大跨度框架橋下穿鐵路頂進施工技術

吳小平

（安徽鐵建工程有限公司，安徽蚌埠 233000）

1 工程概況

阜陽市潁州南路與京九鐵路立交工程位于阜陽城南新區(qū)，工程的實施將打通城南新區(qū)與經濟技術開發(fā)區(qū)的快速通道，可以分解和減輕現(xiàn)有道路穿越鐵路的交通壓力，使阜陽城市路網更加健全、更加完善。本工程下穿框架橋采用6 孔（6.5+8.5+8.5+8.5+8.5+6.5）m 分離式框架結構，箱身長37.6m，總寬度為58m，頂程52.504m。道路中心線與京九下行線交角為65°，影響范圍內鐵路共計2 股道，由西向東分別為京九上下行。

為確保頂進期間的鐵路行車安全，需對既有線路進行加固處理。本工程采用D 型便梁架空線路頂進的施工方法，能夠有效緩解施工和運輸之間的矛盾。

2 線路加固

考慮到橋址區(qū)間線間距4.2m，故采用D16 型便梁乙式（低位）架設方式，如圖1 所示。

圖1 D16 型施工便梁乙式（低位）橫向布置

原設計方案中計劃先施工1、3、5、7 號條基，再移梁施工2、4、6 號條基（由北京至九龍方向條基依次編號為 1、2、3、4、5、6、7號條基），隨即頂進1 號框架橋，然后依次頂進2 至6 號框架橋（由北京至九龍方向箱體依次編號為 1、2、3、4、5、6 號框架）。根據現(xiàn)場實際情況，若按該方案和順序進行施工，區(qū)間內接觸網柱遷改工作量將大大增加，經過方案優(yōu)化和變更之后，計劃對頂進順序進行調整，線路加固流程隨即發(fā)生變化。

2.1 線路加固流程

線路限速45km/h，施工C20 混凝土臨時支墩→架設D16 型便梁→施工7 號條基→頂進2.5m 熱力防護管及1m 燃氣防護管→縱移便梁→施工5 號條基→便梁回收，線路恢復，迎接春運→卸便梁施工4 號條基→移梁至4 號箱體位置并架設拖梁→頂進4 號箱體→移梁并依次施工6、3、2、1 號條基→移梁并依次頂進 5、6、3、2、1 號箱體→便梁回收，線路恢復。

2.2 便梁支墩制作

便梁支墩由條形基礎和高壓旋噴樁墻體組成。實際施工中，由于方案優(yōu)化后優(yōu)先頂進4#箱體，隨之箱邊和條基邊之間的距離也減小2m，因此施工風險大大增加。經過考慮和論證后，計劃維持5#條基位置不變，4#條基下增設3 根人工挖孔樁以確保條基穩(wěn)定，樁徑φ1.5m，樁長14.7m。

圖2 條形基礎施工立面布置

2.3 便梁架設施工

便梁架設施工前，對無縫線路應力放散區(qū)段兩端各75m 范圍內的線路扣件復擰加固，保證道床飽滿，尤其是便梁端部不能缺砟造成線路空吊。由于本工程線間距較小且框架橋與線路大角度斜交，需對施工便梁進行一定的偏架和錯架以滿足線路加固要求，架設步驟如下：

（1）通過研究計算確定便梁偏架值和錯架量，測量放線定位便梁具體位置，并對各個橫梁位置進行標記。

（2）方枕，保持軌枕間距670mm，抽除多余軌枕。

（3）扒除適量道砟，并穿入鋼枕，同時墊好橡膠墊，上好絕緣扣件。

（4）清除鋼枕兩端頭道砟，利用軌道吊車將縱梁吊裝到位，必須在封鎖點內進行，吊裝完畢應隨即完成牛腿、連接板、斜桿即其他聯(lián)結零件。圖3 為4 號箱體頂進時便梁架設示意圖。

圖3 4 號框架頂進便梁架設平面

（5）安裝縱、橫向限位裝置。

3 頂進施工

3.1 頂力設置

式中：P-最大頂力，kN；N1-橋涵頂部荷載，取值為0kN；N2-橋涵箱身自重，按37.6m 長計算，取值25430kN；f1-橋涵頂部表面與頂部荷載之間的摩阻系數(shù)；f2-箱身底部與基底土的摩阻系數(shù)，取0.5；f3-側面摩阻系數(shù)，取0.5；E-箱身兩側土壓力（kN），按一側土壓力考慮，E=0.5γ·H·Ka·L=0.5×18×2.832×0.49×37.6=1328（kN）；γ-土體容重，18kN/m3；H-箱橋兩側土壓力高度，取1/3 箱橋高度8.5×1/3=2.83m；Ka-土壓力系數(shù)，Ka=tg2（45-φ/2），φ-內摩擦角，按 20°取值，則 Ka=0.49；L-頂進箱身長度，37.6m；RA-鋼刃角正面阻力，取0；K-安全系數(shù)，取1.2。代入各參數(shù)值得：

由此得本工程8.5m 箱橋最大頂力P=31788kN，需要配備500t 千斤頂數(shù)量為：N=P/（500×0.85×9.8）=7.5 臺，擬配置10 臺500t 千斤頂。

3.2 箱身頂進

方案優(yōu)化后先頂進 4# 箱體，再按 5#、6#、3#、2#、1# 順序依次頂進。為保證路基安全，防止路基塌方，本工程采用人工配合機械分臺階開挖，第一層土開挖斷寬度及高度不得大于4m，隨后開挖每次不得超過1m，開挖面兩側始終保持預留10cm 厚的土層，即比箱身外輪廓小10cm，開挖底面也高于箱身底面5～10cm。

3.3 頂進姿態(tài)糾偏

下穿立交橋成功的關鍵就在于頂進過程中軸線和高程的控制，何時糾偏、如何糾偏、糾偏效果是需要解決的三項至關重要的問題[2]。本工程中箱身姿態(tài)控制包括監(jiān)測反饋和姿態(tài)糾偏兩部分，箱身軸線和高程測量“一鎬一測”，測量結果及時反饋給控制臺，控制臺收到反饋信息后再通過不等壓頂進、預留頂鐵間隙、單側土體超挖、單側施加橫向支撐等方式實現(xiàn)姿態(tài)糾偏。

不等壓頂進即增減一側千斤頂?shù)捻斄Γ_或關一側千斤頂閥門，調整頂力分布；預留頂鐵間隙即在加換頂鐵時，可根據偏差的大小，將一側頂鐵楔緊，另一側頂鐵楔松或預留間隙，如箱身前端向右偏，則將左側頂鐵預留間隙，開泵后，則右側先受力頂進，左側不動；單側土體超挖即在前端一側超挖，另一側少挖土或不挖來調整方向，如箱身前端向右偏，即在右側箱身前超挖20～50cm。

頂進中經常出現(xiàn)箱身“抬頭”和“栽頭”現(xiàn)象。當箱身“抬頭”量不大時，將箱身前開挖面挖到與箱底面平或稍作超挖，如“抬頭”量較大，則多超挖一些，在頂進中逐步調整；“栽頭”發(fā)生主要是因為當箱身前端頂出滑板1/3 后，由于箱身自重，造成滑板前端的土壤壓縮，由于受力不均勻使滑板端部下沉，出現(xiàn)裂紋，箱身開始“栽頭”，在箱身重心移出工作坑滑板后，“栽頭”更為顯著，為較大程度的減小“栽頭”值，本工程頂進時嚴格保持切土頂進，挖土時，開挖面基底保持在箱身底面以上8～10cm，利用船頭坡將高出部分土壤壓入箱底，達到控制箱身下沉的目的。

4 效果評價

根據《鐵路橋涵工程施工質量驗收標準》，頂進軸線誤差≤200mm，頂進高程誤差應小于頂程的1%，但不得比設計標高高150mm、不得比設計標高低200mm，相鄰箱體間高度差不得超過50mm。本工程6 孔框架已于2019 年8 月全部頂進完成，最大軸線偏差和最大“栽頭”值均出現(xiàn)在5#箱體頂進中，軸線偏差值為100mm，“栽頭”值為103mm，最大“抬頭”值出現(xiàn)在1#箱體頂進中，“抬頭”值為18mm，相鄰箱體間高程差最大值為49mm，各項指標均在允許值范圍內，符合施工技術規(guī)范要求。由此，本工程6孔分離式框架橋頂進施工取得良好效果。

表1 6 孔框架頂進實際偏差值

5 總結

阜陽市潁州南路下穿京九鐵路大跨度框架橋的順利頂進是值得借鑒的，其成功關鍵在于全面考慮了工程線間距較小、框架橋與線路大角度斜交及頂程較長等各種因素對施工的影響，由此優(yōu)化頂進施工順序，確定合理的線路加固方案，并通過姿態(tài)糾偏達到箱身軸線與高程控制目標，充分展現(xiàn)了大跨度框架橋下穿施工采用高壓旋噴樁和人工挖孔樁與條基組合支墩架設D16型施工便梁進行線路加固的優(yōu)越性和安全性，可為類似工程的施工提供參考。