軟土地區下穿鐵路框構橋頂進施工關鍵技術

耿秀明

摘要：隨著當代交通的發展，許多市政道路需要下穿既有鐵路，下穿既有鐵路橋涵施工時，為減少對既有鐵路運營的影響，多采用預制頂進法。在軟土地區橋涵頂進施工時，經常會出現栽頭、抬頭、偏移、路基塌方等問題，文章以天津東麗湖盧下穿既有鐵路框構頂進施工為例，總結橋涵頂進過程中關鍵施工技術，解決栽頭、抬頭、偏移、路基塌方等問題。

關鍵詞：下穿；鐵路；框構橋；頂進；加固

1.工程概況

框構橋位于天津市東麗區東麗湖路，框構橋中心里程與北環鐵路相交中心里程為K25+798.25，北環線為雙線電氣化鐵路，線間距為5m，線路均為直線，施工范圍內既有線路速度80km/h。框構橋采用單孔框架結構，斜交斜做，與既有北環線交角為70°，跨度為1-16m，結構凈高6m，總高為8.3m，凈寬為18.06m。框構頂板厚1.1m，底板厚1.2m，邊墻厚為1.034m，加腋尺寸180*60cm。框構橋分為兩部分，由北向南頂進段長30.08m，頂進部分刃角長4.78m，平衡重長3.72m。頂進就位后切除刃角，現澆段長10.41m，共計總長為40.49m。頂程49.61m，橋體自重4363t，最大頂力6545t。工作坑設在線路下行側。

2.工程特點及難點

（1）軟土地基

框構橋位于淤泥質黏土層，上層為黏土層，下層為粉質粘土，根據淤泥質黏土層特性，地基承載力低，土體滲透系數非常低，降水、注漿效果不理想。

（2）頂進塌方控制

框構橋在軟土地區頂進，保證路基加固質量及頂進過程控制，防止出現大面積塌方，影響行車，是工程難點。

（3）頂進指標控制

橋體細長且與鐵路交角為70°，做好方向糾偏和高程控制，是本工程的一個難點。

（4）基坑開挖

基坑靠近線路開挖時，基坑前掌子面容易溜滑，影響路基穩定，控制基坑穩定是工程難點。

3.施工關鍵環節技術總結

3.1工作坑施工技術

（1）針對軟土地區，特別是地下水位較高，水系豐富的地區，止水帷幕要嚴格按照設計要求及試樁參數施工，帷幕樁要連續施工，咬合滿足要求，由于特殊情況停工的，在相接處外側補兩根攪拌樁，防止開挖后漏水，堵漏困難，形成隱患。

（2）基坑內外側均應該設置降水井，同時降水，開挖基坑時，能夠減小圍護樁外側土壓力，減小基坑圍護樁的位移變形，且要留出足夠的降水時間，保證干槽作業。

（3）軟土地區，通過和設計溝通，基坑圍護樁的長度應該適當加長，樁徑適當加大，提高圍護結構的剛度。基坑開挖時，本工程基坑細長，全斷面臺階式開挖，每挖10m段，及時施工混凝土墊層，作為支撐起到控制圍護結構位移的作用，邊挖邊施工混凝土墊層，直至開挖完成。

（4）開挖基坑時，要密切觀測維護結構的位移，一旦位移超過限值，立刻停止開挖及時回填土，先保證基坑穩定，再采取加鋼支撐等措施后，方可開挖。針對軟土地區深基坑，且基坑細長時，建議和設計溝通提前準備鋼支撐，施加一定應力后再開挖或是采用雙排樁支護。

（5）軟土地區，基坑前坡口到既有線距離稍遠（15m），放坡盡量放緩（1：2），保證基坑前端穩定，從而保證既有線路基穩定。如果因為地形等因素，上坡口距離既有線較近，通過增加旋噴樁擋土墻或水泥砂漿樁，來保證基坑開挖及框構橋預制期間既有線路基的穩定。

（6）靠近既有線施工旋噴樁擋土墻時，旋噴樁應該間隔施工，隔二打一，有效減小應力快速疊加造成土體隆起，從而降低對線路路基的影響。

（7）在后背墻能夠滿足布置頂鎬的前提下，加寬工作坑馬道，滿足機械出土的要求，便于滿足后期頂進出土，加快頂進速度。

3.2既有鐵路路基加固施工技術

為了確保鐵路行車安全，防止頂進時線路橫移和保證加固體系的穩定性，在鐵路兩側框構橋四角、前端、線間設置路基防護樁。

（1）根據地勘報告提供的滲透系數以及現場降水情況可知，框構橋位置地質情況滲透性非常差，路基降水采用大口井降水，要增加降水井的密度和深度，同時要根據實際情況延長降水周期，從而保證降水效果。

（2）對于黏土、淤泥質粘土等滲透性較差的土層，依靠自身重力滲透，降水效果非常慢，本工程降水時間為45天，水位下降4m。建議結合實驗采取其他降水方式降水，諸如電滲井、真空降水等方式。

（3）注漿是在不改變地層組織的情況下，將土層顆粒間存在的水強迫擠出，使顆粒間的空隙充滿漿液并使其固結，達到改良土層性狀的目的。其注漿特性是使該土層粘結力（C）內摩擦角（φ）值增大。從而使地層粘結強度及密實度增加，起到加固作用；顆粒間隙中充滿了不流動而且固結的漿液后，使土層透水性降低，形成相對隔水層。采用P.O 42.5硅酸鹽純水泥漿及水玻璃混合液，為增加漿液滲透力，水泥采用超細水泥，水灰比1：1。水泥水玻璃漿液比為1：0.3（重量比）。

（4）根據實驗情況，在淤泥質粘土層中注漿效果不太明顯，其他土層效果較明顯，針對淤泥質黏土層，采取斜打旋噴樁的方式進行路基加固。施工前進行實驗，根據土體隆起量，確定噴漿的壓力，查看成樁的效果。根據試樁來看，噴漿壓力控制在6-8MPa時，成樁直徑能達到30cm左右，實際在路基上施工，根據后期開挖成樁效果來看，直徑在8-20cm，效果不理想，但是由于旋噴樁間距1m，且每組分30°、45°、60°、75°四個角度，打樁較密，水泥漿凝固時產生水化熱能夠改變樁四周土體的特性，土體含水率有明顯的下降，起到了土體固結的作用，旋噴樁對淤泥質粘土加固有明顯的效果。

（5）為了防止框構橋頂進過程中路基出現側塌，頂進框構橋的東側設置兩根線間挖孔樁，靠近框構橋側的一根長11m，遠離框構橋側的一根長6m，兩根樁間距6m，樁直徑1.25m。

①安裝擋道砟木箱

首先在兩股線路之間挖擋渣木箱的溝槽，木箱高度為50cm，寬1.7m，順線路方向長2.5m，木箱頂和枕木齊平，安放好木箱后，在木箱四周回填土密實，防止木箱下沉，石渣掉進木箱內。

②安放第一節鋼護筒

木箱安放好后，人工在木箱內挖土，向下挖50cm深，直徑為1.4m的圓坑，人工把土裝在抬土皮框內，利用列車間隔運出線間。鋼護筒高1m，直徑1.4m，重170kg，使用4個人抬起鋼護筒運到線間，在鋼護筒上內壁上對稱焊接4個吊環，外側焊接1個吊環。人工使用麻繩拉起鋼護筒，慢慢對中放到木箱挖好的孔內，就位后取下麻繩，敲掉焊接的4個吊環。人工在護筒內繼續向下挖土，護筒慢慢下沉，直至護筒頂比木箱頂面低20cm。

③安裝第二節鋼護筒

第一節鋼護筒下沉就位后，安裝第二節鋼護筒，第二節鋼護筒直徑比第一節直徑小1cm，同樣采用人工抬進線間，采用麻繩吊起護筒下放到第一節鋼護筒內，然后人工下到護筒內邊挖土邊下沉第二節鋼護筒，直至第二節和第一節鋼護筒搭接5cm，停止下挖。

護筒內出土采用人工麻繩皮斗的方法出土，不使用任何機械設備，麻繩一端系到第一節鋼護筒外側的吊環上，一端系到皮斗上，隨著挖孔深度調整麻繩的長度，防止人員手滑掉落孔內砸傷挖土人員。

現場準備1.5m*1.5m的木蓋，當有列車通過時，用木板蓋住孔口，防止落物掉入孔內砸傷挖孔人員。

④人工挖土至設計標高

按照上述過程，逐節下放鋼護筒，每節鋼護筒比上一節鋼護筒直徑小2cm，保證護筒順利下放，工人在護筒內挖土，邊挖土邊人工運出線間，鋼護筒之間搭接5cm，直至挖到設計標高。

⑤澆注混凝土

澆筑砼采用地泵，混凝土標號為C25，泵車站在距線路7m以外，在枕木間穿過一根直徑20cm的PVC套管，泵管從PVC管內穿過，泵管直徑10cm，每節3m，防止澆筑混凝土時，泵管漏漿污染道床，以及泵管聯電形成紅光帶。

⑥連接鋼冠梁

澆筑砼后，初凝前在樁頂插入1m長45b工字鋼，外露30cm，砼終凝后，用45b工字鋼把樁頭預埋的工字鋼焊接連接為一體。嚴格控制澆筑砼頂面和工字鋼頂面高程，不影響線路加固穿工字鋼橫梁。

3.3框構橋預制關鍵技術

（1）滑板制作對于頂橋的啟動起著至關重要的作用，嚴格按照設計要求施做，做好隔離層保護層，根據本工程實際啟動頂力為2200t，橋體自重為4300t，啟動頂力為橋體自重的0.5倍，所以滑板制作對啟動頂力非常重要。

（2）橋體平衡重部分向下延伸，距離底板10-20cm為宜，如果空間太大，土體容易從空隙流進掩埋頂鎬。

（3）對于在軟土地區頂橋，很難形成規則的掌子面，土質情況特別差的情況下，會采用吃土的方式頂進，船頭坡適當做緩，能夠有效控制“仰頭”的趨勢。

（4）刃角坡度一般為1：0.5-1：0.7，頂橋前掌子面坡度基本和刃角坡度相同，所以如果通過與設計溝通，適當延長刃角的長度，從而減緩前掌子面坡度（1：1），更利于頂進時路基土體的穩定。

3.4線路加固技術總結

（1）線路加固采用H900大縱梁，I45b橫梁，取消3-5-3吊軌，橫梁6根為一組，間距為0.6m，組距為1.2m。這種加固方式提高了整個加固體系的剛度，橫向允許懸空長度有了較大提升，能夠達到6.4m，對于頂進施工和行車安全均有了明顯的提高。

（2）頂進時線路位移、高程出現較大的變化，這種取消吊軌的加固方式，能夠縮短整修的時間，有利于線路的整修。

（3）一般情況下大縱梁的支點坐落于路基上，對于軟土易塌地區，一旦路基土出現變化，加固體系受力會相應的變化，和設計溝通，同時采用改良的鉆孔機械，路基四角防護樁盡量靠近線路（4m），大縱梁的支點設在防護樁冠梁上，保證加固體系的穩定性。

（4）線路防橫移措施

①保證線路方向的方法：將線路采用拉錨固定，并在箱體頂面每3m預埋一個套環，橋體頂進時用10t倒鏈牽拉縱梁，隨橋體頂進調整倒鏈長度，防止線路發生橫移。

②抗移樁施工時在抗移樁頂預埋鋼筋拉環，在抗移樁上設置倒鏈防止線路反向橫移。橫梁I45b工字鋼端頭頂在抗移樁冠梁上，整個線路橫梁工字鋼都通過U形卡子聯成一個整體，并將橫梁與抗移樁冠梁上的鋼板焊接，利用抗移樁梁的作用使橫梁不發生移動，繼而保證整個線路不會發生大的橫向移動。

③為減少頂進時的阻力，防止線路產生橫移，每道橫梁下墊小滑車，為了保證線路的穩定性，在每根鋼軌下面各用一個，在縱梁下設置小滑車支撐點。

④為防止線路橫移，橋上的橫梁工字鋼每隔2根在線路兩側對稱設置一道線路防橫移裝置，外側固定在橫梁工字鋼上，內側頂到鋼軌軌腰上

3.5框構橋頂進技術要點

本工程最大頂力6545t，頂程49.61m。根據最大頂力，按500t鎬的65%系數配鎬，需20臺，由于斜交頂進，頂進角度為70°，根據計算在馬道東側（頂進銳角側）布置9臺，西側（頂進鈍角側）布置11臺，頂鎬每次出鎬長度為1m。

（1）頂鎬的選擇，頂橋時頂進速度越快，土體大面積坍塌的可能性越低，選擇1.2m的頂鎬，同時配置換頂鐵熟練的機械和操作人員，加快換頂鐵的速度，有利于框構橋頂進。

（2）頂進開始前必須進行試頂。試頂的頂力一般應為橋體自重0.8～1.2倍，開始啟動時不能突然增大到此數值，應使頂鎬逐漸加壓，每升壓一次要穩定幾分鐘，并由專人對滑板、后背框架和設備進行檢查。在加壓過程中如油表值突然下降，表示框架與滑板脫離，框架開始向前移動，直至試頂進結束。空頂時嚴格控制橋體方向，防止偏離中心線。

（3）頂進挖土，如果土體的特性較好，同時利用加固體系橫向懸空允許6.4m，刷坡坡度能夠達到1：1；同時充分利用刃角和前懸的作用，挖土時先挖刃角前段的土體，框構橋頂進，然后挖除框構內土體，保證路基的穩定。

由于本工程為軟土基礎，挖土時很難形成規則的掌子面，雖然經過降水注漿處理，但是挖土時根據土體性質采取合適的挖土方法。地面向下3m范圍內為填土層，在刃角前方挖土，每次開挖長度為1m，再向下為淤泥質粘土層，不開挖吃土頂進。

（4）頂進前方底板以下基礎經過高壓旋噴樁處理，距離線路7m位置外施工4排高壓旋噴樁擋土，挖除旋噴樁擋土墻時，首先隨著刃角坡度斜向挖除刃角前端旋噴樁，橋體頂進，旋噴樁套進框構橋內，再斜向分層挖除框構凈孔內旋噴樁，保證路基土的穩定。頂進挖土時，在距線路7m外盡量挖到底板，防止由于高壓旋噴樁的作用造成框構橋“抬頭”現象。刃角經過旋噴樁擋土墻后，采用不挖土頂進，邊頂進邊清理框構內土體，防止出現大面積塌方。

（5）破樁時路基土體穩定性較差，可以采取分塊挖除旋噴樁后立刻反壓土，吃土頂進；框構橋進入線路時，吃土頂進，邊頂邊清理涌到框構內土體，始終保持路基土的穩定。

4.總結

通過采取一系列技術措施，本工程框構橋在頂進施工中，無論是中線控制、高程控制、鐵路路基穩定均取得了良好的效果。框構橋頂進施工雖然已經是既有線施工中一種很成熟的施工工藝，但本工程中采用線路加固技術，既有鐵路路基加固技術、防塌方技術，以及軟土地區橋涵頂進技術，對軟土地區橋涵頂進均具有一定的借鑒作用。

參考文獻

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（作者單位：中鐵六局集團北京鐵路建設有限公司）