多股道大高差復雜地質框構橋雙向頂進施工技術研究

鄭建廣

(中鐵十四局集團第二工程有限公司 山東泰安 271000)

1 工程概況

榆樹莊框構橋設計為單箱三室整體式框構，箱室凈寬(6.5+18.97+6.5)m，墻身厚1.2 m，總寬36.77 m，包括A框構和B框構，A框構頂進部分長23.4 m，高16.3 m，下穿既有京廣下行線、京廣上行線、豐沙上行線，A框構中心線與既有線中心線夾角為67°17′；B框構頂進部分長21.74 m，高13.5 m，下穿兩條既有專用線，B框構中心線與專用線夾角67.29°，框構頂進總長度45.17 m。為確保既有線行車及施工安全，研究采用縱橫梁及扣軌加固等頂進施工。

橋址內0～1.1 m為雜填土，灰黑色，稍密，以石塊、水泥塊、粉土為主；1.1～24.4 m為粗圓粒土，黃灰色，稍密，原巖成分以砂巖、花崗巖為主，一般粒徑20～40 mm，最大60 mm，充填中粗砂。土質粘結性差，土體開挖易滑塌。

2 總體方案

頂進橋體從左至右依次穿越既有京廣下行線、京廣上行線、豐沙上行線、2條專用線共5條營業線，線路采用縱橫梁扣軌加固方案。縱橫梁支撐樁采用混凝土灌注樁，為確保頂進過程土體穩定，采用土體注漿加固及增設抗滑移樁[1]。

3 工程重難點及解決措施

3.1 既有線施工挖孔樁

支撐樁及抗滑移樁施工是本項目的重難點，專用線與豐沙上行線之間的抗移樁樁徑1.5 m，樁長30 m，共計9根，樁間距5 m，距豐沙上行線接觸網回流線最小距離為1.46 m。防護樁樁徑1.25 m，樁長28 m，共計52根，樁間距1.5 m，距豐沙上行線接觸網回流線最小距離為0.4 m；京廣下行線側支撐樁樁徑1.5 m，樁長20 m，9根，間距5 m，距接觸網回流線最小距離為1.1 m。抗滑移樁樁徑1.5 m，樁長31 m，樁間距1.75 m，1#～32#樁共32根，距接觸網回流線最小距離為1.1 m。為保證施工安全及既有線運營安全，以上樁基均采用人工挖孔樁施工[2]。

(1)護壁

護壁采用內齒式，其特點可有效解決護壁混凝土振搗，增加樁側摩阻力，防止塌孔。挖孔樁每開挖0.5 m時，即立模施工混凝土護壁。護壁混凝土強度與樁身混凝土采用同等級(C30)，厚度20 cm，根據地質不同給予加厚護壁混凝土30 cm。挖孔及護壁施工工序必須連續，以防塌孔。

(2)降水

設計孔內25.7 m以上無水，挖孔時如有地下水滲出，采用及時支護孔壁防水處理，滲出水采用強排處理；遇到涌水量較大的潛水層承壓水時，采用水泥砂漿壓灌卵石環圈的措施解決。

(3)通風

挖孔時采用鼓風機向孔內吹入新鮮空氣，防止孔內作業人員缺氧。

(4)觀測

線路及防護樁處設置沉降位移觀測標，挖孔過程按頻次加強沉降位移觀測，出現問題及時分析原因并制定對應措施，問題解決后方可繼續施工[3]。

(5)澆筑

挖孔樁鋼筋籠孔內綁扎，混凝土采用導管灌注并振搗密實[4]。

3.2 卵石土地層施工

(1)土體注漿加固

依據地質資料，頂進范圍內土體開挖易滑塌。為防止頂進過程中發生路基滑塌，保證線路運營安全，采取對線路路基進行低壓注漿加固措施。注漿加固施工分兩次進行，第一次在頂進施工前進行，注漿范圍：框構沿線路方向兩邊墻外各10 m范圍，全寬58.77 m范圍內的土體進行注漿固化；框構軸線方向，框構范圍內及框構兩側各2 m，共49.14 m。注漿原則：自原地面起至框構底板以下1.2 m，共14.95 m。第二次注漿加固在頂進框構就位后進行，注漿范圍為框構兩側1 m范圍，注漿深度自原地面起至框構底板以下1.2 m。

本次加固方式采用雙液漿注漿，注漿是使漿液與土體混合，將土體固化處理。為防止注漿壓力過大，引起鐵路軌道變形，在施工時注漿壓力應嚴格控制在0.3～0.5 MPa之間。

注漿時在不改變地層組織的情況下，將土體與漿液充分混合并使其固結，以提高土體質量。土體顆粒間隙中充滿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。

本工程注漿范圍為框身范圍內及框構兩邊墻外緣外側各10 m，既有線兩側為垂直注漿，線路下方采用斜孔進行注漿。

A、B土體加固如圖1所示。

圖1 土體加固立面圖(單位:m)

在預制框構橋時在兩側預埋φ42鋼花管，豎向間距為1.5 m，A框構兩側預埋注漿管長24.4 m，B框構兩側預埋注漿管長22.7 m，與框構橋一起頂進，待頂進結束后再注漿，主要起到框構橋兩側邊緣與土體固化。

(2)漿液配制

經現場對比試驗，漿液采用普通硅酸鹽42.5水泥，水玻璃濃度為37～40Be，模數為2.4～3.7。

A水泥100 kg∶水100 kg，B液水玻璃50 kg∶水100～150 kg，水泥漿與水玻璃體積比1∶0.05。

(3)線路觀測

路基注漿施工時因注漿壓力較大，增大了路基內外土層壓強差，有可能造成既有路基、線路隆起或沉陷，危及鐵路運營的安全，因此需對既有線進行實時觀測。

監測點布設：線路鋼軌邊上各設28個觀測點，路基兩側各設14對觀測點，間距6 m。鋼軌上觀測點觀測線路位移變化，路基兩側觀測升降變化[5]。

觀測頻率：施工過程中在工務部門的協助下隨時進行監控測量，逐一觀測，最長不超過8 h，每次的測量值與其前次值進行比對，分析線路在工程施工中的動態變化，同步分析監測數據，優化施工工藝，變更施工方法。如有既有線路發生變化，要及時在工務人員的指導下整修線路，以確保鐵路運營安全[6]。

3.3 下穿大高差既有線路施工

榆樹莊六號框構橋從左至右依次下穿既有京廣上下行線、豐沙線、2條專用線，京廣上下行線、豐沙線軌頂標高54.03 m，專用線標高51.27 m，線路高差2.76 m。為解決線路高差線路加固體系問題，框構橋采用線路兩側分節預制，雙向頂進的方式施工[7]。

(1)頂進

線路加固體系完成后，頂進A框構，A框構就位后，再頂進B框構。頂進步驟見圖2、圖3。

圖2 A框構頂進立面圖(單位:m)

圖3 B框構頂進立面圖(單位:m)

框構橋頂進時，需切除頂程內受影響的支撐樁及抗移樁。由于人工鑿除耗時長，工作量大，擬采用9臺繩鋸同時作業。當前檐板前端距支撐樁1.0 m時，即線路完全支撐在框構頂板，在支撐樁距離底板50 cm處，采用繩鋸切除，挖機配合，整體放倒，再采用破碎錘將其破碎并鑿除剩余樁體，支撐樁、抗移樁鑿除深度至底板底以下0.5 m，其上回填碎石。

(2)懸臂板切除

采用繩鋸先將懸臂板與刃角分離，再采用6臺繩鋸分6塊同時切除，每塊均長6 m，在預制懸臂板時，每米設10 cm縱向預留孔，在框構橋內墊1 m厚土作為緩沖平臺，待懸臂板切除下來后，采用破碎錘逐一破除后，再裝車運走。

(3)刃角切除

先拆除鋼刃角，再線路測量放點，標出刃角接頭的位置，在A框構頂進就位后對刃角前端2.7 m處進行繩鋸靜力切割，在框構橋內墊1 m厚土作為緩沖平臺，待抗移樁切除下來后，采用破碎錘逐一破除后，裝車運走[8]。隨后進行B框架橋的預制及頂進施工，在B框構刃角前端頂進至距已就位的A框構前端0.5 m時切除刃角前端2.7 m，隨后頂進至A框構并與其密貼。

(4)抗移樁上部及冠梁切除，冠梁重新澆筑

第一步：切除抗移樁上冠梁及抗移樁上部。采用繩鋸將抗移樁冠梁切除，沿線路方向5 m一道，將冠梁逐一分解，再從冠梁下3.5 m處，采用繩鋸將抗移樁環切，9臺繩鋸同時施工，在框構橋內墊1 m厚土作為緩沖平臺，待抗移樁切除下來后，采用破碎錘逐一破除后，裝車運走。

第二步：抗移樁上冠梁重做。在切除后的抗移樁上重新綁扎鋼筋，采用可拼裝鋼模立模板，冠梁尺寸與原有尺寸一致，利用事先在線路下方預埋好的地泵澆筑混凝土。

(5)抗移樁切除

采用繩鋸將抗移樁冠梁切除，沿線路方向5 m一道，將冠梁逐一分解，再從冠梁下2 m一處，9臺繩鋸同時施工，采用繩鋸將抗移樁環切逐一切除，在框構橋內墊1 m厚土作為緩沖平臺，待抗移樁切除后，采用機械破除，再裝運至指定地點。

(6)接縫處防水處理

鑿除抗移樁后，頂進B框構直至達到設計位置，A框構與B框構頂面標高差為2.8 m，如圖4所示。頂進就位后，將框構A、B箱頂采用混凝土封堵，接口處施作防水層。防水層采用3層防水涂料加2層防水卷材，防水層頂設置6 cm C40玻璃纖維混凝土防水保護層，內置φ15×15 cm鋼筋網片。

圖4 框構頂進完成立面圖(單位:m)

3.4 線形量測及控制

為防止前段橋體在一開始頂進便出現“扎頭”現象，制作滑板時設置2‰的仰坡，目的是頂進時以升治降，空頂前期，框架箱體隨滑板的坡度逐漸上升，框架箱體前端出滑板1/3時，框架自重、線路荷載作用易使滑板前端出現下沉，致使箱體前端出現扎頭現象。當框架箱體重心頂出滑板后，此現象尤為突出[9]。

在頂進過程中，加強頂進設備、設施及相關頂進收據的監測，提前做好應對措施，出現偏差及時糾正。防止框架箱體在頂進過程中出現較大偏差造成糾偏困難[10]。

常用的校正方法有下列幾種：

(1)框架箱身在滑板段容易軸線偏差，可利用千斤頂的頂力大小來調整。為防止“扎頭”，除在工作坑滑板上預留坡度外，還可在箱身前端底板下設置“船頭坡”[11]。

(2)框架箱身頂進進入土體后，及時開挖頂進范圍內的土體斷面，開挖斷面與頂進斷面要一致，框架橋兩側挖土要步調一致，挖土均勻，要統一指揮，確保進土一致。

(3)箱身軸線偏差糾偏方法：

①利用框構箱體兩側千斤頂的不平衡頂力。根據偏位數據計算開或關框構一側千斤頂，增加或減少千斤力數進行頂力調整。

如軸線右偏，則減少左側千斤頂頂力，如向左偏則反之。

②利用交替開啟兩邊高壓油泵進行調整。如向右偏則開右側高壓油泵，向左偏就開左側高壓油泵。

③利用框構前兩側刃腳吃土的側向力進行調整?？蚣芮皟蓚热心_前部，一側空頂，另一側吃土頂進來調整框構方向。如箱身前端向左偏，即在左側刃腳前超挖20 cm，右側保持刃腳吃土20 cm，利用刃腳兩側受力不平衡進行軸線糾偏。

(4)框構兩側設置混凝土導向墩，設置間距3 m一道，距離框構邊10 cm，其間用墊木隔開。

(5)糾正箱身“抬頭”的方法：

①框構箱體抬頭時采取箱體前端底板處一定范圍內超挖空頂的方法，依據框構箱體監測數據，逐步調整超挖量進行框構標高調整。

②框構箱體兩側開挖斷面不足，致使箱體受力加大易造成“抬頭”，箱體兩側土體開挖斷面需滿足頂進要求。

③框構箱身“抬頭”較小時，開挖斷面底部可不預留土體，底面與箱體底面持平。如“抬頭”量較大，將底刃腳前土體超挖25～35 cm，開挖斷面與箱體相同，使上刃腳不受力，逐步進行標高調整，此過程中合理控制超挖范圍以避免造成箱身“扎頭”[12]。

(6)糾正箱身“扎頭”的方法：

①框構箱體前設置船頭坡。通過刃腳受力進行標高調整。適當增加上刃腳的受力，使上刃腳和中刃腳吃土量加大，底刃腳前不超挖，調整框構箱體標高。

②吃土頂進。頂進前土體開挖時，開挖斷面底部預留部分土體，土體預留高出框構箱體底面5～10 cm，利用底部吃土量來糾正“扎頭”。

③如頂進過程中出現土質不好時，可換鋪25～35 cm厚的道砟、碎石，或灌注速凝混凝土、下鋪混凝土軌枕等方法，增加地基承載力，以糾正“扎頭”。

4 結束語

通過對多股道大高差復雜地質框構橋雙向頂進施工技術研究，總結了各個施工工序的關鍵控制技術及解決措施，確保頂進施工質量和安全，在實際工程經驗的基礎上，總結出切實可行的系統性質量安全保障措施。本工程框構橋的頂進施工，對今后類似工程具有很好的指導意義。