同源高速公路下穿大秦鐵路14 m-14 m雙孔框架地道橋頂進施工方案

王宏民

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 工程背景

本工程位于山西省大同市，同源高速公路下穿大秦鐵路，在大秦鐵路K29+553處頂進2-14 m框架橋，大秦鐵路是國內2萬噸級重載長大列車運煤專線，電氣化無縫線路，行車間隔小，列車載重大，鐵路要點困難，對施工的安全和組織要求相當高。框架橋穿越大秦鐵路上下行線2股道，線間距4.2 m，輕載線60 kg/m鋼軌，重載線75 kg/m鋼軌，混凝土枕，直線區段。結構采用兩孔聯體式框架結構，凈跨為2-14 m，公鐵交角為80.21°，在不中斷既有鐵路線行車的條件下，采用頂進法施工。

2 技術標準

a）本橋設計荷載按鐵路列車設計活載圖式“中-活載”設計[1]，列車限速45 km/h，公路汽車荷載按公路-I級[2]。結構總高度8.7 m，凈高6.8 m，竣工后使用高度5.1 m。結構各部尺寸：底板1.0 m，頂板0.9 m，中墻0.9 m，邊墻1.0 m，頂板加腋（0.5×1.5）m，主體長16.41 m，寬30.9 m，前端刃角懸臂長4.5 m，后端尾墻長3.03 m，人行道懸臂板長度2.03 m。框架橋沿公路方向全長23.94 m，頂進三角左右各一塊長13 m。

b）框構及頂進三角塊采用C35抗滲P8混凝土，鋼材使用HRB335與Q235鋼筋，滑板及后背采用C20鋼筋混凝土，出入口設置C25混凝土擋土墻，保證路基安全穩定，橋上兩側設置鋼欄桿，C25鋼筋混凝土雙電纜槽。

c）框架橋采用頂進法施工，最大頂力5 052 t，頂程32.8 m。

3 地質條件

橋址處地貌屬桑干河沖積平原區，地形平緩，大秦鐵路路基高度4 m，地面以下5.3 m均為粉土，地基承載力120 kPa，框架橋基底位于該層中，施工范圍內無地下水影響。

4 施工方案及流程[3]

4.1 挖孔樁施工

為保證大秦鐵路運營的安全，在框架橋工作坑開挖前，先對線路北側防護樁及后背挖孔樁進行施工，在主體預制同時對線路南側防護樁、支撐樁及抗橫移樁進行施工。

線路北側C25鋼筋混凝土防護樁16根，南側18根，樁長17 m，間距1.75 m；后背C25鋼筋混凝土挖孔樁20根，樁長9 m，滑板下埋深5 m，密排布置；支撐樁8根，樁長7 m，間距4 m；在主體前設間距4 m的抗橫移樁8根，樁長10 m。挖孔樁直徑均為1.25 m，采用間隔挖孔法，至少間隔一根樁開挖；樁孔開挖采用人工分節挖土法，每節開挖深度1 m。

4.2 工作坑開挖

工作坑開挖深度為軌底以下9.9 m，原地面下5 m，開挖線距離路基坡腳2 m，從工作坑外邊線分層全斷面開挖，人工配合刷坡，沿既有線路邊坡坡度按1∶1開挖，井壁采用噴錨防護，打入2 m長φ20錨固鋼筋，間距1 m，掛300 mm×300 mm φ6鋼筋網，噴射混凝土。工作坑尺寸寬出主體邊緣各1 m，留出排水溝和導向墩的位置。

4.3 滑板施工

工作坑開挖至基底，確認基底承載力后，鋪設碎石墊層20 cm并澆筑C20滑板混凝土，頂面頂進方向預留0.3%坡度，滑板設間距3 m尺寸35 cm×45 cm地錨梁。

滑板混凝土終凝前將其壓光以減小啟動摩擦力，澆筑后第二天開始在頂面設置潤滑隔離層，頂面灑3 mm厚滑石粉，橫向鋪塑料布隔離層，布間搭接0.2 m以上。隔離層上抹1∶3水泥砂漿層，滑板兩側距箱體外緣20 cm設1.5 m長舊鋼軌導向墩，外露0.4 m澆筑于墩坑內。

4.4 框架主體預制及防水層施工

主體施工前根據現場土質調整船頭坡，分底板、邊墻及頂板兩階段預制，模板均采用定制9015鋼模板，角隅配竹膠板，頂板排架采用碗扣腳手架及鋼支撐，支立頂板模板時設30 mm的預拱度，主體采用C35P8抗滲混凝土，澆水養護時間不少于14 d。

防水層采用冷作式防水涂料，先頂板后邊墻，在主體養護7 d后進行，頂板保護層為C40鋼纖維混凝土，防水層冷涂完畢后澆筑保護層，并設0.5%流水坡。

4.5 后背施工

后背采用C20鋼筋混凝土分配梁1.5 m×2.5 m×32.9 m，埋深自滑板面下1 m，密排布置直徑1.25 m人工挖孔樁，樁長9 m，滑板下埋深5 m，分配梁由人工開挖，后背垂直于頂進方向，且與底板三角塊平行。

4.6 頂進前注漿加固土體

大秦線為高填路基，且重載列車通過頻率高，為保證列車安全運行，頂進前對框構兩側5 m路基進行注漿加固。通過注漿管將水泥漿液分層均勻地注入地層中，漿液以填充和擠密的方式排出土體顆粒孔隙，將原土體膠結成整體。

水泥漿液配比為1∶1；注漿孔距1.2 m，直徑5 cm，梅花型布置，有效深度為線路下9.5 m，注漿順序為先帷幕孔后中間孔，注漿壓力控制在0.3～1.0 MPa，為防止鐵路隆起，線路下2 m不進行注漿，且注漿接近路基面2 m時，壓力減小到0.3 MPa以下，并減小注入率。

4.7 既有線路加固

線路加固采用縱挑橫抬法，允許行車速度為45 km/h。

a）縱向采用3-5-3吊軌梁（圖1），既有線路鋼軌外側為3扣軌，道心為5扣軌。吊軌使用P50軌，φ22U型螺栓及扣板與枕木連接，吊軌長60 m，兩端各伸出主體外15 m，接頭錯開1 m以上，線路加固各3-5-3扣軌在使用前進行磨耗量的檢測，總磨耗量不大于15 mm。

圖1 框架橋線路加固橫斷面圖

b）橫向為I50b工字鋼橫抬梁（圖2），橫梁間距0.9 m。扣軌范圍內線路為混凝土枕，間距60 cm，按照隔六穿一原則間隔穿入3.3 m枕木，隔6根混凝土枕拆除1根，新枕木穿入后底部填滿搗實。

工字鋼橫抬梁槽分4次開挖，間隔3根工字鋼位置，即每隔6根枕木開挖一道工字鋼槽，先用枕木支墊，由一側逐根穿入，橫抬梁由兩根I50工字鋼用夾板及高強螺栓連接，接頭置于線路主軌外，錯開1.5 m，橫抬梁前端伸出線路10.9 m，頂在抗移樁上，后端伸出線路8.9 m。工字鋼穿入后與3扣軌用卡子連接，使線路與加固體系成為一個整體。橋上穿38道，橋兩側各穿10道，橫抬梁直接托在主軌下，為保證不影響軌道電路，在鋼軌及扣軌下加墊絕緣膠墊與3.3 m通長硬木板。

圖2 框架橋線路加固縱斷面圖 （單位：m）

c）橫梁上設工字鋼縱梁（圖3），道外為3扣I512工字鋼縱梁，道心為3扣I45b工字鋼縱梁，縱橫梁間用U型螺栓連接。橫抬梁穿完后，調整起平，線路上間隔3 m橫排枕木，人工將縱梁工字鋼翻至指定位置安裝U型螺栓及扣板，翻工字鋼時，充分利用列車間隔，縱梁搭接接長，兩端搭設枕木垛支墊。

頂進期間橫抬梁下設置滑車，滑車走向同頂進方向，每道橫梁下設6道滑車，滑車置于主軌與3扣軌間，滑車與橫梁間用枕木垛及木楔打緊，箱體頂進時打松木楔，來車或出土停頓時打緊木楔。

圖3 框架橋線路加固工字鋼縱橫連接斷面圖

4.8 框構頂進

a）根據公鐵路夾角、最大頂力配置頂鎬數量，采用斜向頂進的施工方法。最大頂力5 052 t,配置320 t頂鎬，按額定頂力的70%計算頂力，根據橋體最大頂力及糾偏頂力計算，布置320 t頂鎬24臺，備用1臺。本橋角度為80.21°，兩側三角塊各布置12臺，頂鎬后端墊20 mm厚鋼板。

b）箱體在滑板上空頂時，控制箱身的軸線方向，保證刃角吃土前的方向準確。刃角吃土后，加快出土速度，保持箱身不斷頂進，如由于特殊原因被迫停止箱身頂進時，亦應間續地頂動箱身，以防箱身阻力增大。

c）頂進作業利用列車運行間隙進行，嚴禁在列車通過線路時頂進。每次頂鎬頂進長度為0.5 m，更換頂鐵長度均為0.5 m，依次累加，每隔8 m頂鐵設一道橫梁，使傳力均勻及橫向穩定。

d）刃角坡度為1∶0.5，每次進尺1.2 m，頂進1.0 m，保持上開口不大于1.5 m，勤挖快頂，每24 h平均頂進4.0 m。

e）頂進就位允許偏差 中線方向小于等于20 cm，偏高小于等于15 cm，偏低小于等于20 cm。頂進方向和高程的調整措施如下：

（a）防偏斜措施 加強中線測量，及時用增減頂鎬，增加刃角正面阻力，側面超欠挖等方法調整。

（b）防抬頭措施 兩側挖土寬度不足，易造成箱身抬頭，故可在兩側適當超挖，抬頭量小，可把開挖面挖到與箱底面平，如抬頭量較大，則在底刃角前超挖20～30 cm，寬度與箱身相同，同時使上刃角不吃土，在頂進中逐步調整。

（c）防扎頭措施 在基底適當欠挖，吃土強制頂進，挖土時，開挖面基底保持在箱身底板頂面以上8～10 cm，利用船頭坡將高出部分土壤壓入箱底，糾正扎頭。

4.9 頂進后路基注漿固化

a）頂進前在箱體外側分別設置4道注漿管，采用φ32鋼管帶花孔順橋體全長布置，隨橋體頂進路基土中，頂進就位后利用框架尾部管端向橋體兩側土體壓漿，保證箱體兩側路基的密實度，防止路基沉陷。

b）頂進就位后慢行點內，在橋體兩側路基土中鉆孔下花管再次對影響范圍路基土體固化，每股線路橋體兩側5 m范圍內布7根注漿管，梅花型布置，間距1.2 m，φ32鋼管，注漿有效深度9.5 m，擴散半徑0.6 m，漿液采用水泥水玻璃雙液漿，注漿壓力為0.3～1.0 MPa。

4.10 刃角補齊施工、橋面系施工

框架橋頂進就位后，進行刃角補齊和擋墻施工，補齊材料與主體相同，刃角與主體鋼筋采用搭接焊連接；出入口設C25混凝土擋墻，保證路基穩定；框架橋兩側設鋼欄桿，欄桿內側設擋碴網和雙孔電纜槽。

5 注意事項

a）整個施工過程中所有料具一律距鋼軌外側4 m以上，保證行車和人身安全，杜絕“紅光帶”的發生。

b）為防止線路在頂進過程中的橫向移動，保持線路的幾何尺寸，在橋頂板上間距3 m預埋拉環，用8臺10 t倒鏈將橫梁與框架頂板連接，隨時頂進隨時拉緊，同時將線路加固工字鋼橫梁前端頂在抗橫移樁上固定。

c）施工前對施工范圍無縫線路進行應力放散，施工結束后在設計鎖定軌溫范圍內重新放散和鎖定線路。

6 結語

同源高速公路下穿大秦鐵路14 m-14 m雙孔框架地道橋工程已于2011年順利建成并投入使用，目前運營狀況良好，最受關注的2萬噸級重載鐵路在不中斷既有鐵路線行車的條件下，采用頂進法施工的方案是合理可行的，希望此文能為國內其他類似工程提供良好的借鑒作用。

隨著我國交通建設的蓬勃發展和科學技術的不斷創新，今后公鐵線路交叉的型式和施工方法也將不斷更新和改進，在本工程施工方案的選擇上，我們還專門請地道橋“盾構工法”的發明人共同研究了盾構施工的可行性，但鑒于大秦鐵路的特殊性最終采用了比較保守的線路加固方案，希望今后盾構工法在其他工程上能得以應用，將大大提高施工的機械化程度，降低工人勞動強度，節約工程造價，這也是施工工法的發展方向和趨勢。