鐵路站場下頂進大跨度框架橋設計與施工技術

陶紅紅

(中鐵上海設計院集團有限公司南昌院，江西南昌 330002)

以南昌市洛陽路下穿鐵路框架橋工程為例，探討橋址位于鐵路站場下，采用盾構和管棚、管幕相結合掘進支護技術，解決大跨度連續框架橋頂進時的線路加固問題。

1 工程概況

南昌市洛陽路位于南昌站北側，全長約1 500 m，其中下穿鐵路框架橋長162.24 m，采用5 m+14.25 m+5 m三孔連續鋼筋混凝土框架結構。下穿鐵路框架橋共穿越南昌站既有10股道、車輛段5股道及配件廠專用線1股道，6組道岔，4個站臺。框架橋中心線與京九鐵路上行線法線斜交，斜交角度2°46′，交點里程為京九線K1444+403.2。其框架橋平面和橫斷面分別見圖1、圖2。

圖1 框架橋平面

框架橋共分為9節，2～7節采用中繼間法頂進施工，共長115 m。線路加固采用盾構和管棚、管幕相結合掘進支護，其余采用現場澆筑施工。框架橋預制場地設在洛陽路東側，每節最大頂程為132 m，結構自重最大高達41 000 kN。

框架橋穿越地層主要為粉質黏土、粉砂及中砂層，地表水及地下水極其豐富。地表水主要是南昌站內各種生活用水以及大氣補給降水，長年累月循環;地下水位在框架橋基底以上1.0 m左右，主要為贛江地表水的側向補給，水量較大。

圖2 框架橋橫斷面(單位:cm)

2 技術重點和難點

2.1 框架橋總跨度大

框架橋采用5 m+14.25 m+5 m三孔連續鋼筋混凝土框架結構，總寬27.25 m。在不中斷南昌站正常運營的條件下，若采用常規的便梁施工方法，不能滿足線路加固要求。

2.2 線路施工行車限速不得小于80 km/h

南昌站位于江西省省會南昌市，是京九線上唯一的省會站和南昌鐵路局客運一等站，是京九、滬昆鐵路兩條大動脈的交匯處，鐵路樞紐地位愈加凸顯。目前南昌站有4趟直通客車，線路允許最大通過速度為120 km/h，而施工行車限速不得小于80 km/h。

框架橋共穿越16股道、6組道岔、4個站臺，在道岔區進行線路加固，除了傳統的橫挑縱抬外(線路施工行車限速25 km/h)，目前還沒有其他較為成熟的經驗。若特殊設計大跨度便梁架空線路，不僅要許多片縱、橫梁，關鍵是由于道岔的存在，便梁無法安置，且施工限速最高只能達到45 km/h，故采取何種線路加固方案將直接影響到南昌站的安全運營，是該項目設計的重點和難點，也是該工程施工成敗的關鍵。

2.3 既有排水渠防護

在框架橋南側有一條穿越站場的市政排水渠，與框架橋的凈距為1.7～5 m，且渠底位于新建框架橋基底之上，高差達6 m。排水渠日久失修，沉降縫易滲漏，這樣極易造成框架橋在頂進過程中基底遇水變軟而導致“栽頭”或其他危及安全的突發事件，故如何確保既有排水渠安全也是該工程施工成敗的一個制約因素。

2.4 框架橋施工難點

本工程位于南昌站內，施工場地狹窄，且站內道岔多、行人多、機具設備多、干擾大。其中框架橋共有6節頂進，長達115 m，3節現澆。自重大:頂進節段重量最大高達41 000 kN;頂程長達132 m;頂板覆土薄，為1.0～1.55 m厚的人工回填細石碴、爐碴等。故如何防止框架橋頂進過程對線路擾動引起軌道幾何狀態失穩以及框架橋產生“抬頭”、“栽頭”和軸線水平偏差現象，是本工程的又一技術難點。

3 設計和施工

3.1 盾構法掘進支護

根據現場調查，并結合南昌站的特殊性以及本工程的自身特點和難點:穿越股道多、道岔多、自重大、跨度大、頂程長、頂板覆土薄、安全風險控制難度大、工程質量要求嚴。對線路加固方案進行了多方面的研討和多個方案的比選，并借鑒江西省已成功實施的幾個工程實例，經綜合考慮，最后采用盾構法掘進支護，線路施工行車限速可高達60 km/h。其盾構立面和墩柱剖面見圖3和圖4。

(1)盾構的主要構造及其作用

盾構是一座可移動的鋼結構橋梁，它有著與框架橋同樣的承載能力，合理利用中心土的天然支護能力是盾構暗挖支護的核心技術。它由鋼柱、鋼梁、盾殼、子盾構、液壓推進系統和輔助機構六大部分組成。盾構裝配在第一節框架橋前端，作為帶土頂進時支撐路基及其上部荷載和支護周邊土體，同時也擔負頂推導向作用。

盾構的橫向截面成簡支梁橋，其外廓尺寸與框架橋外廓尺寸相同。盾構內側的大斷面中間土體，被墩柱分隔成若干個開挖面，而兩墩柱間滯后挖掘的大斷面中心土體從盾構入土直到出土前均保持1∶0.75坡度，并滯后子盾構掘進面約6 m開挖，與盾構共同平衡周邊土體，成為掘進面的強大支護體系。

盾構母體中的子盾構由液壓系統控制，單臺體積1.5 m×0.75 m×0.22 m，錯開推進。它們是掘進面上部土體的切削和臨時支護器械，同時還擔負減阻板的牽引作業。框架橋推進前順坡清除底板前方部分中心土體，盾構母體隨框架橋同步推進時，子盾構原推出部分被掘進面土體阻擋與子盾構箱體作相對運動，套回箱內，完成一盾構掘進工作循環。

(2)盾構的施工注意事項

盾構設計、制做:

盾構體是框架橋頂進期路基掘進的臨時支護及導向裝置，其強度除滿足周邊土壓平衡外，同時承受支撐路基及其上部荷載。盾構長度及寬度應不小于框架橋總高和總寬，主梁凈距控制在3～4 m;制作安裝時，盾構幾何尺寸必須標準，各部分連接可靠，且應具有一定的剛度，以確保由靜活載所引起的豎向撓度不得超過Lp/400。

圖3 1/2盾構立面和梁柱立面(單位:mm)

圖4 盾構墩柱剖面(單位:mm)

滑板:

基坑開挖時嚴禁破壞基底持力層，滑板厚度應結合地基實際承載力，且最小厚度不應小于20 cm，平整度要滿足框架頂進要求。為增加其底面的抗滑能力，每3 m加設地錨梁。

盾構安裝前必須試頂框架，以確認滑板無粘連。試頂方法:使用油頂推動框架橋，行程3 cm。

后背:

根據計算的最大頂力確定頂進設備，千斤頂的頂力按額定頂力的75%計算，以保證一定儲備量。液壓油頂應盡量布置于框架底板邊、中墻處，以便于液壓糾偏。后背承受著頂進時的全部水平力，應有一定的安全儲備，其設計寬度應為框架總寬的1.2倍以上，以滿足寬限要求。

頂進挖土:

子盾構和墩柱內每次頂進前挖土進尺不應大于45 cm，嚴禁隨便大量超挖。

在頂進過程中，盾構體內的中心土始終保持1∶0.75的坡度;墩柱兩側均設置剪力鋼板，其斜邊按1∶0.75考慮。為確保中心土的土壓平衡能力，掘進時嚴禁超挖。

頂進原則:

為確保行車安全，施工過程中嚴格遵循“頂進不行車，行車不頂進”的原則，利用列車間隙時間頂進作業。

為確保頂進質量，應做到框架每頂一次，方向、高程精確測量一次，若有偏差，隨即調整頂力或挖土方案進行糾偏。

3.2 既有排水渠防護

為防止既有排水渠在框架橋頂進時水滲漏而導致路基塌陷，同時防止框架橋在頂進時的軸線水平偏差現象，在兩側分別設置φ970 mm管棚，并泵入C20混凝土使其密實，同時兩側管棚外壓入M30水泥漿，使其形成80 cm厚的水泥墻，保證框架兩側土體和線路穩定。

3.3 框架橋施工

結合現場情況和框架自身特點，為有效地控制線路位移和防止路基、軌道沉降，克服盾構長距離頂進和覆土薄引起的一些弊端等，線路采用管幕超前支護。其施工工藝:在距離框架頂板上20 cm處設置φ299 mm的管幕，間距35 cm，并壓入M30水泥漿使其密實，同時在管幕進出口位置和站臺間設置管幕橫向連系梁，確保管幕的穩定。該工藝很好地避免了頂進過程中因漏碴而產生“空洞”和“抬頭”現象而引起線路幾何狀態的失穩，有利于框架橋頂進方向和高程控制，基本不擾動既有道床和影響南昌站的正常運營。

同時，為防止框架橋在長距離頂進時產生“栽頭”現象，在框架底部設置6根φ970 mm的導軌，并泵入C20混凝土使其密實，有利于控制框架頂進精度。實踐證明，此法對箱體高程控制的應用效果非常成功。其框架橋管棚、管幕布置見圖5。

圖5 框架橋管棚、管幕布置(單位:cm)

3.4 施工監控

為確保框架橋長距離頂進精度及軌道幾何狀態可控，框架橋采用全站儀監測其軸向偏位和“栽頭”、“抬頭”;每股線路采用安全距離安裝靜力水準儀，軌道上安裝電水平尺，從而監測鐵路路基沉降及軌道沉降的變化軌跡。

經監測，框架頂進精度及線路幾何狀態等均位于可控范圍，見表1。

表1 頂進施工監控數據

［1］ 馮衛星，王克麗.地道橋設計與施工［M］.石家莊:河北科學技術出版社，2000

［2］ 李家穩.管棚和盾構法框架橋設計與施工技術的研究［J］.鐵道標準設計，2009(4):96-100

［3］ 周順華，董新平.管棚工法的計算原理及其應用［M］.上海:同濟大學出版社，2007

［4］ 中華人民共和國鐵道部.TB10002.1—2005 鐵路橋涵設計基本規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005

［5］ 中華人民共和國鐵道部.TB10002.3—2005 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005

［6］ 中華人民共和國鐵道部.TB10002.5—2005 鐵路橋涵地基和基礎設計規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005

［7］ 鐵道部經濟規劃研究院.TZ203—2008 客貨共線鐵路橋涵工程施工技術指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2010

［8］ 中華人民共和國鐵道部.鐵運［2006］146號 鐵路線路修理規則［S］.北京:中國鐵道出版社，2010

［9］ 陳進仁.下穿復式交分道岔區框架橋的施工技術［J］.鐵道勘察，2013(2):99-101

［10］高秀梅.大斷面箱涵頂進技術在下穿鐵路工程中的應用［J］.鐵道勘察，2009(1):82-84

［11］曾毅軍.大型箱涵頂入施工技術［J］.鐵道勘察，2006(4):63-66