下穿既有鐵路的框架箱涵頂進施工關鍵技術及安全質量控制研究

陳順豐 鄭 鑫

（黑龍江八一農墾大學，黑龍江 大慶 163000）

隨著社會的發展，我國城市道路四通八達，與鐵路交叉的現象隨處可見。當這些道路遇到地面鐵路時，通常采取兩種方法來解決這個問題：一種方法是通過建設高架橋跨越地面鐵路，另一種方法是通過建設框架箱涵下穿地面鐵路。而城市道路下穿鐵路工程的建設具有一定的復雜性，一方面，下穿既有鐵路的框架涵施工會影響鐵路的安全和正常運營，另一方面，通過施工地點的貨車或客車反過來也會對箱涵頂進施工造成負面的影響。為了確保鐵路營業線的安全，框架涵頂進施工技術的研究必不可少。

1 工程概況

1.1 框架涵主體概況

杭州即將在2022 年舉辦第19 屆亞運會，為優化城市路網結構，區域內擬建飛虹路下穿滬昆鐵路立交工程。下穿滬昆鐵路的框架箱涵共計四孔，由北向南與滬昆鐵路交叉點里程為: 滬昆下行K203+351.7、滬昆下行K203+380.97、 滬 昆 下 行K203+411.99、 滬 昆 下 行K203+446.02。飛虹路下穿滬昆鐵路框架涵斷面如圖1 所示。

圖1 框架涵斷面圖（單位：cm）

框架主體結構采用C35 混凝土，鋼筋采用HRB400、HPB300，箱涵防水采用聚氨酯防水涂料。框架箱涵的結構尺寸見表1。

表1 框架涵結構尺寸參數統計表

1.2 滬昆鐵路概況

杭州市蕭山區錢江世紀城飛虹路下穿鐵路立交工程位于盈寧站與杭州東站區間，距盈寧站約5 公里，距杭州東站約4.5 公里。滬昆鐵路為雙線電氣化無縫線路，正線間距為4.05 m，鐵軌為60 kg/m 標準軌，列車最大運行速度120 km/h。

2 主要施工內容

2.1 框架涵頂進工作坑支護及降、排水

框架箱涵主體結構在工作坑內制作，工作坑的周邊用支護樁進行支護。φ0.8m 鉆孔灌注樁樁頂設1*0.8 m冠梁，φ1.2m 鉆孔灌注樁樁頂設1.4*1m 冠梁，基坑支護剖面如圖2 所示。

圖2 基坑支護剖面圖

基坑降水采用φ65cm 真空管井降水，降水深度為基坑下1m，每個頂進工作坑內設置4 處降水井，布置在基坑四角。鐵路附近布設φ65cm 回灌管井，進入穩定水面大于1m，在基坑內布設排水溝與集水井，排水溝的尺寸為250*350mm，集水井的尺寸為800*800*1200mm。在基坑周邊布設引水溝將現場地表水疏排至市政管道。

2.2 箱涵預制

2.2.1 鋼筋工程

鋼筋采用HRB400、HPB300，進場后需進行原材料檢測。在施工前需要對鋼筋進行處理，在鋼筋上不應有油污、泥漬等，以免影響鋼筋和混凝土之間的黏結力[1]。鋼筋綁扎應保證鋼筋的型號、位置、數量、間距等均正確無誤，預埋件固定要牢靠。

2.2.2 模板工程

框架涵模板采用2.44*1.22m 竹膠板制作, 在滑板上預埋鋼筋用于固定箱身底角模板，模板之間的拼縫應嚴密。箱身模板加固采用直徑為12mm 的對拉螺桿，間距為50*50cm。頂板底模由面板、木方、可調頂托組成。模板支撐體系采用碗扣滿堂支架，支架設置縱向和橫向剪刀支撐。禁止用外腳手架作為支撐體系的一部分，框架箱涵的模板支撐體系必須牢靠、穩定，可以承受住框架箱涵的所有荷載。

2.2.3 混凝土工程

框架箱涵采用商品混凝土，分段澆筑、振搗密實。下段結構澆筑至底板以上30cm，兩邊側墻的施工縫相互錯開，上段結構澆筑至頂板。上段和下段接茬部位的施工縫應重點處理，首先將施工縫部位鑿毛處理，接著用高壓水槍充分噴水沖洗，最后用高等級的素水泥漿涂刷一遍。在施工現場需留置抗壓、抗滲試塊各2 組，委托檢測單位養護和檢測。

2.3 滑板及后靠背制作

2.3.1 滑板施工

滑板底鋪設20cm 厚碎石墊層、在墊層上澆筑50cm厚C25 混凝土。為保證滑板與基坑土體共同受力，在滑板內設置間距為3m 的地錨梁，尺寸為50*65cm。同時考慮框架涵頂進時不偏位，在滑板左、右側分別布設50*30cm 混凝土導向墩。在澆筑滑板前，現場施工技術人員應對基坑的中心線及滑板的底標高進行測量，從而保證滑板面標高的正確。

2.3.2 后背梁施工

為了使后背梁具有更大的承載力，本工程將后背梁與滑板連成整體，共同澆筑。后背梁的尺寸為2.4*1.5 m，采用C25 混凝土。為了減小現澆框架箱涵和滑床板之間的摩擦，布設隔離層，滑板、后背梁和隔離層的設置如圖3 所示。

圖3 滑板和后背梁側面圖（單位：cm）

2.4 箱涵頂進施工

2.4.1 箱涵頂進采用320T 液壓頂進系統，具體施工工藝流程如下所示。

線路加固→安裝千斤頂→試頂→箱涵頂進→增加頂鐵→測量→繼續頂進→箱體就位

2.4.2 頂力計算

架設可調式絕緣系統D16 施工便梁加固線路，A 框架涵頂程為26.3m，B 框架涵頂程為26.84m，C 框架涵頂程為27.34m，D 框架涵頂程為27.34m。四孔框架涵按照A、C、B、D 的順序頂進。箱涵頂推力的計算根據所給的已知條件，按照《鐵路橋涵混凝土結構設計規范》（TB10092- 2017）[2]計算出箱涵的最大頂推力。頂進橋涵的頂力應根據頂進長度、土的性質、地下水情況、橋涵外形及施工方法等因素按下式計算：

式中：P-最大頂力（KN）；

N1-橋涵頂上荷載（包括線路加固材料荷載）（KN）；

μ1-橋涵頂面與頂上荷載的摩擦系數，可根據頂上潤滑處理經試驗確定；無試驗資料時，涂石蠟取0.17～0.34、涂滑石粉漿取0.30，涂機油調制的滑石粉漿取0.20；

N2-橋涵自重（KN）；

μ2-橋涵底板與基底土的摩擦系數，可根據基底土性質經試驗確定；無試驗資料時可取0.7～0.8；

E-橋涵兩側土壓力（KN）；

μ3-側面摩擦系數，可根據土的性質經試驗確定；無試驗資料時可取0.7～0.8；

R-鋼刃腳正面阻力，可根據刃腳構造、挖土方法、土的性質經試驗確定；無試驗資料時，砂黏土取500～500kPa，卵石土取1500～1700kPa；

A-鋼刃腳正面積（m2）；

K-系數，應采用1.2。

經計算C 框架涵最大頂力為18701KN，采用8 臺320T 千斤頂頂進施工。

3 箱涵頂進施工安全質量控制

3.1 箱涵頂進施工過程中的糾偏

箱涵頂進過程中，可能出現“扎頭”、“抬頭”和箱體旋轉的現象。為防止此類現象的發生，須在頂進箱涵實體的操作環節中隨時進行方位的找正[3]。

框架箱涵頂進作業過程中如遇到陰雨天氣，應及時組織人員抽排積水，盡可能不在降雨天氣下頂進施工。

施工過程中可以采取以下措施來防止“扎頭”和“抬頭”現象出現：（1）將滑板前端較軟的土體更換成級配良好的碎石并夯實，然后鋪設帶有仰頭坡的槽鋼，這樣可以強制箱涵“抬頭”，糾正“扎頭”；（2）當箱涵“扎頭”比較嚴重的時，在箱涵前端底板下挖出一個50*50*100cm 的工作坑，在坑內澆筑混凝土，然后再將千斤頂放置在工作坑內，將箱涵頂推到預定高程，同時對箱涵頂進方向上的土體進行加固，以實現糾正“扎頭”的目的。

箱身方向糾偏：（1）通過調節箱涵兩側的頂力來糾正方向偏差；（2）通過調整箱身兩側后背頂鐵來糾正方向偏差。（3）通過經緯儀測量，嚴格控制方向和標高偏差?？蚣芟浜行木€及高程監測布點位置如圖4 所示。

3.2 應力放散

滬昆鐵路為無縫線路，頂進涵施工會影響到鐵路路基的穩定性，施工前需進行應力放散。依據線路設備管理單位實施應力放散后所提供該應力放散區域的無縫線路鎖定軌溫數據管理資料，項目部實施施工作業現場控制。應力放散結束后，在線路南北兩端應力放散點處各向外75m 布設線路爬行觀測樁。并及時測量滬昆鐵路施工地點的軌溫、軌縫，控制好每一次線上作業的軌溫。

3.3 既有線路的加固

箱涵頂進施工期間，應保證列車的正常平穩運行，根據相關規范及設計要求，并結合滬昆鐵路的實際情況。頂進箱涵時在條基外側拖架D16 型便梁，切實有效加固線路，確保線路幾何狀態穩定[4]。此次施工共計使用12 組D16 型施工便梁，D16 型便梁和軌道吊臨時停放在盈寧站，根據鐵路施工要點的具體時間封鎖施工現場進行安裝。計劃封鎖施工合計約36 次, 每次單線封鎖120分鐘。

施工地點位于雙線直線段，線間距4.05m，D16 型便梁采用低位架設。便梁條形基礎共計8 處，尺寸為24.3*4.6*1.8m、24.75*4.6*1.8m、25.27*4.6*1.8m，采用C40鋼筋混凝土，條形基礎下密打φ60cm 樁長27m 高壓旋噴樁。滬昆鐵路下框架涵采用直徑0.6m、間距1.2m 的高壓旋噴樁加固。D16 型施工便梁加固線路如圖5 所示。

圖5 D16 型施工便梁加固線路

3.4 線路監測

3.4.1 路基監測

對于線路施工開展現場來說，監測工作能夠在其中發揮非常重要的作用[5]。滬昆鐵路與本工程交叉范圍的鐵路路基應進行路基變形監測，主要包括線路交叉處鐵路路基前后各50m，觀測點每5m 設置1 個。在施工期間，要對路基變形進行全程監測。在列車正常運行條件下，測量次數保持在每兩小時觀測一次，保證既有線路的幾何狀態穩定。

3.4.2 便梁支墩位移監測

每一個便梁支墩布設一處觀測樁，現場截取直徑為20mm，長度為30cm 的圓鋼，在澆筑便梁支墩時放置在混凝土內，露出混凝土表面10cm。制作完成后每隔2 小時觀測一次。當便梁支墩每天下沉2mm，或者累計下沉10mm 時，應及時對線路的幾何狀態進行檢查，采取補救、加固措施。

4 結論

綜上所述，本文通過工程實例，分析了框架箱涵頂進施工技術及其安全、質量控制措施。可以看出，框架箱涵頂進施工中應力放散、線路加固、鐵路路基監測是安全控制的關鍵，箱涵制作、箱涵頂進施工是質量控制的關鍵。鐵路施工企業要精心組織框架箱涵頂進施工，減少施工對鐵路的影響。