淺談在大跨度鐵路下穿箱體頂進過程安全加固和方向控制

張博涵 中國鐵路上海局集團有限公司新長工務段

1 引言

某城市風光帶路下穿鐵路立交工程，箱涵孔徑為1孔15m×15m立交涵，底板為厚度為1m，頂板厚度為0.8m，箱體壁厚為1m，箱體長為15m，蓋梁基礎距離箱體1.3m，框架涵頂程32m。土質自上而下均為粉砂土為主，土體承載力較弱。由于箱體跨度大，頂程長，結構自身重，在箱體的頂進的過程中結構橫向、豎向的偏差都會對列車運行以及后續的施工造成極大的影響，為確保施工過程中列車正常運行，合理控制施工成本，在施工前充分分析施工難點安全隱患，制定相關加固方案，確實施工穩定進行。

2 頂進過程中框架涵可能發生的位移偏差和安全風險隱患

2.1 箱體頂進和頂進拉槽可能構成的安全隱患

（1）頂進拉槽時，挖機放坡超挖，觸動蓋梁底基礎，影響蓋梁底既有土體的受力情況，列車通過作業地點時，豎向壓力再相對增加，容易使蓋梁傾覆，導致便梁整體傾斜，繼而影響線路穩定。

（2）由于框架涵箱體體積大，蓋梁基礎橫向距離箱身距離較近，開口箱兩側的不均勻對稱，加大了在頂進過程中方向的控制難度。箱體頂程超過32m，頂管管節為6節（8m+8m+8m+4m+2m+2m），管節接縫處較多，增大箱體頂進方向的控制難度，難以調整框架涵方向，稍有不慎，就會使框架涵在頂進過程中擠碰到蓋梁，造成蓋梁偏移，連帶便梁支墩乃至鋼軌方向都產生偏差，影響列車正常運行。

2.2 框架涵頂進過程產生“扎頭”

（3）本段施工地點為黃淮海平原地帶，施工地點南100m為黃河故道，地下水位較高。根據設計提供的地質報告，施工地點主要以粉砂土為主，土體承載力較差，遇雨水天氣容易塌方。由于箱體跨度大，鋼筋密度大，混凝土標號高，根據施工圖紙計算，框架涵重量為1900t，如采取直接拉槽帶土頂進的方案，會增加框架涵“扎頭”風險。

3 框架涵頂進安全加固辦法

3.1 便梁支墩(蓋梁)加固

為有效保障挖機拉槽時超挖改變原有蓋梁下基礎土體穩定和箱體頂進過程中涵洞偏移可能對蓋梁產生的擠碰。在合理控制施工成本，加快施工進度的基礎上，確定蓋梁底部增加高壓旋噴樁施工工藝。

根據地質報告及現場地基承載力試驗，確定為7m長的高壓旋噴樁，水灰比為1：1，普通硅酸鹽42.5水泥，水泥漿比重為1.49，漿液噴射壓力＞15MPa，提升速度0.15m/min～0.25m/min。樁頂位于蓋梁底端，樁心位于蓋梁縱向兩側，每側為雙排，蓋梁邊覆蓋到雙排樁中心，并延申至蓋梁外兩側1米處。鉆機安防需垂直，旋噴管的允許偏差不大于15%，鉆孔位置的偏差不大于50mm，施工時采用跳打施工，使相鄰樁身連續，增加土體穩定和承載力，相鄰兩樁施工時間間隔不小于48h。

由于樁機施工時是在列車正常運行狀態下施工，即在便梁架設之后拉槽內施工，樁機施工要求在保證質量的情況下盡快結束，施工過程中要求樁機注意幾點：（1）列車通過時禁止注漿。樁機噴漿時，對土體產生巨大震動，列車通過時增加便梁臨時支墩的豎向荷載，可能會影響線路路基穩定。樁機作業時設置現場防護員，提前通知樁機操作人員，確保來車時停止作業。（2）樁機施工時加強沉降觀測。高壓旋噴樁施工時，噴出漿液與土體融合到一起，會使土體產生一定的膨脹，影響便梁臨時支墩穩定。在施工前、施工中、施工后，都要定時對便梁臨時支墩及基坑邊坡進行沉降觀測。便梁支墩觀測：觀測頻率4小時/次，累計沉降量超過10mm，或者單次超過2mm，停止施工，檢查原因。路基沉降觀測：觀測頻率4小時/次，累計變化超過10mm，或者單次超過4mm，停止施工，分析原因。線路檢查按有關規定執行。

3.2 在箱體兩側增加導向槽

導向槽在箱體兩側各設置鋼筋混凝土擋墻，作用是在箱體頂進初始階段，箱體在通過油頂傳遞過來的推力，在導槽內沿導槽控制方向內向前移動，防止箱體移動中過大偏移，有效降低箱體頂進初期的過度偏差。由于箱體重量大，頂進時產生的底板摩擦力和兩導槽之間的摩擦力，容易使導向槽擠碎破壞。

根據箱體尺寸和箱體重量計算，確定導向槽長度為16m，導向槽寬度為0.3m，高度為0.3m。導向槽縱向主筋為U型Ф 25螺紋鋼，間距0.3m，鋼筋兩腿與基坑滑板主筋焊接，預埋在基坑滑板上，縱向筋為Ф20鋼筋，間距10cm，與U型筋焊接。導向槽混凝土標號為C40（或與箱體同標號），在滑板澆筑凝固后開始扎進立模作業。導向槽內側與箱體預留2cm，中間用木模板隔離，頂進前取出，導向槽混凝土達到箱體混凝土強度后允許頂進，頂進期間注意觀察箱體與導向槽的擠壓情況，根據觀測，通過對油頂的控制采取措施對箱體進行的糾偏。

3.3 拉槽時設置滑板船頭坡

頂進前在鐵路路基兩側各增設四口管井，降水，降水深度保持達到滑板下至少0.5m，方可開始拉槽。當箱體頂進移動進入拉槽區域過程中，箱體由在鋼筋混凝土滑板上移動到素土上，支撐箱體土體承載力發生變化，箱體容易產生栽頭。向鐵路路基方向延長滑板14m到路基坡腳，設置一個延長滑板的過渡區域，延長滑板的終點高程比起點相對高程高出3cm，即“船頭坡”，有利于箱體進入延長滑板保持昂頭的角度，減少箱體栽頭概率。

延長滑板前，觀測降水井的降水深度，當降水深度降至滑板土層下0.5m時，可以開挖。將滑板原有水平鋼筋鑿出，延長滑板的鋼筋焊接至原滑板鋼筋上。鋼筋縱筋采用Ф18螺紋鋼，橫筋采用Ф18螺紋鋼，間距為20cm，混凝土為C30混凝土，強度達到85%才能進行試頂。延長滑板同樣設置導向槽，導向槽U型鋼筋與延長滑板鋼筋焊接，一起澆筑，待混凝土凝固達到強度再對導向槽上部鋼筋綁扎立模，再次澆筑，延長導向槽內側與箱體預留3cm。

為保證列車正常運行，降水井開始抽水后，定期對降水井出水狀況和路基坡腳沉降進行觀測。

（1）主要觀察管井水質、出水量。管井降水時，井內水質應清澈，無砂礫，水量應充足，若發現出水水質有泥沙或降水井下沉，應立即停止抽水，分析原因。

（2）開始打井前，應對路基坡腳進行沉降觀測，路基沉降觀測：觀測頻率4小時/次，累計變化超過10mm，或者單次超過4mm，停止施工，分析原因。線路檢查按有關規定執行。

4 結束語

隨著城市的發展，新建道路不斷延伸，既有鐵路經常阻礙鐵路往往會影響城市的規劃、發展，因而下穿鐵路立交項目不斷增多。其中，大跨度箱體在既有營業線鐵路下穿頂進施工中，是施工中難度最大，安全風險最高的環節之一，通過以上合理的施工加固方案，加強安全風險研判控制，定時對相關設備的觀測，菜區對項目的動態控制管理，是保證列車安全運行，保證施工安全的重要措施。