及位置，使兩側(cè)頂力不等從而達(dá)到糾偏目的，實施時應(yīng)逐漸糾正。

(3)采用兩套不同的液壓系統(tǒng)，在頂搞對稱布置的情況下，用不等壓的方式形成糾偏力矩進(jìn)行糾偏。

(4)滑板預(yù)留坡度和加大刃腳阻力，可防止框構(gòu)“扎頭”。

(5)在底刃腳前方適當(dāng)向下超挖1～2 cm，可糾正框構(gòu)“抬頭”。

(6)控制頂鎬的著力點，使頂鎬的合力低于或高于摩阻力的合力，對防止框架“扎頭”和“抬頭”也能起到一定的作用。

3 結(jié)語

該橋施工中所采用的縱橫梁法加固鐵路行車線，在框構(gòu)橋頂進(jìn)施工中，線路加固設(shè)施受力明確，線上作業(yè)少，線路穩(wěn)定，線路方向及水平、軌距始終保持良好的狀態(tài)，保證了工程施工安全和鐵路行車安全。該施工方法特別適合鐵路提速以后的單線及多線鐵路線下頂進(jìn)大跨度框構(gòu)橋施工。

該橋施工由于采取了上述施工技術(shù)和措施，使橋體在頂進(jìn)中和頂進(jìn)后的方向和高程均符合規(guī)范要求。一般來說，框構(gòu)橋頂進(jìn)施工重點是保證線路穩(wěn)定安全及橋體高程和方向的控制。要控制好這幾個方面，必須針對工程的特點(環(huán)境、地質(zhì)、工程情況)制定相應(yīng)的預(yù)防措施，并在實際頂進(jìn)過程中加強觀測，對觀測數(shù)據(jù)及時正確地分析，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，立即采取相應(yīng)的處理措施，以免產(chǎn)生不良后果。