既有铁路线顶进箱涵施工技术

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　　【摘要】 既有线顶进箱涵是在既有线不间断行车的条件下使用的一种特殊的施工方法，即在保证列车安全运营的前提下，将铁路路基一侧已经预制好的钢筋混凝土箱涵，利用高压油泵、千斤顶，并通过传力柱、后背支承顶入铁路路基。
　　【关键词】 线路加固涵洞顶进施工
　　中图分类号： U457 文献标识码： A
　　1 概述
　　本顶进箱涵工程位于某铁路线DK1164+860处直线段上，孔径1×3.0m，涵身全长12.0m，钢筋混凝土框架箱涵与既有线和增建Ⅱ线正交。施工中必须保证既有线行车和施工人员的安全，列车限速行驶并做好行车防护，在铁路运营管理部门要求的时间内加快施工速度，从而安全优质地完成桥涵的顶进施工。
　　2 顶进箱涵施工
　　2.1 主要施工方法
　　2.1.1 滑板
　　
　　图1润滑隔离层结构图
　　
　　滑板采用C15号混凝土，其主要是作为预制箱涵的施工垫层，使箱涵在现场预制过程中，不至于产生不均匀沉降，并防止结构物与工作坑底面土壤粘结。滑板应有足够的强度和稳定性，表面平整，为提高滑板的抗滑能力可在滑板底部设锚梁，并在滑板上设置润滑隔离层，主要采用柴油熬制石蜡在滑板上涂抹均匀，洒上滑石粉并铺上两层塑料薄膜（见图1 润滑隔离层结构图）。
　　2.1.2 后背梁
　　采用顶进法施工的箱涵，后背梁是重要的施工组成部分，它承受着顶进时的全部水平力，虽属临时结构，但直接影响着工程的质量和进度，设计时须因地制宜，做到既要保证结构安全又要经济合理。施工时采取的结构型式为100×50cm，L=300cm后背梁系临时设施，安全储备不必过高，只要能保证顶进施工过程中不致发生结构破坏即可，允许出现轻微裂纹。
　　2.1.3 涵身预制
　　箱身模板采用钢模与木模相结合的形式，模板支撑采用管扣式钢管支架，模板固定采用蝴蝶扣和拉筋相结合的形式，侧模内外用钢管架打斜支撑加以固定。
　　预制涵身混凝土时分底板、侧墙和顶板两节浇筑，采用一台500升搅拌机搅合。为加快箱身混凝土的浇筑速度，混凝土用的原材料尽量靠近涵身，以减少混凝土的运输距离，其运输方式以吊车为主，人力推车为辅，混凝土的振捣采用两台B50振动棒。
　　预制涵身过程中混凝土的搅拌、运输、入模振捣、养护、拆模均严格按照铁路桥涵施工规范要求施工，钢筋在车间制作成型后运至施工现场绑扎、安装，以保证施工质量。
　　2.1.4 线路加固
　　线路加固是既是线下顶进施工的最关键环节，它关系到铁路的正常交通运输和列车运营安全，一般传统的加固方法为：扒开道床，将既有轨枕抽换成木枕，用3扣或5扣轨加固正线轨，穿横担梁与纵便梁连接固定。该加固方式牢固可靠，可确保行车安全，但加固时间较长，一般需要2.5～3小时，而在目前行车密度大、封闭作业时间只允许在1.5～2小时内完成的条件下，传统的加固方式显然不能满足现行的施工要求。针对上述情况，我们对线路加固方法进行了改进，即不抽换既有轨枕，取消3扣或5扣轨加固正线，直接穿入横担梁（3扣轨）与纵便梁连接固定，便梁则由原来的2片Ⅰ45工钢增加至3片。实践证明，这种加固方式不但安全实用，而且大大减少了封闭作业时间，经统计实际线路加固时间为1小时40分钟，比铁路运营单位给定的2小时提前了20分钟。
　　
　　
　　图2 线路加固示意图
　　2.1.5 既有线路开挖
　　一般情况下，钢筋混凝土涵体预制好后，既从同一侧进行土方开挖，开挖一段顶进一段，以利于路基土的稳定，但由于此处场地十分狭窄，土方无法出运，而且涵体下部需现浇一层0.5m厚的混凝土，若按开挖一段、现浇一段，然后顶进一段的施工方法，根本无法满足工期要求，考虑到线路另一侧靠近既有乡村路，有一定的施工及运输条件，且出土方便，经方案比选，决定从既有线路的另外一侧开挖。
　　在开挖过程中由于列车不间断的运行，行车震动对土体的稳定非常不利，加之受雨水的影响，极易造成土体塌方而中断行车，因此为保证行车安全和施工的顺利进行，制订了以下施工措施：
　　⑴ 采取台阶开挖法。先开挖上台阶，开挖高度2.3m，开挖长度1.5m，然后用φ30cm圆木对撑加固，其间距为：水平方向1.5m，竖向1.1m，撑木两端抄垫5cm厚的横向及竖向木板，然后按以上方法边开挖上下台阶边加固，直至开挖到位；
　　⑵ 在开挖一侧设置汇水井，及时把雨水抽除；
　　⑶ 现浇基础混凝土时掺加早强剂，提高混凝土标号，保证在2天内达到设计强度，以缩短路基土的暴露时间。
　　2.1.6 涵体顶进
　　由于受施工场地的限制，该箱涵只能从既有线上游侧顶入既有线下的路堤中。在上游的工作坑中首先预制好顶进箱涵的下滑道，在滑道顶部设置润滑隔离层，然后预制钢筋混凝土结构箱涵的首段2×4.5m，同时现浇承受水平顶力的后背梁。架空既有线前在既有线两侧开挖2×1.2m挖孔桩并灌筑桩身混凝土，在征得铁路运营部门同意签认后架空既有线，挖空既有线下的道碴及路堤土。利用高压油泵带动千斤顶，并借助后背支承将预制好的首段钢筋混凝土箱涵一次性顶入铁路路基。箱涵在顶进过程中，测量人员及时观测箱身的顶进方向和高程，偏差较大时及时进行调整。本箱涵采用整体顶进，顶进行程为9m。两端各2.1m加长段待涵身主体顶进后现场浇筑。钢筋混凝土箱涵顶进到位后及时回填涵背渗水土和完善附属工程。
　　图3箱涵顶进结构图
　　3 顶推力计算和顶进设备选取
　　3.1 顶进施工前，必须对线路加固横担梁、纵梁、混凝土桩基及地基承载力进行检算，检算合格满足施工需要后，才能进行桥涵的顶进施工。
　　3.2 顶推力计算及顶进设备选取
　　本工程采用挖空铁路既有线下的路堤土及道碴后一次性顶入到位，箱涵两侧、顶部及前端均无土压力及土阻力，故计算顶进箱涵的最大顶力为：
　　Pmax=K・N・f
　　Pmax―最大顶力；
　　K―系数，一般采用1.2；
　　N―结构自重，经计算为69.58t；
　　F―摩擦系数，涂石蜡滑石粉为0.3
　　则:Pmax=K・N・f=1.2×69.58×9.8×0.3=245.5KN
　　千斤顶的配置：根据计算最大顶力、千斤顶的活塞面积及工作压力配备千斤顶，千斤顶宜采用活塞面积大、工作压力小、顶程不宜小50cm的卧式千斤顶，并考虑25%的储备量。根据施工情况，需配置两台千斤顶。
　　则：T = Pmax/（N・n）
　　T―千斤顶有效顶力；
　　N―配置千斤顶个数，取2；
　　n―千斤顶效力系数，一般n=0.7；
　　则T=245.5×（1+0.25）/（0.7×2）=219.2KN=21.92T
　　根据以上计算，实际配置两台30T油压千斤顶。
　　3.3 后背梁及土压力的检算
　　根据上述计算，最大顶推力仅为24.55t，后背梁局部承压面积A=0.5×0.5×2=0.5m2
　　局部压应力为：σ0=24.55×10/0.5=491KPa=0.491MPa＜［σ］=12 MPa满足要求背后土压力为81.8KPa＜σ0=150KPa，满足要求。
　　4、结语
　　为保证既有线在顶进过程中的行车安全，应严格按《铁路技术管理规程》、《铁路工务规则》、《铁路桥涵施工规范》等有关规定提报施工要点计划，进行线路加固和防护，并建立必要的制度和相应的施工要求。在行车线路上施工，必须制定安全技术措施，进行技术交底，学习有关铁路既有线规定和相应的施工要求。顶进施工前，办理要点慢行计划审批手续，批准后方可进行相应工程的施工。
　　
　　参考文献：
　　1、《桥涵顶进设计与施工》 铁道部第四勘测设计院1983，中国铁道出版社
　　2、《钢轨束梁》中华人民共和国铁道部通用图

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