濱海軟土地區(qū)臨近運(yùn)營(yíng)高鐵框構(gòu)橋頂進(jìn)施工技術(shù)

李書強(qiáng)

（中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司 天津 300162）

1 工程概況

天津市武清區(qū)翠亨路下穿京津城際及京滬鐵路立交工程地處濱海軟土地區(qū)，施工區(qū)域地下水位高，翠亨路立交工程以3孔8.5 m－17 m－8.5 m頂進(jìn)框構(gòu)橋形式下穿京滬鐵路?？驑?gòu)橋由南向北頂進(jìn)，就位位置位于京津城際高鐵南側(cè)，正對(duì)京津城際高鐵翠亨路中橋。框構(gòu)橋就位后，橋體前懸臂與京津城際靠近京滬線最近股道的距離為23.14 m。

在京津城際高鐵和京滬鐵路之間，設(shè)置了兩道橫向止水帷幕。在兩道止水帷幕京津城際側(cè)設(shè)置觀測(cè)井和回灌井。框構(gòu)橋就位位置四角為防護(hù)樁。在京滬鐵路北側(cè)依次為兩排鉆孔樁，一排由5棵樁組成，為支撐樁，另一排由10棵樁組成，為抗移樁，見(jiàn)圖1。

頂進(jìn)施工區(qū)域地層巖性從上到下為：素填土、淤泥質(zhì)黏土（σ0=80 kPa）、粉土（σ0=120 kPa）、黏土（σ0=85 kPa）?？驑?gòu)橋基底位于黏土層上，在框構(gòu)橋底板中部偏下位置，夾一薄層粉砂層，具有較強(qiáng)的透水性。

2 施工難點(diǎn)分析

消除或最大限度的減小框構(gòu)橋頂進(jìn)對(duì)臨近高鐵產(chǎn)生的影響是工程的關(guān)鍵。臨近運(yùn)營(yíng)高鐵頂進(jìn)施工，要求翠亨路中橋路橋過(guò)渡段差異沉降限值定為 1 mm。因而對(duì)框構(gòu)橋降水、開挖和頂進(jìn)等工序提出了新的要求，其中開挖和降水是影響城際高鐵產(chǎn)生沉降的主要因素。

（1）頂進(jìn)施工時(shí)框構(gòu)橋前端開挖成槽，隨著頂進(jìn)的推進(jìn)，開挖槽體距離京津城際越來(lái)越小，開挖槽體形成的卸載作用對(duì)臨近的高鐵沉降影響逐漸顯現(xiàn)，尤其是加大路橋過(guò)渡段的差異沉降。

圖1 翠亨路立交工程框構(gòu)橋頂進(jìn)平面布置圖

（2）框構(gòu)橋頂進(jìn)期間，為了減小降水對(duì)京津城際的影響，在京滬鐵路與京津城際之間設(shè)置兩道橫向止水帷幕，起止水的作用，因此對(duì)止水帷幕的止水功能的要求高。為了防止意外情況造成城際側(cè)地下水的流失，在止水帷幕京津城際側(cè)分別設(shè)置了觀測(cè)井和回灌井。

（3）框構(gòu)橋頂進(jìn)期間，原則上將地下水降至底板下0.5 m處，由于頂進(jìn)降水開始時(shí)間較晚，降水提前時(shí)間不足，且在框構(gòu)橋底板中部偏下位置土體出現(xiàn)薄層透水層，基槽開挖到位后，從左、右兩側(cè)有地下水流出。頂進(jìn)屬于帶水（少量水）頂進(jìn)，因此，防“扎頭”和防坍塌是頂進(jìn)施工控制重點(diǎn)。

3 框構(gòu)橋頂進(jìn)方案

橋體進(jìn)入路基后，隨著吃土頂進(jìn)和挖運(yùn)土方循環(huán)交替進(jìn)行，橋體兩側(cè)京滬鐵路地下水沿透水層流入基槽中，當(dāng)開挖后的邊坡土體被地下水浸泡時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，易出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，同時(shí)頂進(jìn)框構(gòu)橋出現(xiàn)“扎頭”趨勢(shì)。針對(duì)這一不利狀況，其一是快挖快頂，其二是在無(wú)法快速頂進(jìn)時(shí)，底板前端的土體保持原狀，先開挖底板上部土體，將地下水封在透水層中，頂進(jìn)施工時(shí)，再開挖底板以下部分。

框構(gòu)橋頂進(jìn)過(guò)程同時(shí)也是降水過(guò)程，普通頂進(jìn)框構(gòu)橋一般提前2周降水。但是為了減小降水對(duì)京津城際的影響，京滬鐵路南側(cè)大口井降水提前框構(gòu)橋入土9天降水，而北側(cè)降水井則在框構(gòu)橋入土后方開始降水。為防止京滬鐵路路基降水影響到京津城際側(cè)地下水位變化，每天安排專人檢查記錄水位變化情況，并根據(jù)變化速率和變化量判斷是否采取回灌等措施。

3.1 預(yù)加固路基

框構(gòu)橋就位位置基底位于黏土層上，軟塑，б0=85 kPa，基底承載力不能滿足б0≥120 kPa的設(shè)計(jì)要求，為了減小框構(gòu)橋沉降量，需對(duì)京滬鐵路框構(gòu)橋位置進(jìn)行基底加固。

從方便頂進(jìn)作業(yè)、縮短頂進(jìn)時(shí)間、減小對(duì)京滬鐵路和京津城際高鐵影響等方面考慮，本工程采用頂前雙液漿（純水泥漿和水玻璃混合液）注漿預(yù)加固處理。

3.2 框構(gòu)橋頂進(jìn)

根據(jù)框構(gòu)橋頂進(jìn)施工時(shí)特點(diǎn)不同，頂進(jìn)施工可分三個(gè)階段：空頂階段、框構(gòu)橋懸臂板吃土頂進(jìn)階段及懸臂板出土后頂進(jìn)階段。其中懸臂板吃土頂進(jìn)是最關(guān)鍵的階段，見(jiàn)圖2。

3.2.1 框構(gòu)橋空頂

橋體在滑板上空頂時(shí)，控制的重點(diǎn)是框構(gòu)橋頂進(jìn)方向的調(diào)整，根據(jù)偏差及時(shí)調(diào)整，使橋體嚴(yán)格按設(shè)計(jì)軸線進(jìn)入路基。

3.2.2 框構(gòu)橋懸臂板吃土頂進(jìn)

橋體進(jìn)入路基后，吃土頂進(jìn)和挖運(yùn)土方循環(huán)交替進(jìn)行。當(dāng)框構(gòu)橋頂入基坑前端止水帷幕時(shí)，為防止框構(gòu)橋兩側(cè)京滬鐵路的路基地下水從被破壞的止水帷幕和框構(gòu)橋外邊墻之間大量滲流，框構(gòu)橋前端兩側(cè)刃角必須吃土頂進(jìn)，以保證基坑前端止水帷幕與框構(gòu)橋之間緊密接觸。

基坑坡道和基坑前端止水帷幕基底由于采用了密排高壓旋噴樁加固處理，當(dāng)框構(gòu)橋重心沒(méi)出基坑前端止水帷幕前，相當(dāng)于框構(gòu)橋仍在堅(jiān)硬的基底上頂進(jìn)，只要適當(dāng)欠挖，框構(gòu)橋不會(huì)出現(xiàn)“扎頭”的現(xiàn)象。當(dāng)框構(gòu)橋懸臂板下穿過(guò)京滬鐵路路基時(shí)，框構(gòu)橋重心剛剛出止水帷幕1 m左右，在該階段，控制橋體按千分之三的坡度平穩(wěn)前進(jìn)。

隨著開挖頂進(jìn)的持續(xù)進(jìn)行，開挖的基槽距離京津高鐵越來(lái)越近，基槽卸載作用對(duì)城際高鐵的影響越來(lái)越明顯。為減小影響，基槽開挖寬度下口以80 cm為宜，不要超過(guò)1 m，上口以1 m為宜。根據(jù)黏性土和粉土粘結(jié)力較強(qiáng)的特點(diǎn)，橋體前端邊坡以1︰0.7坡度為宜，邊坡坡面需修整平順，避免出現(xiàn)較大凸起，出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。

京滬鐵路運(yùn)營(yíng)非常繁忙，每天都有固定的三個(gè)時(shí)段，持續(xù)時(shí)間約 2 h，三股道因列車通行密度太大而無(wú)法頂進(jìn)施工，已開挖完畢的基槽較長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)地下水浸泡，前端邊坡出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。針對(duì)這種現(xiàn)象，當(dāng)臨近運(yùn)營(yíng)高峰時(shí)，框構(gòu)橋底板前端頂在原狀土上，橋體前方土體向下開挖至地板頂面便不再開挖，底板頂面以下土體保持原狀，使粉土層將地下水封在透水層中。同時(shí)放緩了邊坡坡度，增強(qiáng)了邊坡穩(wěn)定性。基底由于經(jīng)過(guò)注漿加固，地下水無(wú)法向下滲透，破壞基底承載力。當(dāng)可以頂進(jìn)時(shí)，開挖底板前方土體，并修正邊坡坡度，迅速完成橋體頂進(jìn)準(zhǔn)備。

3.2.3 懸臂板出土后頂進(jìn)

懸臂板穿過(guò)路基土?xí)r，京滬上行、京滬下行和京滬Ⅲ線已經(jīng)完全坐落在框構(gòu)橋上，頂程還剩約10 m，頂進(jìn)施工中最危險(xiǎn)的階段過(guò)去了。同時(shí)土體開挖高度越來(lái)越小，開挖進(jìn)尺可以適當(dāng)加寬。由于框構(gòu)橋重心已滑出堅(jiān)硬的基底，該階段框構(gòu)橋易出現(xiàn)“扎頭”現(xiàn)象。根據(jù)每次頂進(jìn)后的高程變化，調(diào)整底板吃土厚度，以吃土頂進(jìn)來(lái)避免出現(xiàn)“扎頭”。

3.2.4 糾偏與防“扎頭”措施

（1）軸線偏差控制

當(dāng)橋體出現(xiàn)左、右偏差后，在頂進(jìn)中實(shí)行動(dòng)態(tài)跟蹤監(jiān)測(cè)，結(jié)合實(shí)際偏差，通過(guò)調(diào)整軸線兩側(cè)頂力以及調(diào)節(jié)左右兩側(cè)的挖土量實(shí)現(xiàn)糾偏，逐漸矯正歸位［3］。

動(dòng)態(tài)跟蹤監(jiān)測(cè)是指在框構(gòu)橋右跨軸線的前端和后端分別放置一個(gè)自制測(cè)量跟蹤靶，自制測(cè)量跟蹤靶由三腳架、垂球和自制木格尺組成，見(jiàn)圖3自制測(cè)量跟蹤靶，垂球懸掛在三腳架上，并指向右跨中線，木格尺中心讀數(shù)為零，向兩端讀數(shù)逐漸變大，固定到三角架的兩條腿上，與垂線及右跨軸線分別垂直，頂進(jìn)前，將零刻度與垂線重合。在頂進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)全站儀或經(jīng)緯儀讀取垂線位置的木格尺讀數(shù)，即為前、后端的偏差數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)講機(jī)，通知油泵管理員，在頂進(jìn)過(guò)程中同步調(diào)節(jié)頂鎬油壓，糾偏效果非常理想。

（2）高低偏差控制

為防止頂進(jìn)時(shí)扎頭，橋體預(yù)制時(shí)在底板前端設(shè)置加長(zhǎng)的鋼刃角，再加上底板設(shè)置的船頭坡，預(yù)防扎頭的產(chǎn)生［4］。

偏高時(shí)應(yīng)向下調(diào)整底刃角的角度或前端超挖略低于底板，逐漸調(diào)整歸位。當(dāng)因挖土寬度不夠，或側(cè)刃角切土過(guò)多而造成底部切土量過(guò)大而抬高橋體時(shí)，應(yīng)按斷面挖土到位，減小側(cè)刃角切土量，及時(shí)清除塌落土方。

偏低時(shí)，增加底刃角向上翹的角度；增大側(cè)刃角的上部切土量；加大船頭坡的吃土量；將施工機(jī)械停在橋體后端臨時(shí)配重。

每頂一鎬，底板前端高程的變化量不得超過(guò)1厘米，如超限，應(yīng)分析原因并及時(shí)采取相應(yīng)措施。

3.3 框構(gòu)橋頂進(jìn)對(duì)京津城際高鐵的影響和控制

框構(gòu)橋頂進(jìn)對(duì)高鐵的影響因素有兩個(gè)方面：由于京滬鐵路降水，線間止水帷幕滲漏造成城際高鐵地下水的流失和每次開挖土體的卸載。地下水位的變化是引起路基及橋梁沉降的重要因素，因此，對(duì)城際高鐵地下水位的監(jiān)測(cè)是本次監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。而觀測(cè)井水位變化反應(yīng)了城際高鐵地下水水位變化，在框構(gòu)橋頂進(jìn)施工過(guò)程中，本項(xiàng)目采用自動(dòng)化振弦式滲壓計(jì)對(duì)觀測(cè)井水位變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控［5］。

當(dāng)出現(xiàn)日水位下降量大于300 mm或累計(jì)水位下降量大于600 mm時(shí)，則利用回灌井進(jìn)行補(bǔ)充地下水，同時(shí)利用觀察井的位置判斷止水帷幕出現(xiàn)滲漏的位置，利用注漿機(jī)械壓注雙液漿對(duì)止水帷幕進(jìn)行堵漏。

土體開挖控制就是控制每次的開挖進(jìn)尺和開挖體積。

3.4 后補(bǔ)底板及刃角施工

框構(gòu)橋頂進(jìn)就位，降水井停止降水，開挖框構(gòu)橋前端土體，將底板和刃角補(bǔ)齊。由于原設(shè)計(jì)沒(méi)考慮到后補(bǔ)底板兩側(cè)擋水問(wèn)題，我們將原止水帷幕方案作了局部調(diào)整。

首先將框構(gòu)橋前端左右兩側(cè)的支護(hù)樁位置作了移動(dòng)，靠近框構(gòu)橋的支護(hù)樁移到了頂橋底板內(nèi)側(cè)。其次，在橋體前端兩側(cè)各增加了一道小止水帷幕。再次，當(dāng)橋體頂進(jìn)就位后，在框構(gòu)橋四角壓注雙液漿，在橋體四角邊墻與鄰近支護(hù)樁之間形成止水帷幕。這一套流程走完，后補(bǔ)底板和刃角側(cè)面的地下水便止住了。

3.4.1 后補(bǔ)底板施工

后補(bǔ)底板混凝土在凝固過(guò)程中產(chǎn)生收縮徐變，地下水沿施工縫冒出來(lái)，對(duì)此采用遇水膨脹橡膠止水條止水，首先在框構(gòu)橋底板前端面人工鑿出兩條平順縱向凹槽，將橡膠止水條粘貼到平滑窄條上并固定牢固，澆筑后補(bǔ)底板混凝土。從實(shí)際效果來(lái)看，該施工縫處止水處止水效果非常好，沒(méi)有出現(xiàn)從下向上的滲流現(xiàn)象。

3.4.2 后補(bǔ)刃角施工

預(yù)制框構(gòu)橋頂板及上刃角澆筑時(shí)，將Φ 10cmPVC管放置到邊墻上刃角前端，PVC管下端用防水膠帶將管口封緊，并與上刃角的底端模板嚴(yán)密結(jié)合，與鋼筋固定在一起，上端露出橋體頂板頂面約5 cm左右，見(jiàn)圖4。

當(dāng)灌注下刃角下部混凝土?xí)r，混凝土輸送泵通過(guò)下刃角上部灌注混凝土并振搗；當(dāng)灌注下刃角上部混凝土?xí)r，先支立加固封堵下刃角上部模板，從橋體頂部灌注混凝土，并通過(guò)模板外進(jìn)行振搗。

4 結(jié)語(yǔ)

臨近運(yùn)營(yíng)高鐵頂進(jìn)施工，在我國(guó)是第一例，本框構(gòu)橋頂進(jìn)是非常成功的，一是京津城際最大差異沉降累計(jì)0.329 mm，小于北京鐵路局1 mm要求，保證了京津城際高鐵和京滬鐵路的安全運(yùn)營(yíng)；二是頂進(jìn)偏差都極小，尤其是左右偏差為零；三是解決了帶水頂進(jìn)的難題。

[1]中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)[2010]2141號(hào)高速鐵路路基工程施工技術(shù)指南[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2011

[2]余彬泉,陳傳燦.頂涵施工技術(shù)[M].上海:人民交通出版社,1997

[3]馮衛(wèi)星,王克麗.地道橋設(shè)計(jì)與施工[M].石家莊:河北科學(xué)技術(shù)出版社,1999

[4]黃學(xué)寧.頂進(jìn)箱涵時(shí)扎頭的預(yù)防和糾正[J].鐵道建筑,2005(2):18～20

[5]梁衛(wèi)東,張俊平,張耀等.深基坑工程中地下水問(wèn)題的研究[J].施工技術(shù),2005,34(6):60～61