復雜條件下大跨度斜交框架頂進線路加固及頂進技術

劉勇LIU Yong

（中鐵十二局集團海南工程有限公司，海口 570100）

1 工程概況及重點及難點

1.1工程概況 框架頂進施工位于海南西環貨線崖州至南山區間內，交叉點鐵路里程：K323+225.3。建設規模為2-8×5.2分離式框架（單個涵長44.48m，其中頂進長度為12m，剩余框架涵為現澆結構），框架與既有鐵路交角為30°，結構均按斜交30°設計，凈空≥4m，兩框架間的凈距為1.0m。軌頂至頂板頂填方最薄處為1.07m。主體結構形式：框架結構高度6.8m，結構凈高5.2m，頂板厚0.75m，底板厚0.85m，墻身厚0.7m。

1.2工程重點及難點 本項目為下穿鐵路斜交大跨度框架頂進施工，確保鐵路安全運營及既有涵洞壓力非常大。新建框架兩側緊鄰與鐵路以不同角度斜交的既有涵洞，現場環境復雜，線路加固的技術難度非常大，本項目頂進施工的成敗關鍵在于線路加固。施工期間確保鐵路運營安全是本工程的難點。在鐵路行車運輸繁忙的既有線上施工作業，安全工作直接關系到本工程的成敗。

2 線路加固方案及防護措施

2.1線路加固方案 緊鄰新增框架的三亞側為既有4.0m涵洞，崖州側則緊鄰既有6.0m涵洞，新增框架布置如圖1所示，圖中僅示需頂進施工的框架節段及兩側的既有涵洞，明挖法施工的新建框架及涵洞接長部分圖中未標示。新增框架因為覆土薄，采取架空鐵路線路的方法頂進。施工現場條件差，對線路加固方案的設計帶來了很大的挑戰。經技術評估，決定采用安全、穩定、撓度小的D型施工便梁進行線路加固。并對現場情況進行了詳細量測及勘察，以選定施工便梁的型號、支撐點位置及支撐墩類型。經反復多次的修改及調整，最終線路加固及框架頂進分2階段進行，首先進行三亞側的8m框架頂進，此時采用（12+12+20+12）m的便梁架空既有鐵路股道。線路加固副跨的便梁外側支點采用?1.5m挖孔樁作支墩，長度為8m。副跨的內側支點均設置在既有涵洞的頂板上部。經驗算，涵洞頂板不能承受線路荷載，采取在既有涵洞頂板支點處設置墊塊梁，既有涵洞內設置Φ609mm鋼管+千斤頂支撐墊塊梁，以確保涵洞處支點的承載能力。主距的中間支墩為?1.5m挖孔樁，總長度19.5m，入土深度為12m，第一階段線路加固如圖2、圖3所示。待三亞側的8m框架頂進到位后，采用（12+20+12+12）m便梁架空既有鐵路股道。第二階段的線路加固除了主跨的中間支撐點設在了已頂進到位的三亞側的8m框架頂板上外，其余支墩位置不變。8m框架內設置Φ609mm鋼管+千斤頂支撐墊塊梁。完成線路加固的轉換后，破除挖孔樁支墩，進行崖州側8m框架的頂進。第二階段線路加固如圖4所示。

2.2確保鐵路運營安全及基坑安全的措施 根據現場的場地條件，框架涵工作坑設置在鐵路西側，頂進由右向左進行頂進。新增框架的設計路面標高與既有崖州側6.0m涵洞的路面標高一致。與三亞側4m涵洞不等高。框架橋入口處三亞側設置一段中護墻確保既有道路安全。新增框架橋與兩側既有涵洞之間的空隙區域采用C25砼回填（回填范圍詳見圖1）確保路基穩定性。新增框架基坑底與既有4m涵洞基底之間有3m多的高差，為確保既有涵洞及運營鐵路的安全，新增框架與既有4m涵洞之間，出口端設置重力式護擋墻，入口端設置2根100×100cm挖孔防護樁，樁長8m，樁身預埋掛板螺栓，樁間設置2cm厚鋼擋板。基坑坡面采用1∶1臨時邊坡開挖。坡面采用噴C25砼防護。基坑頂及基坑底邊設置排水溝，基坑內設水泵排水，使基坑內保持疏干狀態。

3 線路加固承載驗算

3.1 D荷載取值 列車荷載按如圖5所示的“中-活載”。頂進處股道為直線，列車低速（45km/h）通過，且該地段不允許列車緊急制動。故，荷載取值不考慮制動沖擊力、離心力及列車橫向搖擺力等荷載的作用。

3.2 D型施工便梁D型施工便梁使用了D12、D16兩種型號，均為中鐵寶橋所生產。D型施工便梁為鐵路長期使用的搶險制式器材，按使用說明書常規使用時，安全穩定性均有保障，不需進行承載驗算。

圖1框架涵設置位置示意圖

圖2第一階段線路加固立面示意圖

圖3第一階段線路加固平面示意圖

圖4第二階段線路加固平面示意圖

3.3涵洞內?609鋼管支墩 ?609鋼管的壁厚為8cm，按軸向受壓桿件進行驗算，考慮軸向受壓失穩系數。以第二階段線路加固時，已頂進就位的三亞側框架中的?609鋼管為最不利部位，其長度為4.8m。驗算時不考慮框架頂板的承載作用，結果趨于安全，計算得單根?609鋼管支墩承受的壓應力σ=74.5MPa＜[σ]=180MPa。

3.4?1.5 m挖孔樁支墩 最不利挖孔樁支墩為第一階段線路加固主跨的?1.5m挖孔樁支墩，長度19.5m，入土深度12m。按《鐵路橋涵地基和基礎設計規范（TB10093-2017）》的規定，其容許承載力計算式如下。

圖5中-活載圖

根據本項目具體的設計參數及地層的物理力學參數，計算得[P]=4486.2kN。單根挖孔樁承受的壓力計算得P=1092.9kN＜[P]4486.2kN。挖孔樁支墩承載能力滿足施工要求。

4 施工總體安排及施工技術要點

4.1總體施工原則及順序 總體施工順序為：第一步。進行人工挖孔支墩、工作坑、后背、底盤、預制箱體及新增框架與既有4m涵洞入口端的挖孔防護樁施工。第二步。進行第1階段的線路加固架空，線路加固完畢后，分段（不大于1m）開挖頂進段基坑至設計標高，并同步施工頂進基坑出口端三亞側與4m涵洞之間的防護擋墻，以確保既有4m涵洞基底穩定；三亞側框架頂進就位（開挖基坑到頂進就位安排緊密，使既有線路架空時間盡量縮到最短）。施做框架與4m涵洞間的C25砼回填。第三步。進行第2階段的線路加固，拆除主跨中間挖孔樁支墩。進行崖州側框架的頂進。就位后施做附屬設施及C25砼回填。第四步。拆除架空設備，更換橋枕，補充道碴，按原標準恢復線路。

4.2線路的架空 線路架空施工順序：測量放線→設置防護人員→橫梁就位→縱梁就位→固定鋼軌→線路調整。在頂進施工框架橋前，向鐵路部門申請封鎖點，實施對西環貨線實施第一階段線路加固架空，以頂進三亞側框架，該階段分2次封鎖線路，每次時長480min，第1次封鎖時間內將便梁的縱梁、橫梁、牛腿等全部構配件用汽吊吊至路肩上。并在安裝位置將橫梁穿過股道；第2次封鎖時，按D型便梁說明書及《廣州局集團公司鐵路營業線施工安全管理細則》進行D型施工便梁的安裝。經分析，線路加固時的最不利吊裝為線路西側D20施工便梁的縱梁吊裝，最大吊重11229kg，工作幅度為8.0m，考慮1.4的安全系數，最大吊重為1.4×11229=15271kg，查閱汽吊性能參數表，采用70t汽吊能安全吊裝。完成三亞側框架的頂進后，進行第二階段線路加固，以頂進崖州側框架。該階段采用D12+D20+D12+D12便梁加固線路。將第一階段主跨的D20、D12便梁的縱梁對調，主跨中間支點設在已頂進到位的三亞側框架上即可。

4.3 D便梁施工區域應力放散 既有西環貨線線路架空前，對鐵軌實施應力放散，應力放散范圍為K323+225.3前后500m單元軌節內放散（最終放散范圍以海維段確定為準），完成施工后再恢復。

應力放散采取滾筒法與拉伸器相結合的方法。完成應力放散后，列車通過按2階遞提速，首列通過列車時速按45km/h，第2列按60km/h，第3列及以后按原來速度。

4.4框架涵頂進 框架頂進采用6根直徑1m鉆孔灌注樁及鋼筋砼分配梁組合后背。后背承力面垂直于框架中軸線。因框架為斜向頂進，在框架頂進端設置梯狀三角形契塊，使框架頂進的承力面垂直于頂力方向。單次頂進框架的長度為12m，經頂力計算，最大頂力為544t，選用320t臥式千斤頂，根據544/（0.7×320）=2.4，采用了4個千斤頂靠邊側對稱布設，以利框架糾偏。采用T1、T3桿件作頂進傳力桿。

320t臥式千斤頂置于后背分配梁前，采用1臺油泵同時供油，確保同步。每一頂程后，轉換千斤頂油閥，收回活塞。進行傳力桿的接長及加固。在傳力桿上堆砌鋼軌、砂袋進行壓重，避免傳力桿起拱。傳力桿接長至6m時，加設型鋼橫梁，以平均分配頂力。傳力桿的安裝軸線需與頂力重合，并垂直于橫梁，確保平、順、直。框架頂進時，容易出現偏位及扎頭現象，故需加強框架空間位置的量測，隨時了解框架的空間狀況。故每完成一個頂程后，立即測量框架的中線及前后標高，出現偏差，立即采取糾偏處理措施。

4.5框架出入口及附屬工程施工 框架完成頂進后，馬上施做框架與既有涵洞間空隙的C20砼回填及出入口的中護墻、波形護攔等附屬設施，及時對鐵路路基形成防護。開挖中護墻等附屬設施的基坑后，立即施做墊層和基礎，避免基坑暴露過久，以確保鐵路路基安全。

4.6拆除線路加固設施，恢復鐵路線 拆除線路加固設施前，備足回填用A組填料、Ⅰ級道碴。申請封鎖點以拆除線路加固設施。拆除按“先裝后拆，后裝先拆”原則。橫梁采取先抽出1根，立即補充道砟并搗固后，再抽出下1根的方式，嚴禁同時多根抽出。

軌底以下0.9m采用Ⅰ級道碴填筑，道碴下至框架頂采用A組填料填筑，按工務要求對回填材料進行搗固密實。線路加固設施全部完成拆除后，按線路維修標準的要求進行維修，經工務部門驗收合格后，取消封鎖，恢復慢行，按《廣鐵（集團）公司鐵路營業線施工安全管理實施細則》規定進行階梯提速，45km/h不小于12h，60km/h、80 km/h不小于24小時，120km/h通過一列列車后恢復常速。

4.7路基回填加固 箱涵頂進就位，新增兩框架間及與既有涵洞間的空隙采用C20混凝土進行回填。

5 結束語

對于下穿鐵路大跨度斜交框架頂進施工而言，線路加固方案是否科學合理是確保鐵路安全運營的關鍵。而本項目頂進框架兩側均緊鄰既有涵洞，線路加固是本工程的最大挑戰。施工過程對鐵路線路的安全監測結果表明，本項目采取D型施工便梁兩階段線路加固方案是技術可行的。在頂進過程中，還通過采取科學合理的系列安全防護措施及嚴格施工管理，確保了本項目框架頂進施工的安全順利完成，以期能夠對此類大跨度及復雜條件下的框架頂進施工起到借鑒意義。