鐵路箱涵頂進施工方案研究

高江龍

（中國鐵建投資集團有限公司，廣東 珠海 519000）

隨著我國經濟社會的快速發展，交通狀況成為了區域經濟發展新的制約因素，東西部經濟發展不平衡，交通發展不平衡是其原因之一。為了加強東西、南北各區域的經濟聯系，中國國家鐵路集團有限公司出臺了《新時代交通強國鐵路先行規劃綱要》，為的是推動新時代我國鐵路的高質量發展[1]。但目前在實際施工過程中，各分項工程的施工方案只片面追求施工便利，而忽視了其科學性、技術性及經濟性，缺乏綜合考慮以及相關方案的對比分析，尤其針對較小工程或附屬工程項目時，如涵洞，在施工條件發生改變時未能及時對方案進行合理的調整等一些因素，也會造成項目工期過長、成本提高，甚至會造成項目工程出現質量問題，危及工程項目施工建設及交通運行安全。

基于此，本文以寧西鐵路K179+190箱涵頂施工方案為例，重點針對施工過程涉及的方案進行分析，目的是提出合理的施工方案，滿足新時代鐵路高質量發展的要求。

1 項目工程概況

寧西鐵路K179+190涵位于商鎮車站與丹鳳車站之間，距商鎮車站約5.4 km，距丹鳳車站約3.5 km，為1～4.0 m鋼筋混凝土箱形涵，凈寬4.0 m，凈高4.0 m，涵身全長10 m，下穿既有寧西鐵路，與線路正交，設計為頂進施工，頂程16 m，頂力約775 t。

涵洞上部覆土厚度0.37 m，施工中采用Lp=16 m D形便梁對既有線進行加固，每孔D形便梁基礎采用4根Φ1.25 m鉆孔樁，樁長10 m，防護樁樁身深入頂進涵底板下部約5 m。

2 施工方案

該箱涵施工時采用頂進施工的方案，其施工順序為：施工前的準備—已有鐵路設備遷移、改裝、線路加固—工作坑開挖、主體預制—箱涵頂進—線路恢復通車—附屬設施施工[2]。

2.1 施工前準備

工程項目施工前，與相關設備管理單位共同調查既有線路、通信、信號、電纜和電線等公共設施的準確位置和使用情況，人工挖掘勘探溝，并用相關儀器進行探測，查明管道線路的方向、位置，對施工有影響的管道線路應及時進行遷移調整，如果無法重新安置管線的，則應采取深埋或架空保護。

施工前先對既有寧西鐵路K179+180～K179+200段進行物理隔離。物理隔離采用鋼管竹排架，在既有線路肩上打入鋼管，打入深度不小于50 cm，外露1.2 m，橫桿采用上下2道鋼管，中間用竹跳板封閉，竹跳板采用10#鐵絲與鋼管綁扎，鋼管竹排架外側懸掛警示標牌。

2.2 箱涵工作坑的施工方案

根據頂進箱涵所處位置的具體情況，在開挖工作坑之前，調查清楚箱涵施工區域內的通信、交通信號、電線電纜等管線的埋設情況并作好防護后才允許施工，應采用挖機和人工相互配合進行開挖，并預留10～15 cm厚度用人工進行挖除。

由于本涵洞設計底面標高基本接近原地面標高，因此開挖量較小，為盡可能減少頂程，減少工作量。工作坑的開挖盡可能靠近現有線路的坡腳。

工作坑底板采用C20鋼筋混凝土作為底板材料，厚度為30 cm。底板澆筑前，應在其下部基礎鋪上一層10 cm厚的碎石墊層，以增加箱涵工作坑的抗滑力。在底板下沿箱涵頂進方向每隔3 m設一道地錨梁，地錨梁埋入深度0.35 m，寬度0.3 m，長度與底板寬度相同，地錨梁與底板一同澆筑，工作坑底板上部每隔3 m設置一對導向墩[3]。

工作坑后部由后背樁、后背墻、夯填土組成，后背樁采用C30鋼筋混凝土預制，高度2.5 m，厚度0.8 m，埋入工作坑底板表面以下1.0 m；后背墻采用M10漿砌片石砌筑，墻厚2.4 m，總高度5.1 m，埋入底板表面以下約2.0 m，后背墻總寬約9.0 m。

后墻的后方應填滿并夯實填充物，填充物可選用工作坑開挖的土，填充物應分層壓實，壓實度不小于90%，填土高度根據現場地形確定，應能確保提供箱涵頂進的推進反力。

2.3 箱涵預制

箱涵預制施工工藝如圖1所示。

將鋼筋砼框構在工作坑底板潤滑隔離層上進行預制的施工，首先要做好測量定位工作，這樣就使得涵身的中心線和頂框架涵的中心線都在同一條直線上[4]。

2.3.1 箱涵施工

先在基礎上放出底板的邊線及箱涵中線，對框架施工范圍用水沖洗干凈，箱涵模板均采用定型鋼模板，箱涵內側搭設碗扣式腳手架，采用1.2 m立桿，步高為0.6 m，橫向間距為0.6 m，縱向間距為0.6 m。

2.3.2 模板組裝

模板在組裝前應清洗干凈并涂離型劑。模板架設時，根據十字交叉線對好中心點，并精確控制水平狀態。模板安裝完成后，需要檢查其平面位置、頂部高度、垂直度、節點連接及垂直水平穩定性。模板之間的接縫必須緊密，防止漿料滲漏，影響混凝土質量和表面光潔度。

2.3.3 鋼筋加工

鋼筋按照設計時提供的鋼筋圖紙在加工場地集中加工，嚴格按照施工圖紙和規范進行鋼筋綁扎。鋼筋綁扎應按從下到上、從內到外的順序，逐根安裝到位。預埋件應按設計圖紙做好，并與相應的內部鋼筋焊接牢固。

2.3.4 混凝土的澆筑及養護

混凝土應在攪拌站內集中拌合，有專用的混凝土運輸車進行水平運輸，用起重車帶管道澆筑，每一層澆注厚度約為30 cm，使用插入式振動器。混凝土施工分為2次完成，第一次澆到側壁倒角以上30 cm處，第二次澆注直至完成。

2.3.5 防水層施工

防水層按設計圖及規范要求進行施工。

2.4 箱涵頂進的施工方案

2.4.1 試頂和涵身起動

頂進試驗的目的是繼續檢查頂進設備是否能正常工作，頂進力是否均勻，底板、后樁及涵身是否異常，并將涵身與工作坑底板分開。

頂進試驗時，油泵每升一次壓力后逐漸穩定10 min，檢查設備、滑板及后背梁等是否有裂縫。油泵升壓大小及間隔時間見表1[5]。

表1 油泵升壓大小及間隔時間表

2.4.2 頂進

頂進過程為：當前方彎角處開挖完成一個頂進行程后，啟動高壓油泵，使千斤頂產生頂力，然后借助后樁反力，通過傳力設備推動涵身向前移動。涵身向前移動后，恢復千斤頂，然后在空檔位置加裝傳動柱，等待下一次開鎬。這個循環不斷往復，直到涵身就位。頂進時注意以下幾點。

（1）涵身啟動后，開始為空頂，不切土，但此時要控制好涵身頂進的方向，切忌大意，以免產生較大的偏差，難于校正。

（2）涵身沿正確的方向埋設后，在涵身埋設入土1/2長度之前，是頂管定型階段，此時要嚴格控制中線偏移和水平高差，勤于觀測并及時調整。

（3）當涵身埋設入土超過長度的1/2后，孔道已基本形成，除繼續掌握水平外，偏差校正擺動要保持很小。注意防止涵身“扎頭”，涵身底板需要用土頂起。

（4）為減少傳立柱自由長度和增加穩定性，每隔3 m在錨梁處設置壓梁，壓梁采用工字鋼，并與預埋在底板中的扣件連接。

（5）為保證現有線路的安全，涵身頂進時應采用少挖多頂的方法，每次挖進長度應控制在30～40 cm。

（6）頂進時，應經常觀察并記錄頂進中心線、標高、油表讀數、頂進次數、頂進力、頂進時間和頂進距離，以便分析，為下次掘進頂進時采取糾正措施提供依據。

2.4.3 頂進挖土

涵身內部挖土采用人工開挖。挖土操作如下。

（1）每次挖土進程控制在30～40 cm。開挖面寬度高度比涵身輪廓小10 cm，以保證挖土方向控制頂進方向。

（2）開挖邊坡不大于1∶0.8，自下而上開挖，嚴禁挖洞取土。

（3）不開挖時，應在涵身底部預留出比涵身厚度高出5～10 cm的土層，以便底板能吃土并被頂進，減少“扎頭”。

（4）挖土應在列車通行間隔時間內進行，當有列車通過時，必須停止挖土，人員離開工作面。發現機械設備出現故障，無法將涵身頂進時，也應立即停止挖土。

（5）挖土工作應與觀測工作密切配合，根據偏差分析確定開挖方法。

2.4.4 棄土運輸

棄土采用垂直運輸方式，人工挖土采用斗車運送至后背墻位置，人工采用小型卷揚機將棄土提升至地表，小型運輸車輛運送至指定位置。

2.5 翼墻施工

箱涵頂進到位后，立即進行箱涵兩側翼墻施工，翼墻為鋼筋混凝土結構，施工結束后，對翼墻后部進行填土和夯實。

2.6 架空方案比選

方案一：采用手動走軌穿越方法，三腳架到位的方式。此方法適用于軌道較少的鐵路斷面線的地方。但缺點是施工量大，且施工時要嚴格控制走軌的前進方向，施工時間較長，要多次封鎖途經的鐵路線，進度慢，對鐵路的交通運輸影響較大。

方案二：手動滑移施工，三腳架到位方式。適用于鐵路區段內地形平坦、車站軌道較少的線路。缺點是需要施工人員多，施工量大，施工時間長，多次封鎖，進度慢，對鐵路交通運輸影響大。

方案三：起重機直接吊裝到位。優點是需要的施工人員少，能在封鎖點內完成較多的吊裝工作量，成本少，對鐵路的交通運輸影響也小。缺點是不適合在站內有軟接觸系統橫跨區段施工。

方案四：用鐵路列出吊裝。優點是適用于鐵路內的任何區段。缺點是施工成本高。

根據實際情況綜合考慮，選用方案三，該方案施工成本低，對鐵路運輸影響小。

3 施工安全體系

項目工程建設首先要保證施工人員的生命安全，持“安全第一，預防為主，綜合治理”的方針，確保以人為本、健全機制、強化管理、防止事故，因此設立科學、合理的安全體系是十分重要的。施工安全體系示意圖如圖2所示。

4 現代技術在箱涵施工過程中的應用

隨著科技的快速發展，越來越多的現代技術逐漸引入到箱涵施工，其主要原因在于傳統的箱涵施工方法具有較大的局限性，比如投資成本高、施工過程中出現的問題不可控，進而導致工期延誤。針對施工過程中的事故頻發、施工進度緩慢問題，現代技術的引入可明顯避免上述問題，比如BIM可視化技術、無人機傾斜攝影技術、智慧實時監測技術及數值模擬分析技術等[6-7]。

其中BIM軟件可通過建立模型，以模型為基礎并基于一些可視化軟件，從而建立施工全過程模擬的動畫，進而形成可視化平臺，該平臺可對箱涵施工的進度進行實時監測，同時對遇到的一些工程問題進行預警，達到工程進度監測與預警雙向協同管理的目的。此外，通過引入無人機傾斜攝影技術，實時監測施工進度，將采集回來的施工視頻即圖像，經過三維成像技術，導入到BIM模型中，進行實現箱涵施工進度可視化，具有加快箱涵工程進度、提高管理效率的目的，是未來重點關注的技術之一。

5 結束語

箱涵施工常見于鐵路的建設中，而且對質量要求非常高，現階段及未來我國鐵路建設在不斷往多元化方向發展，同時也為鐵路的箱涵施工帶來一定的難度和更大的挑戰。上述的施工方案較之前多數傳統的施工方案，施工量有所減少，施工期有所縮短，在保證施工質量的同時工程成本在一定程度上能降低，施工的有關技術參數均符合相關的技術要求，而且施工時對周圍施工區域的環境污染也改觀不少，能做到綠色施工、文明交工，是個比較理想的施工方案。因此，在箱涵施工過程，需要科學制定好專項施工方案，需要施工技術人員樹立安全意識，嚴格按照施工要求，確保施工質量，對于容易出現的質量問題需對其進行采取有效的防治措施。現代監測與管理技術是未來箱涵施工重點關注的技術之一。