浅析既有铁路施工中框构桥顶进施工技术

浅析既有铁路施工中框架桥顶进施工技术中铁十五局集团有限公司马才德摘要：近年来由于铁路的快速发展，为确保人身及行车安全，既有铁路平交道口陆续取消，相应采用上跨立交桥或下穿框构桥所取代，相比两种类型的立交桥，上跨施工费用较高，征地拆迁范围广，而下穿立交桥则相对投入较低。

在维持既有线运营的条件下 ,采用顶进法施工下穿立交箱形框架桥的施工方法，应用广泛，技术日臻完善。

关键字：既有铁路桥涵顶进施工1、工程概况本工程为南疆线增建第二线铁路改造工程，本桥位于库尔勒市城市主干道，铁门关道路与铁路相交夹角为69°57′4.29″，线路中心里程为DK461+925,为平改立工程，下穿铁路为2－16米顶进框架桥。

本工程需要全封闭原有城市道路，进行开挖施工，框架涵预制阶段不影响既有铁路营运，最终采取铁路限速顶进法施工。

本工程地上地下迁改工程量较大，涉及产权单位多，施工干扰比较大。

2、工程特点（1）本工程为城市主干道下穿既有铁路立交桥，施工中必须确保既有线行车安全；（2）基坑为全开挖，铁路线两侧电力、通信、信号光电缆，自来水管道等干扰多，地质情况复杂；（3）因需短时间内开通封闭的市区道路，工期紧，任务重。

3、施工技术措施3.1施工准备阶段的技术措施3.1.1施工准备（1）提前向铁路局提报计划，申请慢行点及封闭天窗点；（2）与工务段、车务段、电务段、通信段、供电段等相关设备管理单位签订安全协议；（3）施工期间派驻站联络员到车站调度室随时掌握列车运行情况，及时通知施工现场负责人。

（4）线路两端设防护人员，在列车通过施工地点时，及时与现场指挥人员联系，列车通过时暂停施工。

3.1.2顶进坑施工工作坑是进行框架箱身预制及顶进作业的工作场地，顶进作业时，工作坑内水位须降至基底下0.5～1.0m，因此应避开雨季施工，切实做好防洪、排水、降低水位等安全设施，保证顶进作业顺利进行。

基坑开挖时配合相关设备单位做好地下隐蔽设施的保护及改迁工作。

根据设计和现场条件，选择工作坑位置。

工作坑的开挖采用人机配合开挖，工作坑顶边距最外侧铁路中心线不小于3.2m并使靠进既有线一侧路基边坡缓于1：1。

开挖工作坑后立即浇注工作坑底板，底板长度前端比箱身长1m，后端与现浇后背相连，且保证后背梁到箱身的距离不小于1.5m，两侧比箱身各宽0.3m，底板中心线现涵洞中心线一致。

工作坑顶进端及侧边边坡均采用1:0.75，后背端边坡采用1:0.5。

工作坑平面尺寸按以下原则确定：长度＝前端空顶长度＋顶进框构长＋顶镐长度＋后背梁厚度＋后背厚度＋后端工作面；宽度＝顶进框构全宽＋两侧工作面宽度＋两侧集水井和排水沟宽度。

工作坑四周挖排水沟。

工作抗开挖好后，应检查承载力是否满足顶进涵的要求，若土质松软，或基本承载力小于150Kpa，应用级配砂石夯实以防不均匀下沉，底面还应结合滑板制造，做成沿顶进方向头高尾低的仰坡，以便在顶进出现“扎头”时调整到预期位置。

3.1.3后背墙和梁施工后背是在涵洞顶进中借以抗衡顶进反力的临时建筑物，是重要的设施，要有足够的强度、刚度和稳定性，要充分利用地形地物，因地制宜的修建，达到安全可靠并便于拆除。

它承受顶进时的水平顶力，虽是一项临时结构，但对施工顺利与否关系极大，要有足够的强度、刚度和稳定性。

如果后背不能继续顶进其后果就更为严重。

另外，后背造价占整个工程投资的比重较大，如果将后背设计得过分安全，不能充分发挥其潜力，也是很大的浪费。

因此，必须因地制宜地做出既保证安全，又便于拆除的经济合理的后背方案。

本工程采用后背墙采用C25钢筋混凝土，后背墙设置钢轨桩和横梁。

钢轨间距0.5m，后背墙与千斤顶之间设置钢筋混凝土后背梁，而且要与滑板连成一体。

后背结构在桥体顶进就位后进行拆除。

3.1.4修筑滑板及设置润滑层滑板采用C20号砼灌筑，厚15cm。

滑板下每3米设地锚梁一道，与滑板一同浇灌。

地锚梁上底30cm，下底30cm，高50cm。

地锚梁直接挖槽浇注，不需支撑。

滑板砼要求振捣密实，表面平整度在2米长度范围内凹凸差不超过3mm。

施工时采用方格网控制高程法：用直径16mm钢筋头埋入基坑内，分成2×2m方格网，在灌筑砼时按点找平，以控制滑板面高程，待砼初凝后，顶面用厚度不大于2cm的M10水泥砂浆抹平压实，其平整度力求最佳。

润滑隔离层由润滑层和塑料薄膜组成，其作法是：待滑板顶面干燥后，浇一层石蜡油，厚约3mm。

浇洒时沿滑板长度方向每米挂一道铁丝，作为石蜡厚度的浇洒标准，每浇完一格，用刨光的直木板马上刮平，铁丝拆除后的槽痕用喷灯烤熔整平。

石蜡油凝固后，撒一层0.5mm厚的滑石粉，继着铺一层塑料薄膜，薄膜接缝处压茬20cm并使茬口朝路基方向。

为防止绑扎钢筋时破坏塑料薄膜，在塑料薄膜上铺一层2—3cm厚与框架同标号的水泥砂浆。

3.1.5框架桥预制工艺框架桥预制首先要做好测量定位工作，在工作坑底板上放线定位。

框架桥现浇的施工顺序为：绑扎底板边墙钢筋→支立底板模板→浇注底板砼→养护→支立边墙模板、顶板底模→浇筑边墙砼→养护→绑扎顶板钢筋→立顶板外模→浇注顶板砼→框架桥养护→拆模→做防水层→箱顶保护层混凝土采用商品混凝土，输送泵输送，机械振捣。

混凝土浇筑时，混凝土从高处落下的高度不得超过2m，如超过则加串筒或溜槽。

混凝土浇注振捣密实，严格做到不漏振，不欠振，不超振，不振模板和钢筋。

浇筑边墙混凝土时，要对称进行，且水平分层浇筑；底板则一次浇注。

混凝土浇筑过程中，应随时观察预埋件位置移动，若发生移动则应及时校正。

对混凝土的养护则应根据室外温度的情况，采用相应的养护措施，养护期不少于14d。

拆除模板后必须加强混凝土养护，设计强度为C40，强度达到100%后可进行顶进施工。

3.2铁路线路加固为确保站内行车及施工安全，铁路线路使用D型钢便梁加固。

线路加固时，利用列车慢行封闭点内进行，按设计图布置便梁支墩，采用人工挖孔桩支墩，在慢行点内施工，列车限速为45km/h，采用对角开挖的方式，圆形混凝土预制管护壁，沉井法施工，随挖随下沉，做好防护，施工利用列车间隙，来车时暂停施工，每列车通过后，及时检查线路情况，一旦发生险情及时处理。

D24便梁总长24.5m，设计最大支点距离24.12m,主要由两道纵梁(宽5200mm,高1300mm)、37根横梁刚枕、148块节点板、钢轨扣件和相应数量的其他配件组成。

钢便梁架设利用封闭点内施工，先将横梁穿进枕木空中，再利用列车天窗时间将纵梁吊装到位，纵梁到位后即将纵横梁连接加固。

使全部横梁与纵梁连接完毕。

施工工序：下达封锁命令→扒碴方枕→穿横梁→汽车吊车（轨道车）就位→吊装一侧纵梁→连接一端横梁→吊装另一侧纵梁→连接配件→整道→办理双签认→开通线路。

3.3框架桥顶进技术措施3.3.1最大顶力计算为了推动箱桥在土内顺利前进，千斤顶（或称顶镐）的顶力需要克服的顶进阻力包括：箱端贯入阻力，由垂直土压力施加箱壁的法向力和水平土压力施加箱壁的法向力以及箱桥自重产生的摩阻力等。

顶力计算可按下列公式：P=K[N1f1+(N1+N2)f2+2Ef3]式中：P－最大顶力（t）K－系数，取K＝1.2N1－涵顶上荷载(t)。

由于采用架空顶进时该项为0；f1－涵顶部表面与顶部荷重之间的摩阻系数，取f1＝0.3。

N2－框构自重（t）。

N2＝Q＋10（t），式中Q为涵身自重（t），10（t）－为机具、人群、刃角以及未能及时运走的土重等施工荷重。

f2－框构底板与基底土摩阻系数，取f2＝0.8。

E－框构两侧土压力(t)。

箱顶土压e1=0，箱底土压e2＝ξγH2 ，式中ξ＝0.3，γ＝1.9t/m3，H2为轨底至箱底高度，H2＝框构全高e2＝ξγH2 =0.3×1.9×10.4=5.928E＝e2HL／2=402Tf3－侧面摩阻系数，取f3＝0.8。

铁路既有线采用钢便梁架空线路再顶进箱体，两侧土压力较小，则顶进阻力主要来自箱体底部土的摩擦，计算公式可以简化为：P=μNP－最大顶力（t）μ－顶力系数，可取为1.5～2.5N－箱体重力（t）3.3.2顶进设备3.3.2.1千斤顶千斤顶的布置以计算箱体的偏转力预偏心布置。

为防止箱底板因直接承受顶力而压碎，在顶镐与箱底板尾部接触处设置一块20mm厚的承压钢板，承压钢板下端焊接钢板托盘,千斤顶放置在钢板托盘上，以避免千斤顶与底板接触造成刮板现象。

3.3.2.2 传力设备：顶铁用钢板和旧钢轨焊接制成，长度规格分10／15／20／25／30／40cm，每种规格的顶铁按每台千斤顶2套配备，另准备若干0.5／1／2／3cm的补空铁垫板以填充顶铁间的空隔。

顶柱：顶柱用旧钢轨和钢板焊制成，长度规格分1／2／4m三种，每台千斤顶配置数量与顶铁相同，总共需配备数量分别为6／10／10套。

3.3.3线路检查开顶前必须对线路加固情况进行全面的检查，检查内容为：加固是否符合设计要求，加固部件有无侵入限界的情况，加固扣件是否有松动脱落，钢横梁与既有线钢轨接触处的绝缘是否良好等。

3.3.4顶进作业3.3.4.1安设和调试顶进设备顶进施工人员如油泵司机、线路防护维修等要配备专职人员，顶进设备机具如发电机、油顶、顶镐、油泵、横梁等必须配齐，箱身和后背建成后即可安装顶进设备。

将各种传力设备和液压系统油管电路按设计和说明书安装联结好，检查无误后开动千斤顶空顶进退一次进行调试，发现问题即时检修。

3.3.4.2故障处理措施及材料准备开顶前应做好各种故障处理方案，对作业人员交待清楚。

另外，还需要准备足够的故障处理材料，主要包括顶进故障处理，加固土壤的短木桩、换填土壤用的砂夹碎石、片石和线路防护抢险的道碴、沙袋、枕木等。

3.3.4.3 测量控制在框构后方离后背稍远距离处设立观测站以观测框构顶进时的中线和水平偏差。

在框构洞内四个角上进行高程测量，顶进方向偏差的观测在框构一侧的前后端各用环氧树脂粘设一个标尺进行，另外，为了观测顶进中后背的变形情况，在后背梁两端设立标尺，进行后背变形观测。

3.3.4.4试顶顶进的实施是整个工程的关键环节，试顶的目的是继续检查一下顶进设备是否正常，顶力是否均匀，后背、滑板及箱体有无异状，并使框构与滑板分离。

试顶时，油泵应逐渐加压，每次升压后还要稳定10分钟，并派专人对顶进设备、滑板后背和框构进行检查，如一切正常，方可加压正式顶进。

在加压过程中如油表突然下降，表明框构与滑板脱离，框构开始向前移动。

空顶时要严格控制方向，防止偏离中心线。

3.3.4.5箱身顶进顶进工作的过程是：当前方角处挖土完成一个顶程后，即开动高压油泵，使千斤顶产生顶力，通过传力设备，借助于后背的反作用力，推动框构前进。

框构前进后，回镐使千斤顶复原，然后在空档处填放顶铁，以待下次开镐。

如此循环往复，直至框构就位。