頂進(jìn)框架橋下穿既有鐵路施工技術(shù)分析

王月

摘要 文章以葉赤鐵路擴(kuò)能改造工程K37+293雙孔12 m頂進(jìn)框架橋?yàn)橐劳校U述了框架橋的頂進(jìn)施工技術(shù)，對頂進(jìn)施工準(zhǔn)備、頂進(jìn)過程與頂進(jìn)質(zhì)量控制措施等進(jìn)行了詳細(xì)介紹。該橋采用大開挖頂進(jìn)法，在整個(gè)施工過程中，既要確保鐵路線路的安全，也要保障框架橋工程的施工質(zhì)量。實(shí)踐證明，這一工法行之有效，技術(shù)可實(shí)施性強(qiáng)，為工程順利推進(jìn)奠定了基礎(chǔ)，也為以后的同類工程提供了參考。

關(guān)鍵詞 框架橋；頂進(jìn)技術(shù)；下穿鐵路；質(zhì)量控制

中圖分類號 U445.462文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號 2096-8949（2024）03-0034-04

0 引言

在以往的鐵路建設(shè)中，由于受場地設(shè)計(jì)因素的制約，使得一些公路與鐵路出現(xiàn)了平交道口，隨著鐵路運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，平交路口存在的交通安全隱患這一問題也凸顯出來，且影響通行效率。要解決這一問題，需將平交改為立交，即采用預(yù)制箱體頂進(jìn)施工法下穿鐵路，在不影響既有鐵路正常運(yùn)營的情況下進(jìn)行施工。

1 工程概況

K37+293頂進(jìn)框架橋位于內(nèi)蒙古自治區(qū)寧城縣天義鎮(zhèn)境內(nèi)，既有道口里程為K37+220，該次改造將原道口K37+220平交道口封閉，在K37+293處新建2孔12 m頂進(jìn)框構(gòu)橋。頂進(jìn)框構(gòu)橋共下穿3條股道，下穿葉赤線及2條鑄件專用線，結(jié)構(gòu)全跨度（鐵路方向）為26.7 m，凈寬24 m，凈高4.5 m，該框架橋中心線與葉赤鐵路交角為90 °，頂進(jìn)工作坑設(shè)置在鐵路東北側(cè)，由東北向西南頂進(jìn)施工。如圖1所示。

K37+293框架橋采用大開挖頂進(jìn)法，即在鐵路線路一側(cè)設(shè)置工作坑，在其底板上預(yù)制好框架涵身及后背，然后用千斤頂作用于后背頂推箱身前進(jìn)，隨挖隨頂，將箱身頂?shù)筋A(yù)定位置。

2 框架橋頂進(jìn)施工技術(shù)

2.1 框架橋頂進(jìn)前準(zhǔn)備工作

K37+293頂進(jìn)框架橋主體結(jié)構(gòu)已提前完成預(yù)制，由安質(zhì)部負(fù)責(zé)對施工人員進(jìn)行安全教育與安全技術(shù)交底，做好各項(xiàng)記錄，并與供電段、電務(wù)段、工務(wù)段等設(shè)備管理單位做好現(xiàn)場對接，對需要遷改及防護(hù)的管線進(jìn)行現(xiàn)場確認(rèn)，并對遷改方案達(dá)成統(tǒng)一意見。

2.1.1 勞動(dòng)力、機(jī)械設(shè)備及應(yīng)急物資的準(zhǔn)備

頂進(jìn)前項(xiàng)目部召集所有參建人員，進(jìn)行統(tǒng)籌安排，人員、機(jī)械設(shè)備、車輛、觀測儀器等是否滿足施工需要，施工用電及其線路檢查、應(yīng)急物資是否到位，將責(zé)任落實(shí)到人。

2.1.2 頂進(jìn)設(shè)備的檢查

電源電壓是否符合要求、插頭和電纜是否有破損、開關(guān)和保險(xiǎn)裝置是否正常；高壓油泵、千斤頂?shù)葔毫?shí)驗(yàn)是否合格、壓力能否達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)、油管和油嘴是否漏油、控制閥門是否靈活、油箱油位是否充足；頂鐵的型號、長度及數(shù)量的配置是否滿足施工要求[1]。

2.1.3 觀測點(diǎn)設(shè)置

觀測點(diǎn)設(shè)置在后背墻的受力影響范圍之外，同時(shí)配置防雨照明設(shè)施。在箱體頂板前、后端各設(shè)三個(gè)水平觀測點(diǎn)，用于測量框架涵高程和水平偏差，在箱體前后端頂板立面上畫出中線點(diǎn)和標(biāo)尺，用于測量方向偏差[2]。如圖2所示。

2.1.4 啟動(dòng)試頂

試頂工作一般以頂動(dòng)框架涵移動(dòng)0.3 m左右為宜，試頂時(shí)，頂力最好控制在橋涵自重的0.4～0.8倍左右，但剛開始需慢慢加壓，每個(gè)階段加壓后等待5 min，然后檢查設(shè)備、滑板、后背墻、涵體等部位是否正常，正常后再繼續(xù)加壓，直到框架涵開始移動(dòng)為止，試頂完成后，需全面檢查設(shè)備和結(jié)構(gòu)，沒問題后再進(jìn)行頂進(jìn)作業(yè)。

2.2 施工流程

下達(dá)封鎖命令—拆除鋼軌、灰枕—土方開挖、外運(yùn)—涵身頂進(jìn)施工—涵身兩側(cè)回填級配碎石—恢復(fù)線路—其他附屬工程。

2.2.1 封鎖命令下達(dá)及斷軌

封鎖命令下達(dá)后，按照鐵路部門的技術(shù)規(guī)范要求，先斷軌，拆掉連接鋼軌的扣件，然后把鋼軌、灰枕移走，斷軌完成后，立即對路基進(jìn)行開挖，同時(shí)頂進(jìn)施工隊(duì)也開展頂進(jìn)的相關(guān)工作。

2.2.2 土方開挖

（1）線路開挖前，對施工區(qū)域內(nèi)探明的各種管線進(jìn)行遷改，對不能遷改的按照設(shè)備管理單位要求進(jìn)行架設(shè)，做好防護(hù)工作后開始施工。

（2）技術(shù)人員根據(jù)工作坑及框架涵尺寸測量開挖線，用白灰做好標(biāo)記，并在開挖線外側(cè)1.5 m處安裝鋼管臨邊防護(hù)，高度1.2 m，間距3 m，豎桿長2 m，打入地面下0.8 m，采用扣件連接，欄桿搭設(shè)要穩(wěn)固、牢靠，欄桿外側(cè)用密目網(wǎng)封閉。

框架涵的頂進(jìn)速度主要受挖土和運(yùn)土效率的影響，因此，挖掘作業(yè)要使用機(jī)械化設(shè)備，比如挖掘機(jī)、裝載機(jī)等，工人協(xié)助機(jī)械進(jìn)行挖掘和裝載出土，自卸汽車運(yùn)輸土方，機(jī)械化作業(yè)配合人工，提高了整個(gè)頂進(jìn)的速度。

開挖頂進(jìn)前方的土方時(shí)，設(shè)計(jì)標(biāo)高300 mm內(nèi)由人工清挖，禁止超挖。

由于受地理?xiàng)l件限制，在封鎖命令下達(dá)后，施工前期使用兩臺(tái)挖掘機(jī)從線路西南側(cè)進(jìn)行土方挖掘作業(yè)，配合運(yùn)輸車將挖出的土方運(yùn)離現(xiàn)場。待后期隨著工作面的擴(kuò)大，配備4臺(tái)挖掘機(jī)同時(shí)開挖，加快施工進(jìn)度。

挖方出土后，測量開挖的底平面，嚴(yán)禁進(jìn)尺超挖和底平面土方欠挖。每班開挖進(jìn)尺約0.5 m，堅(jiān)持“短進(jìn)尺，快開挖，勤頂進(jìn)”的原則，并控制開挖土方數(shù)量，防止路基出現(xiàn)塌方等災(zāi)害。土方開挖現(xiàn)場如圖3所示。

2.2.3 框架橋正式頂進(jìn)施工

該框架橋自重約11 344 t，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙顯示：框架橋最大頂力61 613.658 kN，設(shè)計(jì)頂程42.95 m，頂進(jìn)挖土約7 364 m3，共用時(shí)間43 h進(jìn)行頂進(jìn)施工，后背采用漿砌片石后背墻及鋼筋混凝土后背梁。

（1）頂進(jìn)后背。頂進(jìn)后背由M10漿砌片石后背墻、鋼筋混凝土后背梁、后背鋼板（Q235鋼板、厚20 mm）、后背自然土四部分組成，并在后背墻頂部放置砂袋反壓回填。漿砌片石后背墻長28.7 m，寬4 m，高4 m，后背梁采用C25鋼筋混凝土澆筑，長28.7 m，寬1.2 m，高2 m，并在后背梁靠近框架身側(cè)預(yù)埋Q235鋼板，為保證后背整體受力，將后背梁與滑板鋼筋相互連接，使之連接為一個(gè)整體，后背梁深入地下0.8 m，外露1.2 m，后背梁、后背墻在框架橋頂進(jìn)就位后拆除。

（2）頂進(jìn)設(shè)備布置、安裝及調(diào)試。頂進(jìn)施工設(shè)備一般由兩部分組成：一是動(dòng)力部分，包括千斤頂、高壓油泵、高壓油管、高壓閥門等；二是傳力部分，包括后背、傳力柱、橫梁等[3]。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑淖畲箜斄Υ_定頂進(jìn)設(shè)備，并備用千斤頂。已知框架最大頂力為61 613.658 kN，采用500 t液壓千斤頂。需要配備的千斤頂?shù)呐_(tái)數(shù)為N=Pmax/（nt）=61 613.568÷（500×9.8×0.7）≈18（臺(tái)）。為了保證順利施工，備用2臺(tái)設(shè)備，故該框架橋共需千斤頂20臺(tái)。

頂進(jìn)設(shè)備以框架涵中心線為軸線，兩側(cè)各布置9臺(tái)千斤頂，如圖4所示。

（3）頂進(jìn)施工。頂進(jìn)施工分為兩個(gè)階段進(jìn)行，第一階段為線路外側(cè)滑板到路基刷坡坡腳位置的空頂階段，第二階段為既有線鐵路下方“吃土”頂進(jìn)階段。

當(dāng)箱身在工作底板上未到達(dá)路基坡腳位置時(shí)（空頂階段），頂進(jìn)程序如圖5所示。

當(dāng)箱身與路基接觸后（破土頂進(jìn)），頂進(jìn)程序如圖6所示。

頂進(jìn)時(shí)啟動(dòng)液壓站，向油缸提供高壓液壓油，液壓油進(jìn)入千斤頂液壓缸，推動(dòng)活塞桿向前移動(dòng)，使千斤頂受到液壓產(chǎn)生頂力，推動(dòng)框架不斷前進(jìn)，頂程通常為800 mm。框架橋前進(jìn)后，液壓油倒流，千斤頂活塞回收，并安裝頂鐵，然后進(jìn)行下次頂進(jìn)，重復(fù)上述步驟，直至框架橋體就位。如圖7所示。

當(dāng)土方開挖接近框架涵底面時(shí)，應(yīng)預(yù)留開挖面高于涵體底面5～10 cm，如土質(zhì)較為松散，則應(yīng)提高開挖底面的高度，涵體兩側(cè)應(yīng)采用垂直開挖的方式，開挖形成的坡面應(yīng)平整齊全，不可出現(xiàn)逆坡。涵體兩側(cè)應(yīng)有一定程度的欠挖，欠挖的原則是保證兩側(cè)切入原有土層至少10 cm，以使框架涵能夠頂進(jìn)切入兩側(cè)土層。

（4）測量觀測。頂進(jìn)測量是頂進(jìn)施工中的重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到頂進(jìn)施工的成敗，整個(gè)頂進(jìn)施工過程中，測量信息傳遞要準(zhǔn)確、及時(shí)、快速。頂進(jìn)過程中要對頂進(jìn)的時(shí)間、距離、頂力、油表的讀數(shù)，千斤頂開動(dòng)的數(shù)量、高程、中線等進(jìn)行記錄，為下一次挖土頂進(jìn)時(shí)采取糾偏的措施提供依據(jù)[4]。

頂進(jìn)期間測量觀測分為白班和晚班2組，兩班交接時(shí)，對相關(guān)的測量數(shù)據(jù)及頂進(jìn)施工情況，要進(jìn)行詳細(xì)的記錄，形成書面資料。

（5）頂鐵的安裝、調(diào)換及橫梁安裝：頂鐵采用4根舊鋼軌焊接而成，兩端焊接厚20 mm的鋼板，其長度規(guī)格有：20 cm、25 cm、30 cm、40 cm。該項(xiàng)目采用的傳立柱也是由舊鋼軌和鋼板組焊而成，其長度規(guī)格有：4 m、1.5 m、1 m、0.8 m、0.5 m。當(dāng)頂程大于4 m時(shí)，要用長立柱更換短頂鐵，同時(shí)，在傳立柱前端安裝橫聯(lián)梁，為防止頂鐵接長以后產(chǎn)生向上拱起，可以采用加壓砂袋或土方的方式進(jìn)行加固。

2.2.4 框架橋兩側(cè)回填級配碎石

頂進(jìn)過程中框架橋兩側(cè)少量吃土頂進(jìn)，頂進(jìn)完成后兩側(cè)若有空隙采用回填級配碎石，并在框架橋兩側(cè)12 m范圍內(nèi)進(jìn)行壓漿處理，對于頂進(jìn)過程中路基出現(xiàn)的空隙進(jìn)行封堵，以提高承載力，使其更加堅(jiān)固。

2.2.5 線路恢復(fù)

線路恢復(fù)時(shí)先回填底砟，采用人工配合機(jī)械的方式進(jìn)行攤鋪，壓路機(jī)碾壓，保證底砟的攤鋪厚度。同時(shí)，在線路后方按照設(shè)計(jì)要求，由人工配合機(jī)械組裝軌排，軌排鋪設(shè)到位后，鋪設(shè)面砟，并用搗固機(jī)進(jìn)行搗固，搗固完成后進(jìn)行鋼軌焊接，鋼軌焊接完畢，測試合格后，再次進(jìn)行搗固。

線路恢復(fù)完畢后，安排專人對線路內(nèi)施工遺留的雜物全部清理干凈，經(jīng)設(shè)備管理單位驗(yàn)收合格后，方可開通線路。

2.2.6 其他附屬

框架橋頂進(jìn)到位后，施工橋上欄桿、電纜槽、框架橋排水設(shè)施，安設(shè)擋碴塊和擋碴網(wǎng)等附屬工程。

3 頂進(jìn)質(zhì)量控制措施

框架涵頂進(jìn)時(shí)，涵身的高程和軸線方向容易出現(xiàn)偏差，在頂進(jìn)過程中要特別注意，一旦發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)立即糾正，確保其符合規(guī)范要求。

3.1 頂進(jìn)軸線糾偏方法

（1）可以通過調(diào)整涵身兩側(cè)千斤頂?shù)臄?shù)量，改變其頂力的大小來達(dá)到糾偏的目的，但是不可一步糾正到位。

（2）當(dāng)涵身斜度較小時(shí)，可通過調(diào)整軸線兩側(cè)的油壓來達(dá)到糾偏的目的。

（3）通過涵身兩側(cè)土體的超、欠挖來進(jìn)行糾偏，例如，當(dāng)土體偏向左側(cè)時(shí)，多挖左側(cè)土方，減小左側(cè)的阻力可達(dá)到糾偏的目的[5]。

3.2 頂進(jìn)高程糾偏方法

（1）當(dāng)涵身高程偏高的時(shí)候，可在底板前方超挖些土方，使其涵身逐漸調(diào)整歸位；當(dāng)因挖土寬度不夠，或側(cè)板切落土方較多而造成底部切土量過大，抬高涵身時(shí)，應(yīng)按斷面挖土到位，減小側(cè)板切土土方量，及時(shí)清除塌落的土方。

（2）當(dāng)涵身高程偏低的時(shí)候，頂進(jìn)過程中產(chǎn)生扎頭現(xiàn)象，可通過增大側(cè)板的切土方量，并加大墻體附近船頭坡的吃土量，以達(dá)到糾偏的目的，也可通過在底板前澆筑速凝混凝土或者換鋪碎石、混凝土碎塊等進(jìn)行糾偏。

4 結(jié)語

框架橋頂進(jìn)施工是當(dāng)前鐵路改造常用的施工技術(shù)，尤其適用于既有鐵路線的改造，該文對葉赤鐵路擴(kuò)能改造工程k37+293雙孔12 m頂進(jìn)框架橋工程施工頂進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了研究，通過科學(xué)合理地運(yùn)用頂進(jìn)技術(shù)，既保證了既有線路的正常運(yùn)行，又有效解決了既有線路和地方線路的交叉問題，并最大限度地降低了對鐵路運(yùn)輸?shù)挠绊憽?/p>

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