頂進框架橋下穿鐵路線路架空防護設計與施工技術

匡寧

中鐵四院集團廣州設計院有限公司 廣東 廣州 510600

一、工程概況

某城市道路提升改造工程道路規劃定位為城市次干路，雙向6車道，道路紅線寬度40m，設計速度30km/h。原道路為寬約7米的水泥路，于鐵路站場咽喉區路基段內設1-6m蓋板交通涵。本次道路提升改造工程擬架空鐵路線路后拆除舊涵，在原涵洞位置采用開挖頂進法施工2孔16m寬框架橋穿越既有鐵路。

新建框架橋為鋼筋混凝土結構，分左右兩幅，箱形斷面，雙向6車道布置，并設置人行道及非機動車道。單孔框架橋結構凈寬16米，凈高5.9米，邊墻、頂板厚1.1米，底板厚1.2米，主體長30米。

本工程位于鐵路站場咽喉區附近，橋位處既有鐵路共有5股道，其中正線2股，站線2股，岔線1股。道岔有2組，均為12號單開道岔。鄰近位置有鐵路接觸網立柱4根，其中1根為道岔定位柱。在鐵路路基邊坡上有鐵路通信、信號電纜1條，光纜7條。鐵路貫通線高壓電纜1條。

二、鐵路線路架空防護方案

2.1、架空便梁系統設計

框架橋下穿處位于鐵路站場咽喉區，線路股道多，列車行車密度大，站場內鐵路設備復雜，為確保施工期間鐵路運輸安全，合理的線路架空設計是本項目成功的關鍵，而在咽喉區道岔范圍進行針對各股道的實際情況，選擇合適的架空便梁系統是本工程的重點、難點。

經現場調查，針對道岔區線路情況，模仿下承式鋼梁的受力特點，架空結構采用縱挑橫抬方式，對道岔區股道進行加固。

架空系統縱向主梁采用I100 型鋼結構，根據承受單線及雙線荷載情況，由單片或雙片工字鋼組成。主梁沿股道間縱向布置，為改善主梁受力狀況，減少下撓變形，經驗算分析主梁最大跨度控制在11米，并將主梁首尾相連拼接成連續梁結構。

根據主梁間距及荷載受力情況計算確定工字鋼橫梁的型號，在主梁間距最大的位置（中心距9.5米），為保證架空系統上的2股道能同時行車，采用了I64a型工字鋼作為橫梁。橫梁的設置方向與框架橋中心線方向一致。位于尖軌區的橫梁需工廠特制，在對應尖軌位置的鋼橫梁頂面加焊一塊特制的滑床臺板，臺板頂部和尖軌底部間隔2mm左右，以便于尖軌橫向滑動；在輪載作用下，尖軌底部可以直接作用在滑床臺板上，以避免懸空。

由于道岔區的軌道方向各不相同，橫梁不能與所有枕木方向一致，為保證枕木上的荷載傳遞至橫梁上，在枕木與橫梁之間設置了由I12型鋼拼成的短縱梁，短縱梁沿軌道方向布置，縱梁與枕木之間空隙用硬木填塞，用螺栓、上板將兩者連接牢固。最后在主梁與橫梁、橫梁與軌下短縱梁、短縱梁與軌道枕木之間采用吊桿、橫擔、U型螺栓、螺母等構件進行連接，使架空便梁系統形成一個穩固的整體。

左幅框架橋架空立面布置圖（單位cm）

右幅框架橋架空立面布置圖（單位cm）

2.2、便梁支墩設計

根據地質勘查顯示，框架橋下穿鐵路位置處下伏厚約2米的飽和流塑狀淤泥質粉質粘土及厚約4～6米的飽和中密中砂層。地下水位位于路肩下約3米位置。經前期挖探核對，工點處施工條件惡劣，如采用人工挖孔樁施工有較大的風險。經比選采用鋼筋混凝土條形基礎作為便梁支墩，條形基礎下設高壓旋噴樁加固土體，形成復合地基承載上部荷載。由于道岔區架空系統受力相對復雜，根據單線加載或雙線加載的不同加載工況，通過檢算確定旋噴樁加固深度。

高壓旋噴樁采用單重管，樁徑60cm,間距50cm布置，樁長15m,密排布置，在旋噴樁初凝前內插 28mm鋼筋與上方的條形基礎連接。主要施工流程如下：

先施工左右兩側小混凝土支墩，采用便梁加固線路，然后開挖股道下的基坑（基坑深度需要滿足旋噴樁鉆機最小工作高度的要求）為旋噴樁施工開辟作業空間，高壓旋噴樁一次性施工完成后，在復合地基上澆筑鋼筋混凝土條形基礎做為架空便梁系統的支墩。

條形基礎及高壓旋噴樁立面圖

2.3、鐵路軌道道床整治及路橋過渡段處理

本項目框架橋為低覆土頂進框架橋，為實現框架橋剛體到路基彈性土體之間的平順過渡，減少成橋后過渡段路基土體的病害，框架橋主體頂進就位后需要對鐵路軌道道床進行整治，并加固受到施工影響的鄰近路基。主要措施如下：

頂進就位后，在框架橋頂部回填中粗砂（厚35cm），再夯填花崗巖道碴；對框架橋邊墻和路基土體之間的空隙，采用5%的水泥穩定碎石回填并注漿密實；對兩側路橋過渡段的土體開裂區域采用花管注漿的方式進行密實；對框體橋兩側線路加固影響范圍內受污染的道碴進行更換和回填；在恢復損壞的鐵路路基邊溝和邊坡綠化后拆除架空系統。

路橋過渡段處理圖（單位cm）

三、主要施工流程

1.開挖工作坑；滑板、后背墻施工；預制框架橋主體。

2.現場調查遷改受影響的既有鐵路管線；注漿加固影響范圍內的接觸網立柱；對線路軌道進行無縫線路應力放散作業。

3.架空股道，開挖軌道下基坑，旋噴樁加固地基，施工條形基礎支墩。

4.方正枕木、穿插橫抬梁、安裝縱梁、連接縱橫梁各構件，完成左幅框架橋線路架空系統的安裝

5.頂進左幅框架橋，就位后采用混凝土切割工藝，沿既有交通涵軸線方向，分段拆除舊涵洞。

6.拆除左幅框架橋線路架空系統，安裝右幅框架橋線路架空系統。

7.頂進右幅框架橋，就位后拆除頂進設備，完成框架橋翼墻、連接段施工。

8.對鐵路軌道道道床整治、路橋過渡段處理后，拆除線路架空系統，對線路進行第2次應力放散作業。

四、既有鐵路架空施工注意事項

1、鐵路路基及坡腳兩側一般都埋設有各種管線，橋涵頂進施工和架空便梁支墩開挖過程中，稍有疏忽就會損壞光電纜，嚴重影響列車正常運營。本工程位于鐵路站場區域，鐵路設備、管線情況相對區間段更為復雜。

施工前聯系鐵路工務、電務、通號等管線相關管理部門，對現場進行詳細踏勘、測量，收集管線路徑、埋深等臺帳資料，組織人工挖探，摸清地下管線狀況。受施工影響的管線探挖出來后，在產權單位指導下采取措施進行防護。在框架橋施工完成后，恢復砌筑電纜槽，及時將管線電纜移入槽內，并做好與產權單位的驗收交接工作。

2、本工程框架橋穿越處位于鐵路自動閉塞區間內，在對鐵路股道進行架空施工搭設便梁時，要避免發生兩鋼軌間串電，形成軌道電路短路（“紅光帶”）。便梁架空施工穿入（抽出）橫梁鋼軌時，如橫梁上方沒有墊好木板，同時接觸鋼軌底部，或者裝卸螺栓扣件同一橫梁兩鋼軌同時作業時，扳手接觸都極易造成造成短路。絕緣材料磨損、架空系統各構件受雜物污染也是造成事故發生的常見原因。

施工前需編制好傳電的施工作業指導書，明確施工工序、作業流程及預防措施。對絕緣墊片等器材經常檢測，同時保持便梁架空系統的清潔，防止污染。

3.便梁支墩施工

鐵路架空便梁系統的穩固是確保鐵路行車安全和頂進施工順利的關鍵，必須根據現場的工程地質、線路股道、頂進方案等因素合理地選擇支墩形式。不管采用何種形式的支墩，都必須檢算支墩的基底應力。

本工程采用條形基礎作為支墩，下設高壓旋噴樁加固土體。軌道下施工前， 需要在鄰近地段進行試樁試驗，取得合理的配合比、注漿壓力等工藝參數，在軌道下旋噴樁施工期間，注意壓力的控制，避免出現軌道路基冒漿，起拱情況。

本工程為雙孔分次頂進框架橋，在框架橋頂進過程中需要將前期支墩鑿除。鑿除作業時應嚴格按照施組計劃順序施工，避免盲目單側過快、過量開挖，以免造成支墩向挖土側傾倒而造成線路變形。

4.施工監測

既有鐵路下框架橋頂進施工是不中斷鐵路行車的施工方法，施工過程容易受工程條件、水文地質、自然災害等影響，具有很多不確定因素，施工安全風險較大。鐵路路基邊坡坍塌，架空便梁支墩沉降、箱身頂進偏差超限等現象很容易導致施工事故的發生。在頂進施工期間，必須加強對施工監測工作，根據監測結果指導施工。

應特別要強如下監測內容：1.頂進施工影響范圍內路基邊坡沉降、位移監測；2.頂進施工影響范圍內線路軌距、方向、水平的監測。3.既有鐵路股道架空便梁支墩的沉降與位移監測。4.鄰近的鐵路信號機、轉撤機、接觸網電氣化立柱沉降位移監測。

五、結語

本工程對頂進框架橋下穿鐵路站場咽喉區道岔股道架空防護的設計及施工進行了探索，詳細分析了需要解決的技術難題，通過采用縱挑橫抬鋼便梁的線路加固方法，確保了框架橋施工期間列車運行的安全，為類似工程積累了經驗。