浅谈既有线箱涵顶进施工技术

浅谈既有线箱涵顶进施工技术
摘要：以广西沿海铁路钦州北至北海段扩能改造工程箱涵顶进为例，介绍工作坑、箱涵预制、便梁施工防护、箱体顶进等工序，并对其进行分析，提出了一些安全、质量控制措施，对既有线箱涵顶进施工具有较好的指导意义。

关键词：铁路营业线箱涵顶进施工技术
前言
既有线施工，安全第一。

随着国家铁路建设规模不断加大，既有老铁路改造工程日趋增多。

施工安全一直作为头等大事主抓。

老铁路扩能改造工程中，下穿既有铁路的涵洞工程，为保证既有铁路正常运输下，越来越多采用顶进施工技术，安全快速完成涵洞施工。

1 工程概况
钦北铁路修建于滨海平原区，地形开阔，地形起伏小。

既有钦北铁路修建于九十年代，铁路与公路相交处均为平交道口，由于人口稠密，道口比较繁忙。

增建二线工程把所有的平交道口改为立交，从而减轻道口的安全压力。

铁路营业线顶进施工是在保证铁路行车不中断的前提下，通过对既有线加固后，在既有线路基一侧开挖基坑、浇筑滑床板及后背、设置润滑隔离层，然后在滑板上预制钢筋混凝土箱体，安装顶进设备，通过传力设备，借助与后背的反作用力把箱体向前推进，当顶进一定顶程后，再增加顶铁，挖运出土一定顶程距离，继续下一个顶程施工。

如此循环，直至箱涵顶进就位为止。

2 箱涵顶进施工工艺
箱涵顶进施工工艺流程图
图1涵洞顶进工艺流程图
3 主要工序的施工方法
3.1 工作坑开挖
工作坑是预制箱体的工作场地。

工作坑的前段接近既有线路，后端布置运土
坡道及后背等，因此顶进的工作能否顺利与工作坑的布局合理与否，关系很大。

工作坑修建要开挖土方，并且需要设置支撑及相应的进行降水。

深工作坑的结构复杂，施工工期长，耗费劳动力多，造价较高，靠近铁路侧的安全隐患增大，因此在顶进过程中力求长距离顶进，少挖工作坑，设置工作坑时应考虑位置、坑深及边坡、尺寸等要求。

基坑开挖前，应调查基坑施工范围内地上、地下管线，落实拆迁单位，签订好监护安全协议。

开挖工作坑应根据线路平面、现场的地形地物条件和施工需要进行，在保证排水和安全的前提下，尽量减少挖填方的数量。

工作坑的开挖应与后背的修筑一并考虑，当后背采用型钢或钢板桩应先打下型钢或钢板桩再开挖，这样既可节省土方量，又能保证桩后土壤的密实性。

3.2 隔离层设置
隔离层是防止预制箱体底板与工作坑滑床板相互粘结，减少顶进阻力。

做法如下：将石蜡加热至150℃左右后掺入15%的机油；浇洒前在底板长度方向每米挂一道铁丝，作为浇洒厚度的标准，浇完一格后，用木板刮平；铁丝拆除后的槽痕用喷灯烤熔整平；石蜡凝固后，均匀铺撒一层滑石粉，接着铺一层塑料纸，塑料纸的接茬长度为0.2米，并在接茬口朝顶进方向。

3.3 后背施工
后背位于工作坑后部，是顶进施工时千斤顶的支撑面，承受顶进时的水平反力。

后背必须具有一定的刚度，压缩变形尽量小；具有足够的强度和稳定性，不致因顶力大而坍塌。

因此，必须做到安全可靠、经济合理。

后背结构设计是在最大顶力P确定后，其结构形式及尺寸主要取决于箱体的大小或后背土体的被动土压力。

设计计算时，除可利用既有构筑物作为后背抗力外，一般都以后背土体的被动土压力为箱体顶进时的抗力。

根据后背承受顶力的范围：每米后背所需承受的最大顶力为：F=P／L （Kn/m），被动土压力系数：Kp=tg 2(45+φ／2)，根据被动土压力计算式：(朗金土压力理论)：Ep=rH2Kp／2+2CH／Kp求得后背高度h，从而拟定后背截面。

为减轻顶进时对后背的压力，将滑板与后背连接，即用后背梁(也称地梁)来连接，这样可增加后背的抗力，尤其是当滑板用旧钢轨或设计成钢筋混凝土结构时，滑板可承受较大之拉力。

在后背抗力不足时，可在滑板上堆土压重，使地梁上的顶力除由后背抵抗外，一部分由滑板上堆土所产生的摩阻力来抵抗。

3.4 支墩类型选择及施工
3.4.1支墩类型的选择
从以下几方面来确定支墩类型：
1）地质状况：受力点为既有路基（既有路基非高路基），土质为粉质粘土，老路基经多年跑车已基本稳固无下沉。

基底为砂土，地下水位较高，支墩需加长。

2）顶进的箱体均为中、小型单体箱身，孔径不超过4米，重量远比挖出土体的重量轻。

3）既有线路慢行时，列车时速为45km/h。

4）施工周期较短，约为10天。

综合以上条件，在确保行车安全的前提下，考虑缩短慢行时间、减少废弃工程、提高顶进质量，采用C25钢筋混凝土支墩，支墩尺寸为φ1.5m，深度为12m。

3.4.2 支墩的施工
开挖便梁支墩基坑采用人工开挖，按照施工需要确定好基坑位置后再进行开挖。

为防止临时支墩开挖时塌孔，施工时首先对既有线道床进行加固。

加固方法：每处采用长2~2.5米、直径50毫米的钢钎4根，在轨枕端头按间距0.6m打入路基面1-1.5m以下。

在钢钎与线路间顺线路方向设置3米的挡板，将道碴堆放与道床与挡板间。

钢筋、挡板、道碴任何时候不得高于轨面。

道床清理加固后进行基坑开挖，基坑开挖至设计深度后立即把提前绑扎好的钢筋骨架放入基坑中，进行混凝土浇筑以防道碴等进入基坑内。

支墩施工时要求顶面平整，并养护达到设计强度后分别在其上设置一层枕木垛，铺设方法为枕木垂直线路方向铺设，每根枕木横向必须用扒钉与相邻枕木连成一个整体，并铺设牢固。

支墩开挖至有水面时，需缩短开挖进尺，立即施做混凝土护壁。

开挖时遇地下水，需用草席或土工膜临时封闭基坑壁，防止地下水浸泡。

3.5线路加固和安全控制
3.5.1 线路加固
在桥涵的顶进施工中，为确保被顶进线路的行车安全和施工安全，必须在顶进作业之前对既有线路进行加固。

铁路线路加固采用D形便梁加固。

D型便梁具有运输和拆装方便，适用于单线、双线、直线、曲线(R≥400m)，行车限速60km／h(一般为45km／h)。

便梁主要有Dl2、Dl6、D20、D24四种型号，便梁加固的基本工作程序：在桥位处既有线路两侧构筑便梁临时支墩，临时支墩达到设计强度后安装便梁，列车在钢梁上承载，既有线限速，然后进行线下结构的施工作业，待施工结束，拆除便梁，整修便道，列车恢复正常运行。

运营线架设便梁施工必须严格遵守铁道部、铁路局“关于加强营业线施工安全管理的规定”，精心设计、精心施工、严密监控，确保行车安全。

图2D便梁加固平面图
图3D便梁加固横断面图
3.5.2 线路加固的安全控制
1）抽换枕木：严格按规定隔6抽l施工，新穿木枕捣实后方可抽换下一根。

木枕抽换完毕后，对线路全面检查整道。

2）穿横梁：合理布置道床开槽间距，工字钢入槽后及时在轨底加木垫、胶垫，安装扣轨与横梁扣件；捣固后开挖相邻一道，防止线路下沉，同时要控制间距不大干800mm，以确保加固体系的刚度。

3）在穿横梁的过程中，密切监护既有光缆、管道、信号设备，防止损伤，待工字钢穿完后，及时将其固定在横梁上。

4）横梁穿完后，及时将横粱上固定到纵向主梁上。

要全面检查加固结构的限界，所有扣件要切实紧固。

3.6 顶进作业
箱涵顶进施工程序：
顶进过程中应注意以下事项：
1）试顶是顶进施工中必不可少的步骤，它可以检验顶进设备液压系统是否正常有效、后背是否稳固可靠等。

2）挖土工作必须与观测工作紧密配合，根据箱身顶进时的偏差情况，随时改进挖土方法。

3）开始顶进是现场一切工作的中心环节，每次开镐前及交接班时都应检查
油泵等液压系统有无故障、挖土是否符合要求、顶铁安装是否合格、后背变形等情况。

这些工作若其中有一个环节出现问题，都会给顶进带来困难，甚至造成事故。

4）刃角一经切土，应暂停顶进，组织机械和人员加快挖土和出土速度，实行连续作业，以保证箱身不断顶进。

5）如因某种原因而使顶进中断时，也应间歇性地顶动涵身，以防止箱涵在之后的顶进时阻力增大。

故障一旦解除，应立即继续操作，保证顶进的连续性。

6）顶进应在列车通过的间隙进行，严禁在列车通过时施工。

7）顶进时，顶柱和后背严禁站人，以防顶柱弓起崩出或后背产生意外危及安全。

8）顶进中需做好记录，随时交接，执行“趟检制”。

9）顶进扎头应通过欠挖、铺垫混凝土块等措施预防，纠偏时采用不对称挖土和调整两侧顶力循序纠正。

3.7 恢复线路
1）斜交顶进后设置过渡段
斜交线路上铺设的轨枕一端着力于箱身，另一端着力于回填的碴土上，由于软硬不一，开通后线路易出现三角坑、列车摇晃，造成病害。

为此在便梁拆除之前，用浆砌片石砌筑台阶式过渡段。

一般深度不少于2m，坡度不陡与1：1.5，台阶式布置。

2）拆除施工便梁
在箱体顶部先铺设底砂，再铺设石碴，串镐捣实。

按拆除作业顺序卸螺栓扣件，接替便梁抽出横梁，吊装运走纵梁，经工务部门验收合格，恢复线路。

保养及验收几何尺寸表
4 结束语
结合钦北铁路扩能改造工程的施工实践，本人就既有线箱涵顶进法施工提出了如下结论和建议：
1）箱涵顶进施工要进行详细的施工调查，编制切实可行的施工方案，组织好施工人员学习，做好技术交底工作，使施工全过程做到心中有数、有条不紊。

2）后背设计从最基本的顶力计算人手，认真进行方案的比选和检算，做出既可靠又经济的后背设计。

3）箱涵顶进施工中应力求尽可能少开挖工作坑，少扰动既有线路基，以达到减少防护和支撑工作量的目的，做到既安全又经济。

4）箱涵顶进作业不间断顶进，同时控制好顶速和进尺，加强量测。

对顶进偏差要及时发现，及时纠正。

纠正要逐渐进行，不能急于求成。

5）线路加固重中之重，切不可麻痹大意。

线路加固方案的确定和实施必须按照铁路运管的有关规定和要求进行，并选派有经验、有责任心的人员对施工影响范围内铁路线型情况进行24小时监控，对出现的问题要及时按应急预案进行处理，确保在施工阶段万无一失。

参考文献
[1] 桥涵顶进设计与施工（铁道部第四勘测设计院桥隧处）1983版。