淺析下穿鐵路橋涵的設計施工方案

陳正馳

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司　武漢　430063)

淺析下穿鐵路橋涵的設計施工方案

陳正馳

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司武漢430063)

摘要隨著我國鐵路網的逐步形成，出現了很多下穿鐵路橋涵工程，由于鐵路運輸的重要性和特殊性，這些結點往往是卡控項目實施的重難點工程。文中根據一般的設計理念，結合以往項目中的一些實際情況，歸納總結了下穿鐵路橋涵工程幾種常見的設計施工方案的主要特點及適用范圍，通過對比分析，在線路條件允許的情況下，建議優先采用D型便梁加固線路頂進施工方案。

關鍵詞鐵路橋涵明挖轉線線路加固頂進管幕工法CRD工法盾構法

近年來，隨著我國鐵路事業的高速發展，越來越多的工程項目不可避免地會與既有鐵路發生交叉關系，為確保鐵路的正常運營，且又不致影響在建工程的正常施工，就出現了各式各樣下穿鐵路的橋涵結構，下面就常用的幾種設計施工方案進行簡要的對比分析。

1設計施工方案

1.1　明挖轉線施工

當既有鐵路可以做臨時便線時，可以采用明挖轉線施工，即首先將既有鐵路進行臨時改線，原位明挖施工下穿橋涵結構，施工完成后恢復既有鐵路正常運營。本方案的缺點是影響范圍大，工程造價高，施工周期也很長。

1.2　頂進施工

本方案為目前最常見的施工方案，在頂進橋涵作業中，最重要也是最關鍵的環節就是既有線的軌道加固。其作用就是控制列車荷載作用下軌道的變形，減少對路基的動載作用。確定軌道加固的形式應視鐵路線路的狀況、既有線的運輸能力、頂進橋涵處地質、地下水情況及結構的尺寸、刃腳構造、覆土厚度、施工季節等情況綜合考慮。目前頂進橋涵施工軌道加固常用的方法有4種，即扣軌加縱橫梁加固方案、D型便梁和工便梁縱橫抬梁及軍用梁加固方案。

1.2.1扣軌與縱橫梁組合加固

(1) 單一的扣軌加固方法。當頂進橋涵涵箱身孔徑小于3 m，處于直線地段，運輸不甚繁忙，路基土質較好，且涵頂有較厚密實的覆土，刃腳安裝良好，可采用單一的扣軌加固方法進行線路加固。

(2) 吊軌橫梁或吊軌縱橫梁加固方法。當頂進橋涵箱身孔徑較大，箱頂無覆蓋土，線路加固可采用扣軌橫梁或扣軌縱橫梁加固方法，施工順序依此次為：鋪設扣軌→鋪設橫梁→鋪設縱梁。

1.2.2D型便梁加固

D型便梁為單線半穿式鋼梁，縱梁箱形，橫梁兼作軌枕，適用于曲線半徑≥400 m的線路。D型便梁可以架空加固線路，一次開挖完土方，在不中斷行車的條件下進行各種下穿橋涵施工，而且拼裝簡單、運輸方便，但是D型便梁也有其使用的局限性。表現為：①D型便梁只有4種規格即D12，D16，D20和D24，對于需要頂進大孔徑的框構就無法采用；②由于D型便梁高度較高，如果橋涵頂至軌底間距離較小時，則不能采用；③對鐵路線間距有最小要求；④單片梁重心較高、底面較窄，在移動中很容易拆翻、傾覆。

采用便梁加固線路施工，設計限速可達60 km/h，工藝簡單，可使用于各種地質情況，應用地勢條件不受限制，能夠確保既有線在頂進立交橋施工中的行車安全，箱涵主體的質量容易控制，同時解決了超高型箱涵頂進時的線路加固問題，D型便梁最大的缺點是縱梁不能連接，D型便梁最大跨徑24 m，架空跨度超過24 m不能采用D型便梁。

1.2.3工便梁縱橫抬梁加固

工便梁為分節式縱梁，利用簡支鋼結構原理，把工字鋼作為單孔便梁聯接起來。便梁可由多個支點支撐，其接頭聯接板采用等強度聯結，由上下2組夾板和1組腹板組成，單片便梁最小長度為12 m。但由于工便梁剛度較D型便梁弱，因此在施工時往往采用工便梁加橫抬梁組合的加固形式。施工順序依次為：支墩施工→便梁安裝→鋼軌安裝→橫抬梁安裝→線路控制。

工便梁縱橫抬梁施工工序較為繁瑣，聯結構件較多，安全性較D型便梁有明顯劣勢；一般線路在線間距滿足D型便梁架設要求時，優先采用D型便梁加固方案。

1.2.4“六四式”軍用梁加固

當框架較大且與鐵路線斜交角度較小時，D型便梁跨度不滿足要求時，可以“六四式”軍用梁作縱梁，610工字鋼為橫梁加固，兩側采用D16型便梁架孔。但“六四式”軍用梁目前普及率較低，要根據施工單位架空設備而定制，工程造價較高。

1.3　明挖現澆施工

首先對鐵路進行架空，加固方案同1.2。待線路加固完成后，再進行線下作業，挖除線路路基填土，保證框架現澆作業空間。當鉆(挖)孔灌注樁基礎侵占框架現澆作業空間時，先不破壞線路加固所需的鉆(挖)孔灌注樁基礎，在鉆(挖)孔灌注樁基礎處預留空洞，現澆框架。明挖現澆施工最大的缺點是施工周期很長，對線路影響大。

1.4　管幕工法

管幕工法是非開挖工藝的一種，作為利用小口徑頂管機建造大斷面地下空間的施工技術，國外已有20年的發展歷程，在國外應用于穿越道路、鐵路、結構物、機場等下方之開挖工程，都取得了不錯的效果，積累了一定的施工經驗[1]。該工法適用于回填土、砂土、粘土、巖層等多種地層。

由于管幕鋼管鎖口注漿片町能有效防止滲漏水，各單管間依靠鎖口在鋼管側面相接形成管排，并在鎖口空隙注入止水劑以達到止水要求，管排頂進完成后，形成管幕。然后對管幕內土體進行加固處理，隨后在內部邊開挖邊支撐，直至管幕段開挖貫通，再澆筑結構體。本工法最大的優點是：不需要支護樁和止水帷幕；不抽取地下水(井點降水)，故地面沉降較小，不影響管幕上構筑物，不對建筑物產生不良影響，故無需加固地基和樁基。但施工工法較為復雜，精度要求較高，目前國內施工技術很難達到要求，成功案例也較少，且埋入的鋼管不能回收，成本較高且工程投資大、工期長。

1.5　CRD工法

CRD工法即中隔墻的分步開挖法，是隸屬于淺埋暗挖法的一種工法。其基本原理是依據新奧法的基本原理，在施工中采用多種輔助施工措施加固圍巖，充分發揮圍巖的自承能力，隧道開挖后及時支護、封閉成環，使其與圍巖共同作用形成聯合支護體系，有效地抑制圍巖過大變形的一種綜合配套施工技術[2]。

CRD法是以新奧法的基本原理為指導，采用監控量測信息來反饋設計和指導施工的新理念，并采用先柔后剛復合式襯砌新型支護結構體系，初期支護和二次襯砌共同承擔上部荷載。在采用該法施工時，同時采用多種輔助工法進行超前支護，來改善和加固圍巖，調動部分圍巖的自承能力；及時支護、封閉成環，使其與圍巖共同作用形成聯合支護體系；在施工過程中應用監控量測等手段，及時反饋信息，不斷優化設計，實現不塌方、少沉降、安全生產與施工。

淺埋暗挖法施工順序：超前支護→中洞、側洞3洞室臺階法施工→中柱墻、外側墻及相應頂、底板結構同時施工→中部臺階法施工→換撐→底板、頂板結構施工。

1.6　盾構法

本方法一般用于高路堤頂進施工，采用橋式盾構法頂進時，由于路基土體在頂進過程中不被破壞，可不進行便梁架空，只需進行扣軌防止線路橫移，減少了便梁架空和土方回填的工作量，頂進時依靠盾構主體受力帶土頂進，對線路、行車的影響較小，提高了施工的安全性。盾構由鋼柱、鋼梁、盾殼、子盾構、液壓推進系統、輔助機構6大部分組成。

盾構主體裝配在框架橋前端，作為帶土頂進時掘進面與路基的施工支護，同時也擔負頂推導向作用。盾構的長度應根據箱涵高度及路基土質以確保盾構內的土方能對盾構進行3向支撐為準，寬度、高度與箱涵相同或略大于箱涵，以保證箱涵能通過盾構施工產生的開挖面。盾構母體中的子盾構箱為盾構內部唯一的活動部件，伸出后用于支撐開挖范圍頂部的路基土方及擔負減阻板的牽引，其運行由液壓系統控制，單臺組錯開推進，使掘進面小斷面化，減少對土體的擾動。

2經濟技術比較

各施工方案比較見表1。

表1　各施工方案比較表

由表1可見，頂進施工方案的適用性是最為廣泛的，成功案例也較多，因此下穿鐵路工程應優先考慮此方案， 在曲線半徑及線間距滿足要求的情況下優先選擇D型便梁加固。但其也有局限性，畢竟頂進施工對既有鐵路存在一定干擾，施工時一般需要限速，對于線路標準較高或不適合限速的路段可選擇盾構法施工。

3工程案例

某市政道路工程下穿既有鐵路貨場，總共35股道，其中外側2股道為鐵路正線，其余股道為貨物線，線間距4.9～9.5 m，貨場路基面寬226.9 m，路基填高7～8 m，地質條件較好，線路兩側主要為居民區。

本工程的特點為股道眾多，下穿鐵路范圍很長，故上述管幕工法、CRD工法和盾構法在工程造價上劣勢明顯，且工期無法滿足項目要求；另受兩側地形和構造物限制，也不具備轉線施工的條件。

下穿既有鐵路正線范圍，因無法長時間限速行車，必須采用頂進施工方案，但若所有股道均采用頂進施工方案，兩側工作坑各需預制115 m框架，頂程長達130 m，施工周期及精度無法控制，方案也不可行。考慮到貨運線車速要求較低，甚至部分股道可臨時中斷行車，具備明挖現澆施工的條件。本工程最終采用D型便梁加固頂進施工結合明挖現澆施工的設計方案，工程造價經濟性較為合理，施工工期也能滿足建設需求。

4結語

鐵路為國家經濟的命脈，其重要性可見一斑。因此，對施工工法的選擇要點之先后順序應依次為：鐵路安全、施工周期、工程造價和施工難度等。如前所述，以上各種施工方案特點鮮明，各有所長，不同的項目應結合自身特點選擇最合適的施工方案，在保證鐵路安全的情況下推進項目的順利實施。

參考文獻

[1]袁金榮,陳鴻.利用小口徑頂管機建造大斷面地下空間的一種新手段：管幕工法[J].地下工程與隧道,2004(1):23-28.

[2]張淵,魏放,田新明.淺埋暗挖法施工工藝在鐵路隧道穿越高速公路中的應用[J].鐵路標準設計,2008(2)：87-91.

[3]馬雷.盾構法頂涵施工工藝研究[J].城市住宅,2008(2):112-115.

收稿日期：2015-04-30

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.043