淺談使用“分節頂進法”整治鐵路小孔徑涵管病害的利與弊

南昌鐵路局永安工務段 黃玉虹

1 病害概況

永安工務段管轄了鷹廈線K291.915-K509及永加線全線共210公里，其中涵管共780座，平均3.71座/每公里。涵作為路橋排水設備的重要組成，也是山區鐵路的一個重要標志。據統計，段管內各類病害劣化涵共 280座，而孔徑不足 1m的涵管達202座，占病害涵的72.1%。其中小于1m的涵有151座，包括了138個蓋板箱涵，其中又以孔徑小于0.5m的蓋板箱涵病害尤為突出，存在著日常保養難度大、雨季易發水漫道床等安全風險。

2 病害原因分析

由于小孔徑涵的設置需求與一般的排水涵不同，正常的排水涵設置在山體的溝谷地段，用于匯集山坡面的水量，匯水量大，而小孔徑涵設置主要是處理側溝排水，一旦水量超過設計值或是涵身淤積，就易發水漫道床病害。下面重點分析孔徑小于0.5m涵病害突出的原因。

2.1 先天不足

2.1.1 地質條件受限

該類涵相對集中，基本上位于砂巖、砂巖夾頁巖、礫巖、流紋巖、凝灰巖五大巖性地段。其中砂巖、礫巖屬沉積巖，由粒徑不同石英的顆粒形成，結構穩定，通常呈淡褐色或紅色；流紋巖為一種相當于花崗巖的火山噴出巖，二氧化硅（石英）含量超過69%；凝灰巖是一種壓實固結的火山碎屑巖，在顏色和形態上有點像混凝土，主要由粒徑小于 2mm的晶屑、巖屑及玻屑組成，外觀上與砂巖較相似，但沒有斜層理。這五類巖石的特點是整體性好、強度高，不易風化。

2.1.2 地形條件受限

據統計，該類涵位于較長的雙路塹或半塹半堤中部地段，路堤段下部多為鄉間公路；與一般的溝谷端設涵的原理不同，涵身因地質條件受限，施工難度大，一般采取淺挖、低凈空、小孔徑涵。

2.1.3 排水條件受限

據統計，該類涵前后排水長度，最短為 75米，最長達448米，平均在146米左右，涵管存在為必要條件。

2.1.4 施工條件受限

早期修建的鐵路由于人工處理硬質巖進度緩慢，沒有機械幫助，只能選擇小孔徑涵以達到排水的最低要求。

2.2 后天不足

2.2.1 維修難度大

由于孔徑小、凈高不足，造成養護難度大；特別是一些凈高也小于0.5m的蓋板箱涵，人員無法進入維修，日常以檢查為主，維修基本無法進行，只有發生如蓋板破損漏碴、邊墻變形等較大病害時，申請施工天窗、開挖道床方可整治。

2.2.2 次生病害多

由于受地質條件所限，加以當年的施工工藝、技術，因此，該類涵多以蓋板箱涵為主，整體性差，質量無保證，存在著邊墻倒塌、蓋板破損、折斷、管節縫滲土、錯位等諸多病害。

3 現有整治手段應用情況

3.1 現澆施工

3.1.1 現澆施工基本步驟

支墩開挖與澆筑→架設便梁→線路加固→現場開挖與邊墻找平→底部砂漿找平→涵身澆筑→拆除便梁→線路恢復。一般用于埋深較淺、孔徑較小的涵管，全部作業時間約 50天，其中封鎖、慢行作業時間在25～30天。

3.1.2 現澆施工的優缺點

3.1.2.1 優點

（1）不受地形條件限制，方向易于調整。

（2）工作面小，施工場地要求低。

（3）與周邊巖體的連接性較好，不易出現漏碴、不均勻下沉等問題。

3.1.2.2 缺點

（1）現澆施工中的涵身鋼筋綁扎、砼澆筑，只能利用每天的施工天窗進行，其它作業也必須在慢行條件下完成，行車干擾大。

（2）縱向作業面過小，人員擺不開，整體推進速度無法加快。

（3）由于受施工天窗短、作業面過小等影響，現澆施工的流程只能采取線性作業而非流水作業方式，作業時間過長。

（4）施工人員全部在線上作業，除了鋼筋綁扎、砼澆筑是在天窗點內進行外，其它作業時間都是利用列車間隔完成，即使是設置了防護，但人身安全依然無法得到有效保證，特別是道碴、鋼軌等影響行走安全。

（5）占用非施工人員過多，施工負責人、把關人、施工員加防護員等，每天的非施工人員至少為17人，在長時間施工下，對路橋科、車間、班組的正常工作影響較大。

（6）因受天窗區段限制，由于現澆作業時間過長，會導致其它施工無法申請作業，從而影響其它施工作業。

（7）由于作業面過小，上部有鋼軌等影響，涵身砼的振搗往往受限，易出現個別部位振搗不到位現象，造成涵身整體性變差。

3.1.3 結論

缺點突出，非特殊情況一般不采用。

3.2 框架涵頂進施工

3.2.1 框架涵頂進施工步驟

基坑開挖→滑板預制→涵身預制→架設便梁→線路加固→涵身頂進→拆除便梁→線路恢復。一般適用于高覆土、大跨度涵（橋）的施工，全部作業時間約50天，其中封鎖、慢行作業時間約7至10天。

3.2.2 框架涵頂進施工的優缺點

3.2.2.1 優點

（1）由于涵身在工作坑內完成，施工場地不受限，搗固棒、表面振搗器等均可使用，砼澆筑質量有保證，且有足夠的養生期，涵身整體性好、強度高。

（2）行車干擾小、慢行時間短，是現澆涵的1/3～1/2。

（3）人身安全有保證：在整個施工過程中，只有便梁裝卸與線路加強是在線上作業；涵身預制過程中，人員不上線路的，人身安全有保障。

3.2.2.2 缺點

（1）需要較大的預制、備料場所。

（2）方向與坡度不易控制。由于一般采用的是一次性整體頂進方式，又因周邊巖性較硬，開挖的方向與坡度不易控制。

（3）涵身周邊回填不密實易發生線路下沉現象。

3.2.3 結論

用于小孔徑涵改造實施困難較大。

3.3 蓋板箱涵

由于整體性差，蓋板易折斷，邊墻易倒塌，蓋節縫滲土現象突出，已不列入改造方案。

4 分節頂進法施工

4.1 整治思路

根據《鐵路橋隧建筑物修理規則》第3.8.1條“排洪涵的最小孔徑不應小于1.25m，且全長不應大于25m。當全長大于25m時，孔徑還應相應加大。……現有涵洞不符合上述規定者，應結合具體情況逐步改造。”的規定，孔徑不足涵管缺點中的巖性較硬既是缺點，又是改造中的優點，由于有足夠的立面強度，在便梁架設的條件下，對開挖面以外的巖土體擾動影響較小，同時針對前兩類施工的優缺點，提出以下解決方案：

（1）為解決頂進方向、坡度不易控制與施工工期過長問題，可采用全斷面開挖。

（2）為解決地形條件受限、頂進場地不足困難，可采用分節頂進。

4.2 具體步驟

4.2.1 就近預制七節1m的框架涵（實際長度根據現場測量、并結合鋼軌分布確定），各預設相交邊設置橡膠止水帶（預留長度不小于30cm）；同期安排用直徑75mm的角鋼制作內徑較框架涵外徑大5mm的方框支架。

4.2.2 以預頂位置為中心，在左右兩側挖支墩，為架設便梁做準備。

4.2.3 16 米便梁安裝到位后，開始明挖。

4.2.4 全斷面開挖到位后，根據流水方向在底部根據坡度鋪設C20素砼10cm厚。

4.2.5 根據設計位置采取固定方框支架、頂進、固定方框支架、頂進等順序，將涵分節頂進到位。

4.2.6 處理各節間的防水。

4.2.7 涵周邊砂卵石回填，注漿。

4.2.8 拆除便梁、恢復線路。

在以上各步驟中，預制涵與現場明挖可同步進行，因此要設置合理的作業流程，一般影響線路作業時間在10天以內可完成，與頂進涵所費時間基本相同。

4.3 分節頂進法施工的優點

（1）預制涵，涵身質量有保證。

（2）分節預制，所需場地小，且可分頭對頂，頂力要求低。

（3）坡度、方向受控。

（4）占用施工天窗時間短、施工速度快。

（5）人身安全相對有保障。

（6）占用非施工勞力量小。

4.4 分節頂進法施工的注意事項

（1）通過管節間的橡膠止水帶固定、注漿等方法，處理管節防水問題。

（2）管節縫不得設置在鋼軌的垂直面以下，原則上鋼軌應設在單節涵身的中部，以保證涵身均勻受力。

5 結束語

小孔徑涵的整治是一項較為棘手但又不得不進行的一項工作，采用上述“分節頂進法”施工，最重要的是必須解決各管節間防水問題；它最大的優點是費用降低、施工時間縮短，并且勞動安全風險降低。通過整治，達到既解決排洪能力不足、又處理了涵身劣化的目標。

[1] 鐵路橋隧建筑物修理規則[M]. 北京：中國鐵道出版社, 2010.

[2] 鐵路工務技術手冊——橋梁[M]. 北京：中國鐵道出版社, 1993.

[3] 礦物巖石學[M]. 北京：石油出版社, 2007.