浅谈下穿铁路框构桥顶进施工技术

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　　摘要：下穿铁路框构桥施工主体混凝土数量大，所需顶力大。本工程工期紧，任务重，要求精心组织，科学管理，各工序紧密衔接，部分工序需平行进行。顶进时安全任务较重，施工前必须探明地下信号及通信电缆的位置并加以保护。
　　关键词：下穿铁路；框构桥；工期紧；平行进行；紧密衔接中图分类号：TU74文献标识码：A
　　引言：
　　本文以工程实例讲解了下穿铁路框构桥施工的特点及施工组织计划安排，详细讲解了施工中需掌握的技术要点及注意事项。
　　 1、工程概况
　　河北省邯郸市青兰高速峰峰连接线南延下穿新峰铁路K6+191.08-17-8m立交桥所在地区地震基本烈度为7度，土的标准冻结深度为0.70m。根据地质勘察资料，本工程拟建场地在11.0m深度范围内地基土可分为四层，分别为粉土----粉质粘土----粉土---粉质粘土，11.0m深度范围内未见地下水。
　　 2、施工工艺
　　 2.1施工方法
　　 本工程在线路东侧开挖工作坑，预制主体，由北向南顶进。框架桥位于新峰线K6+191处，最大顶力11899.5KN，顶进行程47.85m；顶管位于K6+121处，最大顶力3675KN，顶进长度为30.234m。工作坑开挖边线距离既有铁路路基坡脚之间距离均为5.0m。地道桥与顶管出入口两端设C25混凝土挡墙。为保证箱体和挡墙施工时路基边坡稳定箱体四角设挖孔桩防护路基，避免路基坍塌，确保铁路行车安全。为防止顶进时线路发生侧移，在顶进前端做支撑桩及抗移桩，支撑桩兼做线路加固系统的支撑，当桥体顶进就位后，对其进行拆除。为保证顶管顺利顶进并保证既有线安全对线路进行3-5-5线路加固体系，顶进就位后拆除加固体系。
　　2.2加固方案
　　本工程线路加固施工采用设计图纸与现场实际情况相结合的原则进行，施工工艺流程见图一：
　　图一 线路加固流程图
　　
　　
　　
　　2.2.1线路加固措施
　　采用 P43钢轨做吊轨，3—5—3制式，横向工字钢采用I40b，间距 0.55-1.1-0.55m循环布置。
　　具体做法如下：
　　 （1）枕木：每隔3根混凝土枕穿入一根3.2米长的木枕，穿入枕木同时将6条U型螺栓放入吊轨位置枕下，穿入枕木后枕底捣固密实，并保证线路几何尺寸合格。
　　 （2）吊轨：吊轨每根轨头接缝相错，不得小于1米，吊轨后，每组轨束两端要安装临时木梭头，吊轨伸出桥体外不小于10米。为防止连电，横向工字钢与主轨、吊轨连接处垫通长木板，并且在主轨处木板上加垫绝缘胶板，垫好后拧紧扣件螺栓。
　　 （3）安装I40b工字钢横梁，为保证线路平顺，高低良好，穿横向工字钢梁采用隔二穿一方法，每穿一根横梁，要立即将梁底捣固密实并将提前放置的扣件螺栓拧紧，横向工字钢采用厚20mm钢板连接，箱体两侧每侧穿横向I40b工字钢横梁10根。
　　 （4）安装I45b工字钢纵梁：横梁安装后，在线路外侧距轨外侧一米各安装一组纵向工字钢（两根一束I45b工字钢），线路中间安装一组纵向工字钢（两根一束I45b工字钢），并用螺栓拧紧。
　　 （5）顶进过程中的线路加固支垫和调整：顶进过程中的线路既要保证行车安全，又要保证箱体顶进时受阻最小，来车时垫好垫，打紧木楔，确保线路方向，水平，高低符合要求，顶进时使工字钢下滑车发挥作用，横梁与箱体之间空隙用枕木墩，木楔，铁滑车支垫，每顶进1-2米设一排支垫，主轨下必须支垫。
　　 （6）箱体就位后拆除线路加固：先拆纵工字钢，再拆横工字钢，抽横向工字钢时，每抽一根便用道砟回填道床并捣固。抽完横向工字钢后再拆除吊轨。
　　 （7）拆除线路加固后，多遍捣固，整修线路达标。
　　2.2.2防横移措施
　　 （1）为防止桥体顶进时线路发生横移，影响行车安全，在桥体顶进的前端按设计要求设置挖孔抗横移桩。
　　 （2）将线路采用地锚固定，并在箱体顶面预埋钢筋环，桥体顶进时用10吨倒链牵拉线路，防止线路横移。
　　2.3受力检算
　　2.3.1．技术条件
　　框架桥顶进穿越线路时，列车速度不超过45km/h，计算时不考虑冲击力。I45工字钢惯性矩I=35300cm4截面抵抗矩w=1570cm3，钢轨惯性矩I轨=2037cm4单根轨道截面积A=65.8cm4，钢材弹性形模量E=2.1*105Mpa，抗弯曲容许应力［δ］=170MPa，容许最大挠度f容≤Lp/300。纵梁计算跨度8.8m。列车标准活载按跨中弯矩影响线确定最不利位置。
　　2.3.2纵梁检算
　　因为横梁布置间距密，跨度小，所以控制杆为纵梁。按一行线“悬空”通过列车检算（实际上在每根横向工字钢下均有小滑车）。因为当框架桥顶进穿过两行线路时，每根横梁下均安放小滑车，即使在桥上会车也不是最不利情况。现按由两线间和路肩纵梁承重，进行检算:
　　此时桥上总荷载Q=5*220KN=1100KN，假定每组纵梁上的集中荷载为P，每组3扣轨上的集中荷载为P3，每组5扣轨上的集中荷载为P5，因为荷载均匀分布在纵梁和扣轨上，起传力作用的横梁变形很小，所以，纵梁和扣轨产生的挠度均应相等。
　　每组工字钢纵梁挠度fG=PGI3/48EIG
　　每组3轨束挠度f3=P3I3/48EI3
　　每组5轨束挠度f5=P5I3/48EI5
　　因为，IG=70600cm4, I3=6291.2 cm4, I5=10510.4 cm4,将各I值和E值分别代入上列各式，并根据fG = f3 =f5 与静力平衡条件可得：
　　PG =11.222 P3，PG =6.720 P5，2 PG+ 2P3+ P5=1100KN。将3个式子联立解得：
　　PG=472.7KN，P3=42.12KN，P5=70.34KN；
　　因每组纵梁与8根横梁联结，列车荷载经由钢轨通过横梁传递给纵梁，所以纵梁上分布荷载为：P= PG/8=472.7KN/8=59.1KN，
　　最大弯矩Mmax=nPLp/8=59.1*8.8=520KNm(n=8)，Lp=8*1.1=8.8；
　　最大弯曲应力δ=Mmax/W=520*106/(2*1570*103)=165.6MPa＜［δ］=170MPa
　　最大挠度fmax=(5n2+2)/(384n EIG)*PLp3=28.47mm≤Lp/300=29.33mm。
　　2.3.3．扣轨检算
　　以同样的方法计算得：
　　每组3轨束的最大弯曲应力δ=57.3 MPa＜［δ］=170MPa，最大挠度fmax=28.47mm≤Lp/300=29.33mm ，
　　每组5轨束的最大弯曲应力δ=58.25 MPa＜［δ］=170MPa，最大挠度
　　fmax=28.47mm≤Lp/300=29.33mm
　　2.4 桥体、圆管顶进
　　桥体混凝土强度达到100%后与圆管一起进行顶进。
　　2.4.1、顶进前的准备工作
　　 提前一个月向铁路局申请慢行点；与车务（车站）、工务、电务等部门联系，并签定安全协议；组织人员及机械设备、顶进设备、车辆进场；检查线路的加固质量，加固部件有无侵限情况，加固件是否脱落，工字钢与既有线钢轨接触点的绝缘是否良好等；高压油泵、千斤顶安装前要加以整修，并做压力试验；油管路安装完毕后，要进行试运转，检查压力是否达到规定标准，油管是否漏油，顶铁的长度、规格及数量配置是否符合施工要求；检查测量平台是否完备，测量仪器是否齐全、良好。
　　2.4.2、顶进设备的配备及安装
　　 （1）120吨高压油泵2台；
　　 （2）顶进设备采用320t液压顶镐54台，其中4台备用。
　　 （3）顶铁布置每隔4m设一道横梁；
　　2.4.3、试顶
　　顶进的实施是整个工程的关键环节，因此正式顶进前须进行试顶。试顶顶力不宜过大，一般为桥体结构自重的0.8-1.2倍。开始启动时不能突然增到此数值，应使顶镐同步加压，每升压一次要稳定几分钟，并派专人对设备及滑板、后背、桥体进行检查，如一切正常方可加压正式顶进。在加压过程中如油表压力突然下降，表明桥体与滑板脱离，桥体向前移动；空顶时严格控制桥体方向，防止偏离中线给顶进工作带来困难；刃脚吃土后空顶完毕；
　　2.4.4、顶进及挖土作业
　　开镐顶进是现场顶进的中心环节，每次开镐前应对设备及线路情况进行全部检查，确认一切正常后再开镐顶进；顶镐使用顶程0.6m，顶镐完成一个顶程，回镐后更换不同的顶铁再次开镐顶进，如此反复，直到顶进就位；顶进施工利用列车通过间隙进行；线路防护人员（驻站联络员）当列车通过时，提前用对讲机与现场指挥员联系，以便及时停镐，确保行车安全；挖土、运土作业坚持六不挖制度：一是列车通过时不挖，二是框架桥顶进时不挖，三是发现塌方迹象时不挖，四是降水失效时不挖，五是机械设备发生故障时不挖，六是降雨时不挖。根据土质情况及顶镐顶程，严格控制挖土一次不超过１m，严禁超挖；挖土的坡度与刃角坡度一致，挖土坡面大致平顺整齐，同时挖土与测量工作紧密配合，根据桥体偏差情况及时掌握挖土方法；顶进时的纠偏及防“扎头、抬头”措施：桥体顶进方向的控制：加强桥体顶进监测，严格控制顶进趋势；调整两侧顶力并配合增减两侧刃角阻力的办法；进土较浅时调整好桥体方向。防扎头：使刃角及早吃土，借以加大刃角阻力；在桥体前端底板底设“船头坡”，同时使底板吃土顶进；防抬头：顶进吃土前控制好桥体水平，减少桥体底板吃土。由于桥体过高，所以采用在桥洞内垫2米厚的土，让挖掘机在土上面作业，从而使桥体前方所有的土，都能让挖掘机够的着。顶进控制：做到跟踪测量桥体水平和中线，并根据测量结果及时调整桥体的方向和高程。
　　2.4.5、顶进作业注意事项
　　顶进措施必须经铁路局同意批准后方可进行施工，任何人不得随便改变；批准顶进后，必须认真组织，保证昼夜连续进行施工，在确保行车安全的情况下，尽量缩短工期；所有机械不准带病作业；现场施工必须注意人身安全做到列车通过时停止顶进，线路上作业人员同时下道避车；顶进作业时顶柱上严禁站人；随时对线路方向和水平进行观测，以免线路变形危及行车安全；指派专人负责每通过一次列车就对线路轨距、水平、方向检查一次，并注意检查线路的加固情况，发现问题及时处理；所有线路加固件不得侵入限界，并做好与轨道电路的绝缘，杜绝因加固件侵限或轨道电路连电影响行车的情况发生。有足够数量的道碴、方木、草袋，如果线路发生变形，立即抢修，以免影响行车安全；慢行计划：施工时提前制定慢行计划，并在线路加固一开始所有列车必须按施工规定的速度慢行通过，以确保行车安全。
　　2.5 防止路基塌方措施
　　为防止桥体顶进时线路路基侧向塌方采取如下措施：在桥体四角各做防护桩，桩深20m，中心距1.75m，桩直径为1.25m，挖桩时观察挖出的土为粉质粘土，土质较好。 顶桥时，有技术人员盯岗严格控制挖土进尺，严禁超挖。挖土的坡度与刃角坡度一致，挖土时必须自上而下进行刷坡，使坡面保持大致平顺整齐。坚持四不挖土制度，即列车通过时不挖、桥体顶进时不挖、发生塌方迹象时不挖、机械发生故障时不挖，减少造成塌方事故的因素，确保线路安全。每次挖土底板前沿至挖土面不超过1m，侧向欠挖0.1米使侧刃角吃土顶进。为防止侧塌，在刃角前端安装钢刃角，能更有效的使桥体吃土顶进。采用少挖勤顶的施工方式，减少土体暴露时间，保证土体稳定，降低塌方可能性。将前挑檐端部栏杆电缆槽预埋筋弯折平，用素混凝土与防水保护层抹平齐，小滑车设在挑檐前端，缩小横向工字钢的跨度，以保证线路加固体系稳定。
　　2.6顶进时防护
　　顶进过程中每顶完一次作业或每通过一列列车后，应对线路状况进行检查，如发现线路有变化，立即整修处理，以保证线路状态良好。顶进时，应对线路及加固体系维护人员进行组织分工。线路工看护线路时，随时检查线路状况，有问题立即汇报现场负责人，并立即组织整修。
　　2.7拆除线路加固
　　桥体顶进就位后，抓紧撤除线路加固设备，尽快恢复线路运行的正常速度。拆除顺序为：拆除纵梁→抽横抬梁→补充道碴并整修→拆除3-5-3扣轨→起道整修线路→抽换砼桥枕→起道整修线路→安装护轨→线路稳定整修→恢复正点运行。在撤除横向工字钢时，必须遵循撤一根工字钢后，立即回填满优质石碴，捣实后，再撤下一根横向工字钢，以保持线路处于良好状态。横向工字钢撤除中及撤除后，要特别注意桥上及桥两侧的线路变化情况，要随时进行抬道、捣固、整修。在撤除扣轨时，应防止轨头翘起侵限。特别注意的是在维修起道等作业内容中严禁使用齿条式起道机。
　　2.8拆除线路恢复
　　施工完毕后按照设计标准对原线路进行恢复。
　　3．总结
　　下穿铁路框架桥施工技术已经非常成熟，但不同地域地质条件不同，施工顶进采取的措施需相应进行调整，避免出现质量事故。

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