框構(gòu)橋下穿朔黃鐵路施工頂進過程控制研究

李 齊

（朔黃鐵路發(fā)展有限責任公司，河北 肅寧 062350）

1 工程概況

朔黃鐵路為國家I級雙線電氣重載鐵路，本工程位于朔黃鐵路安國站內(nèi)，鐵路里程K359+247，公路里程 K0+971.6。橋址處線路為平坡，大致為東西走向，頂進穿越鐵路五股道，股道線間距為5.1、8.5、5.0、5.3m，兩側(cè)路肩寬為5m。道路與鐵路相交處采用下穿框構(gòu)橋的形式通過，框構(gòu)橋中心線與鐵路中心線交角90°，框構(gòu)橋孔跨2-13m，鐵路軌底至頂板最小距離0.8m，結(jié)構(gòu)總高8.9m，結(jié)構(gòu)凈高7.0m，結(jié)構(gòu)總寬28.7m，結(jié)構(gòu)全長71.42m，中、邊墻及頂板厚度0.9m，底板厚度1.0m。框構(gòu)橋共分四節(jié)，長度分別為7.0、46.3、8.0、10.0m，既有鐵路路基下為頂進段，其他段為現(xiàn)澆。頂進段分兩節(jié)，頂進方向從南到北，前后節(jié)分別長24.3、22m，前后節(jié)分別頂進58.2、60.17m。頂進時為防止前后節(jié)錯位，在前后節(jié)相對位置處設(shè)鋼軌插銷。

2 框構(gòu)橋施工頂進總體工藝流程

施工工作坑設(shè)于下行南側(cè)，框構(gòu)橋由南向北單向頂進。

地質(zhì)調(diào)查表明施工區(qū)域無地表徑流，地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定。頂進前澆筑抗橫移樁及支撐樁，采用3-5-3吊軌梁和縱挑橫抬法方式進行線路加固；頂進采用中繼間頂進的方式；頂進就位后，框架兩側(cè)墻外超挖部分采用混凝土澆筑，并進行注漿固化，加固路基，兩側(cè)澆筑完畢后拆除扣軌恢復線路。同時，為確保線路及施工安全和運量要求，在施工期間對列車限速45km。

關(guān)于頂進施工前的準備工作、線路加固及頂進完成后的恢復線路工作本文不再做詳細的論述，主要介紹頂進方法及頂進過程控制研究。

3 框構(gòu)橋頂進

3.1 受力計算

根據(jù)頂力計算公式：P=K〔N1f1+ （N1+N2）f2+2Ef3+RA〕（不考慮刃角阻力）求得前后節(jié)的框構(gòu)頂力分別為：

前節(jié)最大頂力：

P=1.3* 〔200*0.3+ （100+4247.6）*0.8+2*591.66*0.8+19.58〕 =5855.61t。

后節(jié)最大頂力：

P=1.3* 〔200*0.3+ （100+4454）*0.8+2*597.09*0.8〕 =6056.11t。

3.2 頂進設(shè)備安裝

根據(jù)橋體最大頂力計算，配備2臺110kw高壓油泵，采用BJ500t千斤頂，此千斤頂有效頂力為350噸，需配備頂鎬40臺，中繼間20臺，橋體頂進側(cè)20臺，前后節(jié)對稱布置，兩側(cè)各10臺，另準備2臺備用。頂鐵采用全圓鑄鋼頂鐵且安裝順直無歪曲。

3.3 頂進前測量準備

《普速鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則》規(guī)定：橋涵頂進一端頂進時，中線誤差為±200mm，高程誤差為頂程1%，但偏高不得超150mm，偏低不得超200mm。此外為保證頂進時測量工作順利進行，需引入測量軸線及水準點。

頂進前將地面框構(gòu)橋中心樁引入工作坑的側(cè)壁和測量平臺上，作為頂進的測量基線；將地面上的臨時準點引入工作坑底不易碰撞的地方，作為頂進過程高程測量的臨時水準點。

3.4 試頂及空頂

正式頂進之前，要對橋體進行試頂以確保設(shè)備及橋體正常。試頂時頂力不能過大，一般為橋體自重的0.8～1.2倍，試頂開始時應(yīng)逐漸加壓，不能突然增大，且每升壓一次要穩(wěn)定幾分鐘，確保滑板、后背、頂進設(shè)備及橋體正常后才能繼續(xù)試頂。

頂進過程分空頂及吃土頂進，本次頂進施工空頂10m，吃土頂進50.17m，試頂結(jié)束后對橋體進行空頂，進行空頂作業(yè)時應(yīng)嚴格控制橋體頂進方向，防止橋體偏離中心線從而為吃土頂進帶來難度。在刃角到達線路邊坡外側(cè)且將要吃土時表明空頂作業(yè)完成。

3.5 頂進作業(yè)

頂進作業(yè)采用吃土頂進的方式，吃土頂進是本次施工最重要的的環(huán)節(jié)，所以在每次頂進前都要對設(shè)備、橋體及線路狀況做全面檢查，確認一切正常后方可繼續(xù)頂進。在完成一個頂進過程后，需人工配合吊車增換頂鐵、頂柱后再繼續(xù)進行頂進，如此循環(huán)往復直至頂進就位。頂進作業(yè)要遵守 “四不頂”制度，即：列車通過時不頂、后背變傾斜或嚴重變形時不頂、頂鐵發(fā)現(xiàn)扭曲時不頂、頂進超過偏差范圍且無措施時不頂。

每次頂進完成后應(yīng)立即組織人員機械進行挖土作業(yè)，頂進框構(gòu)基坑內(nèi)采用挖掘機、裝載機輪流作業(yè)的施工方法，汽車外運作業(yè)。每次開挖頂進長度不超過0.5m，開挖面坡度不大于1：0.5，挖土作業(yè)過程中開挖面邊坡應(yīng)平順整齊，不得有反坡。對兩側(cè)機械不易觸及的地方，必須由人工按外輪廓挖到邊，以免側(cè)墻擠壓兩側(cè)路基土體破壞穩(wěn)定。當開挖至預(yù)先澆筑的支撐樁時，應(yīng)先進行破樁作業(yè)，由上至下對支撐樁進行破除，破除作業(yè)完成后方可繼續(xù)開挖。挖土作業(yè)需遵守 “四不挖”制度，即：列車通過時不開挖、橋體頂進時不開挖、發(fā)生塌方現(xiàn)象時不開挖、機械發(fā)生故障時不開挖。

挖土作業(yè)必須與頂進作業(yè)緊密結(jié)合，每頂完一鎬，需對橋體的中線、高程、頂程及油壓等數(shù)據(jù)進行測量和記錄，做好交底工作，隨時根據(jù)頂進的偏差情況改進挖土方法，調(diào)整千斤頂布置。

4 頂進過程的狀態(tài)控制

在頂進過程中，要隨時對頂進過程的狀態(tài)進行了解，要嚴格控制橋體的方向及高程偏差，防止出現(xiàn) “扎 （抬）頭”現(xiàn)象。當出現(xiàn) “扎 （抬）頭”現(xiàn)象及方向偏差時，應(yīng)及時采取糾偏措施。

4.1 防 “扎頭”措施：

①加強觀測及時校正。每頂一鎬觀測一次，進行方向和標高測量，及時掌握框構(gòu)在頂進時的高程變化，為箱體前端土方的超挖、欠挖做出準確判斷；

②根據(jù)高程變化情況，開挖時控制地基面的坡度，盡可能不破壞坡面原狀土，嚴禁超挖后再回填；

③減少頂進前端的附加重量對高程的影響，及時運出土方，機械作業(yè)完畢后及時退出框構(gòu)；

④滑板施工時，滑板頂面預(yù)留2‰的仰坡，以升制降；

⑤在預(yù)制箱體前端設(shè)置5%的船頭坡，頂進時船頭坡產(chǎn)生向上的作用力；

⑥出現(xiàn)扎頭趨勢時，頂進時讓底板前端側(cè)刃角上部全部吃土，使土的阻力作用點上移產(chǎn)生抬頭力矩；

⑦減少全斷面挖土量，強制頂進；

⑧頂板上下減少挖土面積；

4.2 出現(xiàn) “扎頭”時的糾偏措施：

①因土質(zhì)松軟造成扎頭，可在底板前端換鋪片石或碎石，必要時澆筑混凝土地梁，以增強底板前端土壤承載力，減少扎頭。

②在刃角、底板前適當增加欠挖面積后強制頂進。

③將地基超挖20-30cm，回填碎石鋪砂取平，在砂面上鋪墊混凝土預(yù)制板，板面高出箱底3-5cm，作為仰坡頂進。

4.3 防 “抬頭”措施：

①減小側(cè)刃角及底板吃土量或者箱體前端增加配重等來制止箱體抬頭；

②挖土寬度不夠易造成抬頭現(xiàn)象，可適當在橋體兩側(cè)多挖一些土。

4.4 出現(xiàn) “抬頭”時糾偏措施：

主要采取底板超挖來解決，超挖量根據(jù)抬頭大小確定。采用超挖對抬頭現(xiàn)象糾偏時，路基要做好加固措施保證路基安全。

4.5 方向偏差及糾偏措施：

在滑板上頂進橋體時，由于滑板與橋體摩擦系數(shù)較小，頂進時容易產(chǎn)生力矩從而引起方向上的偏差；在橋體進入路基土體后，由于阻力變化同樣產(chǎn)生力矩造成頂進時的方向偏差。當方向出現(xiàn)偏差時，可采取以下措施：

①采用邊墻不同挖土進行糾偏，如偏向黃驊港方，可對黃驊港方邊墻土體欠挖，朔州方土體超挖，反之亦然，超挖量控制在10cm。

②調(diào)整左右側(cè)頂鎬數(shù)量或左右側(cè)頂鎬不同步啟動等方式糾偏。

③當框構(gòu)走行方向偏差較大時采取減小頂程，增加調(diào)整次數(shù)的方式進行糾偏。

5 頂進時其它注意事項

由于采用中繼間頂進法，吃土頂進時，中繼間鋼板容易因受力不均發(fā)生變形，所以中繼間鋼板的加固必須牢固。具體加固方法可采用貫穿式加固法，即用水鉆打穿邊墻后穿入長螺栓將鋼板與邊墻連接在一起。在頂進時，要隨時觀察鋼板情況，一旦出現(xiàn)問題立即停止作業(yè)對鋼板進行處理。

橋體前后節(jié)由鋼軌插銷連接，在頂進時，應(yīng)觀察鋼軌插銷是否有變形、斷裂、脫出等情況發(fā)生，如有發(fā)生應(yīng)立即停止頂進作業(yè)并進行處理。

橋體合攏前應(yīng)對中繼間處的頂板及邊墻做防水處理；橋體頂進到位后應(yīng)對橋體邊墻外側(cè)進行混凝土澆筑及注漿等措施以確保線路穩(wěn)定。

頂進施工作業(yè)中，對可能出現(xiàn)的各種突發(fā)狀況做好應(yīng)急預(yù)案。

6 結(jié)語

朔黃鐵路是重載線，行車密度大，軸重大，這對本次框構(gòu)橋體頂進施工提出了新的要求。編制施工預(yù)案時，要將施工對運輸?shù)挠绊懽龅阶畹停乙ＷC施工時線路的穩(wěn)定，做好各項安全規(guī)章的卡控，避免安全事故的發(fā)生。本次頂進施工的順利完工，為以后同類工程施工積累了經(jīng)驗。