淺談在大跨度鐵路下穿箱體頂進過程安全加固和方向控制

張博涵 中國鐵路上海局集團有限公司新長工務段

1 引言

某城市風光帶路下穿鐵路立交工程，箱涵孔徑為1孔15m×15m立交涵，底板為厚度為1m，頂板厚度為0.8m，箱體壁厚為1m，箱體長為15m，蓋梁基礎距離箱體1.3m，框架涵頂程32m。土質(zhì)自上而下均為粉砂土為主，土體承載力較弱。由于箱體跨度大，頂程長，結(jié)構(gòu)自身重，在箱體的頂進的過程中結(jié)構(gòu)橫向、豎向的偏差都會對列車運行以及后續(xù)的施工造成極大的影響，為確保施工過程中列車正常運行，合理控制施工成本，在施工前充分分析施工難點安全隱患，制定相關(guān)加固方案，確實施工穩(wěn)定進行。

2 頂進過程中框架涵可能發(fā)生的位移偏差和安全風險隱患

2.1 箱體頂進和頂進拉槽可能構(gòu)成的安全隱患

（1）頂進拉槽時，挖機放坡超挖，觸動蓋梁底基礎，影響蓋梁底既有土體的受力情況，列車通過作業(yè)地點時，豎向壓力再相對增加，容易使蓋梁傾覆，導致便梁整體傾斜，繼而影響線路穩(wěn)定。

（2）由于框架涵箱體體積大，蓋梁基礎橫向距離箱身距離較近，開口箱兩側(cè)的不均勻?qū)ΨQ，加大了在頂進過程中方向的控制難度。箱體頂程超過32m，頂管管節(jié)為6節(jié)（8m+8m+8m+4m+2m+2m），管節(jié)接縫處較多，增大箱體頂進方向的控制難度，難以調(diào)整框架涵方向，稍有不慎，就會使框架涵在頂進過程中擠碰到蓋梁，造成蓋梁偏移，連帶便梁支墩乃至鋼軌方向都產(chǎn)生偏差，影響列車正常運行。

2.2 框架涵頂進過程產(chǎn)生“扎頭”

（3）本段施工地點為黃淮海平原地帶，施工地點南100m為黃河故道，地下水位較高。根據(jù)設計提供的地質(zhì)報告，施工地點主要以粉砂土為主，土體承載力較差，遇雨水天氣容易塌方。由于箱體跨度大，鋼筋密度大，混凝土標號高，根據(jù)施工圖紙計算，框架涵重量為1900t，如采取直接拉槽帶土頂進的方案，會增加框架涵“扎頭”風險。

3 框架涵頂進安全加固辦法

3.1 便梁支墩(蓋梁)加固

為有效保障挖機拉槽時超挖改變原有蓋梁下基礎土體穩(wěn)定和箱體頂進過程中涵洞偏移可能對蓋梁產(chǎn)生的擠碰。在合理控制施工成本，加快施工進度的基礎上，確定蓋梁底部增加高壓旋噴樁施工工藝。

根據(jù)地質(zhì)報告及現(xiàn)場地基承載力試驗，確定為7m長的高壓旋噴樁，水灰比為1：1，普通硅酸鹽42.5水泥，水泥漿比重為1.49，漿液噴射壓力＞15MPa，提升速度0.15m/min～0.25m/min。樁頂位于蓋梁底端，樁心位于蓋梁縱向兩側(cè)，每側(cè)為雙排，蓋梁邊覆蓋到雙排樁中心，并延申至蓋梁外兩側(cè)1米處。鉆機安防需垂直，旋噴管的允許偏差不大于15%，鉆孔位置的偏差不大于50mm，施工時采用跳打施工，使相鄰樁身連續(xù)，增加土體穩(wěn)定和承載力，相鄰兩樁施工時間間隔不小于48h。

由于樁機施工時是在列車正常運行狀態(tài)下施工，即在便梁架設之后拉槽內(nèi)施工，樁機施工要求在保證質(zhì)量的情況下盡快結(jié)束，施工過程中要求樁機注意幾點：（1）列車通過時禁止注漿。樁機噴漿時，對土體產(chǎn)生巨大震動，列車通過時增加便梁臨時支墩的豎向荷載，可能會影響線路路基穩(wěn)定。樁機作業(yè)時設置現(xiàn)場防護員，提前通知樁機操作人員，確保來車時停止作業(yè)。（2）樁機施工時加強沉降觀測。高壓旋噴樁施工時，噴出漿液與土體融合到一起，會使土體產(chǎn)生一定的膨脹，影響便梁臨時支墩穩(wěn)定。在施工前、施工中、施工后，都要定時對便梁臨時支墩及基坑邊坡進行沉降觀測。便梁支墩觀測：觀測頻率4小時/次，累計沉降量超過10mm，或者單次超過2mm，停止施工，檢查原因。路基沉降觀測：觀測頻率4小時/次，累計變化超過10mm，或者單次超過4mm，停止施工，分析原因。線路檢查按有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

3.2 在箱體兩側(cè)增加導向槽

導向槽在箱體兩側(cè)各設置鋼筋混凝土擋墻，作用是在箱體頂進初始階段，箱體在通過油頂傳遞過來的推力，在導槽內(nèi)沿導槽控制方向內(nèi)向前移動，防止箱體移動中過大偏移，有效降低箱體頂進初期的過度偏差。由于箱體重量大，頂進時產(chǎn)生的底板摩擦力和兩導槽之間的摩擦力，容易使導向槽擠碎破壞。

根據(jù)箱體尺寸和箱體重量計算，確定導向槽長度為16m，導向槽寬度為0.3m，高度為0.3m。導向槽縱向主筋為U型Ф 25螺紋鋼，間距0.3m，鋼筋兩腿與基坑滑板主筋焊接，預埋在基坑滑板上，縱向筋為Ф20鋼筋，間距10cm，與U型筋焊接。導向槽混凝土標號為C40（或與箱體同標號），在滑板澆筑凝固后開始扎進立模作業(yè)。導向槽內(nèi)側(cè)與箱體預留2cm，中間用木模板隔離，頂進前取出，導向槽混凝土達到箱體混凝土強度后允許頂進，頂進期間注意觀察箱體與導向槽的擠壓情況，根據(jù)觀測，通過對油頂?shù)目刂撇扇〈胧ο潴w進行的糾偏。

3.3 拉槽時設置滑板船頭坡

頂進前在鐵路路基兩側(cè)各增設四口管井，降水，降水深度保持達到滑板下至少0.5m，方可開始拉槽。當箱體頂進移動進入拉槽區(qū)域過程中，箱體由在鋼筋混凝土滑板上移動到素土上，支撐箱體土體承載力發(fā)生變化，箱體容易產(chǎn)生栽頭。向鐵路路基方向延長滑板14m到路基坡腳，設置一個延長滑板的過渡區(qū)域，延長滑板的終點高程比起點相對高程高出3cm，即“船頭坡”，有利于箱體進入延長滑板保持昂頭的角度，減少箱體栽頭概率。

延長滑板前，觀測降水井的降水深度，當降水深度降至滑板土層下0.5m時，可以開挖。將滑板原有水平鋼筋鑿出，延長滑板的鋼筋焊接至原滑板鋼筋上。鋼筋縱筋采用Ф18螺紋鋼，橫筋采用Ф18螺紋鋼，間距為20cm，混凝土為C30混凝土，強度達到85%才能進行試頂。延長滑板同樣設置導向槽，導向槽U型鋼筋與延長滑板鋼筋焊接，一起澆筑，待混凝土凝固達到強度再對導向槽上部鋼筋綁扎立模，再次澆筑，延長導向槽內(nèi)側(cè)與箱體預留3cm。

為保證列車正常運行，降水井開始抽水后，定期對降水井出水狀況和路基坡腳沉降進行觀測。

（1）主要觀察管井水質(zhì)、出水量。管井降水時，井內(nèi)水質(zhì)應清澈，無砂礫，水量應充足，若發(fā)現(xiàn)出水水質(zhì)有泥沙或降水井下沉，應立即停止抽水，分析原因。

（2）開始打井前，應對路基坡腳進行沉降觀測，路基沉降觀測：觀測頻率4小時/次，累計變化超過10mm，或者單次超過4mm，停止施工，分析原因。線路檢查按有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

4 結(jié)束語

隨著城市的發(fā)展，新建道路不斷延伸，既有鐵路經(jīng)常阻礙鐵路往往會影響城市的規(guī)劃、發(fā)展，因而下穿鐵路立交項目不斷增多。其中，大跨度箱體在既有營業(yè)線鐵路下穿頂進施工中，是施工中難度最大，安全風險最高的環(huán)節(jié)之一，通過以上合理的施工加固方案，加強安全風險研判控制，定時對相關(guān)設備的觀測，菜區(qū)對項目的動態(tài)控制管理，是保證列車安全運行，保證施工安全的重要措施。