下穿既有鐵路大跨度架空頂進箱涵的設計與施工關鍵技術

張飛

（中鐵七局集團第一工程有限公司）

下穿既有鐵路大跨度架空頂進箱涵的設計與施工關鍵技術

張飛

（中鐵七局集團第一工程有限公司）

隨著我國科技的大力發展，道路鐵路的覆蓋越來越廣，人民的生活也隨之越來越好，交通便利，但是建設交通施工過程中仍存在不少難題和問題，本文就對施工中架空頂進河箱涵設計和施工中常見的一種施工方法進行闡述和議論。這種施工方法主要是解決公路和鐵路等立體交叉工程的難題。

鐵路大跨度；頂進箱涵；設計；架空施工

1　引言

隨著目前交通施工技術的迅速提高，各種施工問題難題被不斷的克服，在提高施工速度的同時，也提高了施工的質量，在鐵路大跨度架空頂進箱涵設計過程中要對各個參數進行認真的核對和仔細的計算。

北京永定門地道橋是1965年修成的。他是最早采用頂進法修建的一條隧道。可謂是修建歷史上的意義一大跨步。頂進橋涵施工出現了非常迅速的發展局面，首先是大城市內開始大幅度發展鐵路和隧道。逐步由發展到城鎮的鐵路。隨著科技的慢慢發展，隧道的個數越來越多，跨度也越來越大，長度也在增加，箱涵技術在不斷的改進。尺寸也越來越大，孔徑也從單孔雙孔到多孔，連接方法也變得越來越多，21世紀以后已經發展到了許多種方法，例如對頂法，頂拉法，牽拉法，和中繼間法。

2　箱涵頂進施工

框架兩側帶土頂進。需要分臺階進行先上后下，從兩邊開挖防止兩側土體坍塌。頂進過程中還需要嚴禁超前開挖，人工配合清理淤泥。施工過程需要按照鐵路技術規范管理，對行車要做好有效保護。挖土機人員和質檢人員需要適當的配合。嚴禁從土底部挖空，保證作業人員的安全，需要對其間列車進行限速通過。同時也要保證加快施工進度確保工程質量。對人員的安排也采取，一天8h，一天三班。以下針對頂進法中的四種進行介紹。他們各有各的優點，也同時具有不同的缺點。所以工程中應該采取多種方法混合施工，以達到，多快好省的目的。

2.1對頂法

第一種為對頂法。對頂法就類似于一個面包切成兩半。在鐵路的兩側各挖一個工作坑，同時修筑后背工程，兩個工作同時進行，修筑內部的同時并修筑起的后背。但是這種方法，是需要開槽施工，需要破壞路面。這種頂進施工是在工作槽內將一根機械管道從地下向前伸進到擬定的深度內，向前伸進，達到預定的位置。最后借助千斤頂的反作用力。將小涵去頂入路的地基。基本上用于一些比較復雜的施工，例如障礙物，以及過路，河流。造價非常昂貴。但是是一種最可靠，最方便的方法。

2.2一次頂入法

第二種為一次頂入法。一次頂入法和上一個方法基本類似。但是一次頂入法只在鐵路的一個側面設置一個工作坑。在工作坑內部根據設計標高澆筑混凝土滑板，并在其上進行箱涵預制，滑板混凝土澆筑時應保證滑板表面平整，避免出現不平整現象，為防止頂進過程中出現扎頭現象，滑板頂面按3～5‰做成頭高尾低的坡度，并在箱涵頂進側端部設置船頭坡。為防止預制框架與滑板粘連，造成啟動困難，在滑板頂面設置潤滑隔離層，同時為控制框架在頂入土中之前的準確方向，在板兩側設置導向墩，導向墩與框架邊緣間的空隙為10cm。箱涵預制過程中，在頂進端部兩側設置鋼刃腳，增加頂進過程切土效率。

然后在后背梁上設置千斤頂。同時小函內存在著后背。一個斜坡就可以使千斤頂利用被反作用力將箱涵頂入地基。這樣的方法進的時候會大大縮短工程的時間。邊頂邊挖。到最后小函會全部進入路基內，這種方法的效率非常高，同時成本也非常高。

2.3中繼間法

第三種方法是箱涵還比較長的時候，可以利用中繼的方法。將小函分為許多節。再利用中繼法進行頂進。就是前一節的箱涵利用后面一節的箱涵作為它的后背。中繼過程中利用千斤頂作為中繼向前頂進。很快千斤頂就會到達最大定程。到最大頂程后，前部箱涵暫停前進。后面的箱涵再繼續頂進。這個時候，前面的小千斤頂，就會隨著后面箱涵的前進，而進行回頂。不過后背部分的的最大反力，卻只有最后一節的頂力。這樣后背工程就會小了很多。筆者們都知道后背工程是相當的麻煩。所以這種方法，就會極大地縮小。后背工程的難度，大大縮短工期。

2.4對拉法

第四種為對拉法。對拉法是在鐵路兩側，先挖兩個小函口。事先放好的箱涵，然后利用小口徑的頂管，將高強度的鋼纜，或者是其它高強度拉桿，穿過地基，將兩節箱涵連接上。相互持有拉力，這樣可以對拉前進直到對接，然后合攏。這種方法最大的優點就是完全不需要后背工程的束縛。所以在后背工程比較難的時候，可以采用放棄其它的方法，使用對拉法。而且這種方法的效率也十分的高。所以是比較實用經濟的一種方法。

3　頂進施工工序

框架橋頂進施工工序：挖土→清底→接長滑板→測量→開鎬→頂進→換頂鐵→接長車道→測量校正→下一個頂進循環。

頂進施工在確認線路加固能夠保證行車安全后方可進行。框架頂進采用油頂及高壓油泵控制臺組合，頂鐵采用傳力柱，待框架混凝土強度達到100%后才開始頂進施工。頂進施工前，先對頂管的所有設備進行全面檢查并經過空負荷試運轉，設備運轉正常，確認條件具備時方開始進行頂進工作。

使用挖掘機將頂進方向路基土挖除并進行滑板接長，對箱體兩側土方塌方應盡量及時回填夯實，或采用編織袋裝土防護。頂進到架空支撐樁位置時，首先將縱橫梁放置在箱體頂板枕木垛上，后進行樁基拆除，頂進過程中注意橫抬梁位移情況，保證線路架空安全，為防止箱體下沉，滑板采用仰坡，頂進也采用仰坡頂進，頂進過程中接長滑板，根據具體形式預測頂進下降坡度，適時采取措施。

頂進挖土直接影響著人身和線路的安全，要設專人進行防護，機械和人工不能同時作業，要用機械開挖和人工修整相結合的方法，及時觀察和了解土質變化情況，如發現異常和大體積土體坍塌，要果斷采取措施，確保行車和人身安全。

從試頂開始到頂進期間要設專人認真觀察后背、傳力樁的情況，保證頂進方向和箱橋軸線要一致。每次開頂，線路負責人一定要觀察好線路的方向和水平，特別是夜間頂進時。頂進過程如果發現頂力異常，要立即停止，發現問題及時解決。

頂進時防止線路橫向移動，縱橫梁架設完成后，在股道外側與縱橫梁間搭設硬木支撐，硬木采用杉木，方木邊長采用12～ 15cm的規則木料，木支撐2m一道，用木楔將方木與縱橫梁加固緊密，防止線路橫向移動。頂進時，縱梁梁端兩側各設置穩固樁，穩固樁采用鋼軌埋入路基并用混凝土包住。

4　頂進的水平控制及方向控制

高程偏差調整主要依靠箱底施工速強混凝土制作的滑床板，頂進前進方向制作早強混凝土及鋼軌等方法，高程得到非常好的控制與調整。同時先期科學測算頂進挖土基底標高，根據地基承載力，適時、適量調整挖土標高。使基底挖土施工標高在立交頂進壓實后，基本等同該處設計橋位標高。

堅持每鎬必測。每頂進一鎬立交進尺為30cm，必測水平和方向誤差，在離后背一定距離設觀測站，用水平儀觀測設置在箱身頂板四角上的觀測點，進行高程測量控制。用經緯儀觀測設置在箱橋墻面前后端的標尺，進行方向的控制。每頂一鎬，觀測一次，并作記錄，及時對箱橋的高程與中線進行調整。水平標高未達控制偏差的要及時調整，基底挖深或挖淺；方向偏差較大，則在偏移側適當欠挖（欠挖尺寸小于頂進方向偏移尺寸），偏移側相對另一側同次頂進頂距加大，即偏移側過頂來調整方向偏差。通過頂進期間不間斷地實時監控量測，隨即進行糾偏調整，確保框架橋準確的頂進就位。

中線偏差調整主要依靠關閉部分頂鎬，使箱橋所受頂力左右不對稱，以達到調整箱橋中線偏差的目的。若箱橋中線左偏，關閉部分右側頂鎬以減小右側頂力；反之亦然。糾偏時，不可太快，采取少糾勤糾的方法，避免箱身兩側土方坍塌。

框架頂進扎頭較大時，要分次抬高，不可一次糾到位，避免框架底板中部懸空，造成框架底板橫向斷裂，并將框架抬至上坡頂進趨勢，以免出現再次扎頭。

預制箱體前方留船頭坡，船頭坡尺寸為50cm×5cm，頂進扎頭時可以在船頭坡前方鋪設軌排或者高強度混凝土塊，能有效的防治框架扎頭。為保證對頂標高可控，在箱橋底部設置五道混凝土條形基礎（寬50cm、高50cm），分別位于中墻、邊墻與跨中底部，混凝土頂面設置防裂鋼筋網片。

5　線路架空安全措施

（1）架空用的工具，卸車后要放置穩固并隨時檢查是否侵限。

（2）架空設備用的連接件必須連接牢固。

（3橫抬梁臨時支點必須對稱，與線路中心和架空跨度中心成對架設，確保線路平順。

（4）架空設備未起作用前，不允許開挖道床，以確保行車安全，架空完成后，挖出道床石碴并存放在施工范圍外，以免頂進挖土過程中掉落傷人。

（5）架空期間，設專人24h進行線路檢查和施工防護，以確保列車和施工人員的安全。

（6）架空作業必須在下班前1.5～2h完成，保證有足夠的時間進行線路整修，整修后的線路應經常檢查并做好記錄，使之達到按規定速度放行列車標準，方可下班。夜間加強巡道檢查，發現情況，立即采取措施。

（7）線路架空地段，要做到每過一列車，巡視檢查線路一次，每兩小時全面檢查線路的幾何形位，并填寫檢查記錄本，對超限及時進行整修，保證線路幾何狀態良好。線路允許偏差不得大于（軌距-2～+4mm），水平（4mm）。

（8）工地按規定設置防護牌，標示牌要齊全，標志要醒目。線路兩側的設備及材料設專人看護，不得侵限，按規定進行巡查，并做好記錄。搬運工字鋼、鋼枕等笨重物件時，要配足勞力，專人負責，統一指揮，不得違章蠻干，應各行其是、各負其責。

（9）鋼枕、橫抬梁與鋼軌及連接零件必須加設橡膠墊，防止滑動，影響行車安全。鋼梁與鋼枕間的螺栓要連接牢固，并由專人檢查。高強螺栓應由專人保管，嚴禁和普通螺栓混放。為防止線路變形，鋼軌與鋼梁之間每隔2m設置軌距拉桿，以防線路偏移。

6　注意事項

筆者結合本人的觀點認為施工中的注意事項還是很多。從鋼軌墊板開始說起，鋼軌的墊板采用特殊的橡膠，特制的厚度只有兩厘米。絕對不能用別的材料代替。從便梁開始施工的時候就需要電力部門對這種變量的絕緣膠墊進行測試。其中測試包括絕緣性。幾何尺寸，以及其他性能要求，如果性能要求不符合違規范絕對不允許使用。施工的過程還要保證，行車交通都正常。施工要按照施工規范要求，確保線路都正常工作，以及鐵路的施工安全。嚴禁鐵路的橫梁同時進行接觸。導致車輛的走鬼，出現紅光帶，影響了行車的信號。線路加固的時候，需要確認施工方和設計方的責任。便梁的橋墩施工結束后，還要預備道渣。以防備用。防止倒床塌陷以后，沒有道渣作為備用材料。線路安全是第一位的。工地上還應該采取24h工地防護。確保施工的安全。做到巡，養，防工作，三位一體。最后，道路的安全才是最重要的，施工過程中道路必須要采取封鎖措施。保證周圍人民及其它生物的安全。在施工期間，線路慢行，施工想要放出便梁的位置，交給施工隊長，并派人，在便梁的位置，對碼，封裝。清點。清理出便梁的位置。同時還要考慮，更換鋼絲繩的時間。達到節省時間的目的。人員的分工要明確。專人負責專事。不能出現人不在崗，人在錯崗以及人和機器分離的情況。同時一些細節也需要被重視。例如螺栓的松動和枕木的位置偏差。電路信號是否短路等等。保養工作得到重視。工作坑是預制框構箱體及安放頂進設備的臨時性工作面。因下穿鐵路地道工程一般兩端都有上下坡引道，故需按設計標高挖一矩形坑。工作坑中線與下穿鐵路垂直或有一定角度與地道中線重合。位于鐵路的一便于進料、出土、頂程較短有較好工作面的一側，既有鐵路北側有預留鐵路復線位置，工作坑設在北側將會減少頂程。地下水位高地基承載力低，工作坑開挖前先加固工作坑底地基。先在工作坑周圍打降水井，降低水位至滑板以下0.5～1.0m。后背采用打入鋼板樁與現澆混凝土后背梁的方案，所以工作坑開挖前必須先做好降水、地基加固、打鋼板樁工作，便可正常開挖。

7　結語

綜上所述；作者總結闡述了在下穿既有鐵路大跨度架空頂進箱涵的設計和施工的過程中要根據相關的標準和技術要求進行施工，對關鍵技術點進行有效的控制，并保證施工質量。

[1]王德華.大跨度下穿頂進框架橋線路加固設計[J].鐵道標準設計，2010.

[2]朱標.下穿既有鐵路立交橋施工時的線路加固設計[J].路基工程，2012.

TU445.4

A

1673-0038（2015）14-0213-03

2015-3-16

張飛（1990-），男，助理工程師，畢業于河南理工大學，土木工程專業。