下穿既有鐵路的框架箱涵頂進(jìn)施工關(guān)鍵技術(shù)及安全質(zhì)量控制研究

陳順豐 鄭 鑫

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，黑龍江 大慶 163000）

隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)城市道路四通八達(dá)，與鐵路交叉的現(xiàn)象隨處可見(jiàn)。當(dāng)這些道路遇到地面鐵路時(shí)，通常采取兩種方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題：一種方法是通過(guò)建設(shè)高架橋跨越地面鐵路，另一種方法是通過(guò)建設(shè)框架箱涵下穿地面鐵路。而城市道路下穿鐵路工程的建設(shè)具有一定的復(fù)雜性，一方面，下穿既有鐵路的框架涵施工會(huì)影響鐵路的安全和正常運(yùn)營(yíng)，另一方面，通過(guò)施工地點(diǎn)的貨車(chē)或客車(chē)反過(guò)來(lái)也會(huì)對(duì)箱涵頂進(jìn)施工造成負(fù)面的影響。為了確保鐵路營(yíng)業(yè)線的安全，框架涵頂進(jìn)施工技術(shù)的研究必不可少。

1 工程概況

1.1 框架涵主體概況

杭州即將在2022 年舉辦第19 屆亞運(yùn)會(huì)，為優(yōu)化城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，區(qū)域內(nèi)擬建飛虹路下穿滬昆鐵路立交工程。下穿滬昆鐵路的框架箱涵共計(jì)四孔，由北向南與滬昆鐵路交叉點(diǎn)里程為: 滬昆下行K203+351.7、滬昆下行K203+380.97、 滬 昆 下 行K203+411.99、 滬 昆 下 行K203+446.02。飛虹路下穿滬昆鐵路框架涵斷面如圖1 所示。

圖1 框架涵斷面圖（單位：cm）

框架主體結(jié)構(gòu)采用C35 混凝土，鋼筋采用HRB400、HPB300，箱涵防水采用聚氨酯防水涂料?？蚣芟浜慕Y(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)表1。

表1 框架涵結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

1.2 滬昆鐵路概況

杭州市蕭山區(qū)錢(qián)江世紀(jì)城飛虹路下穿鐵路立交工程位于盈寧站與杭州東站區(qū)間，距盈寧站約5 公里，距杭州東站約4.5 公里。滬昆鐵路為雙線電氣化無(wú)縫線路，正線間距為4.05 m，鐵軌為60 kg/m 標(biāo)準(zhǔn)軌，列車(chē)最大運(yùn)行速度120 km/h。

2 主要施工內(nèi)容

2.1 框架涵頂進(jìn)工作坑支護(hù)及降、排水

框架箱涵主體結(jié)構(gòu)在工作坑內(nèi)制作，工作坑的周邊用支護(hù)樁進(jìn)行支護(hù)。φ0.8m 鉆孔灌注樁樁頂設(shè)1*0.8 m冠梁，φ1.2m 鉆孔灌注樁樁頂設(shè)1.4*1m 冠梁，基坑支護(hù)剖面如圖2 所示。

圖2 基坑支護(hù)剖面圖

基坑降水采用φ65cm 真空管井降水，降水深度為基坑下1m，每個(gè)頂進(jìn)工作坑內(nèi)設(shè)置4 處降水井，布置在基坑四角。鐵路附近布設(shè)φ65cm 回灌管井，進(jìn)入穩(wěn)定水面大于1m，在基坑內(nèi)布設(shè)排水溝與集水井，排水溝的尺寸為250*350mm，集水井的尺寸為800*800*1200mm。在基坑周邊布設(shè)引水溝將現(xiàn)場(chǎng)地表水疏排至市政管道。

2.2 箱涵預(yù)制

2.2.1 鋼筋工程

鋼筋采用HRB400、HPB300，進(jìn)場(chǎng)后需進(jìn)行原材料檢測(cè)。在施工前需要對(duì)鋼筋進(jìn)行處理，在鋼筋上不應(yīng)有油污、泥漬等，以免影響鋼筋和混凝土之間的黏結(jié)力[1]。鋼筋綁扎應(yīng)保證鋼筋的型號(hào)、位置、數(shù)量、間距等均正確無(wú)誤，預(yù)埋件固定要牢靠。

2.2.2 模板工程

框架涵模板采用2.44*1.22m 竹膠板制作, 在滑板上預(yù)埋鋼筋用于固定箱身底角模板，模板之間的拼縫應(yīng)嚴(yán)密。箱身模板加固采用直徑為12mm 的對(duì)拉螺桿，間距為50*50cm。頂板底模由面板、木方、可調(diào)頂托組成。模板支撐體系采用碗扣滿堂支架，支架設(shè)置縱向和橫向剪刀支撐。禁止用外腳手架作為支撐體系的一部分，框架箱涵的模板支撐體系必須牢靠、穩(wěn)定，可以承受住框架箱涵的所有荷載。

2.2.3 混凝土工程

框架箱涵采用商品混凝土，分段澆筑、振搗密實(shí)。下段結(jié)構(gòu)澆筑至底板以上30cm，兩邊側(cè)墻的施工縫相互錯(cuò)開(kāi)，上段結(jié)構(gòu)澆筑至頂板。上段和下段接茬部位的施工縫應(yīng)重點(diǎn)處理，首先將施工縫部位鑿毛處理，接著用高壓水槍充分噴水沖洗，最后用高等級(jí)的素水泥漿涂刷一遍。在施工現(xiàn)場(chǎng)需留置抗壓、抗?jié)B試塊各2 組，委托檢測(cè)單位養(yǎng)護(hù)和檢測(cè)。

2.3 滑板及后靠背制作

2.3.1 滑板施工

滑板底鋪設(shè)20cm 厚碎石墊層、在墊層上澆筑50cm厚C25 混凝土。為保證滑板與基坑土體共同受力，在滑板內(nèi)設(shè)置間距為3m 的地錨梁，尺寸為50*65cm。同時(shí)考慮框架涵頂進(jìn)時(shí)不偏位，在滑板左、右側(cè)分別布設(shè)50*30cm 混凝土導(dǎo)向墩。在澆筑滑板前，現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)人員應(yīng)對(duì)基坑的中心線及滑板的底標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，從而保證滑板面標(biāo)高的正確。

2.3.2 后背梁施工

為了使后背梁具有更大的承載力，本工程將后背梁與滑板連成整體，共同澆筑。后背梁的尺寸為2.4*1.5 m，采用C25 混凝土。為了減小現(xiàn)澆框架箱涵和滑床板之間的摩擦，布設(shè)隔離層，滑板、后背梁和隔離層的設(shè)置如圖3 所示。

圖3 滑板和后背梁側(cè)面圖（單位：cm）

2.4 箱涵頂進(jìn)施工

2.4.1 箱涵頂進(jìn)采用320T 液壓頂進(jìn)系統(tǒng)，具體施工工藝流程如下所示。

線路加固→安裝千斤頂→試頂→箱涵頂進(jìn)→增加頂鐵→測(cè)量→繼續(xù)頂進(jìn)→箱體就位

2.4.2 頂力計(jì)算

架設(shè)可調(diào)式絕緣系統(tǒng)D16 施工便梁加固線路，A 框架涵頂程為26.3m，B 框架涵頂程為26.84m，C 框架涵頂程為27.34m，D 框架涵頂程為27.34m。四孔框架涵按照A、C、B、D 的順序頂進(jìn)。箱涵頂推力的計(jì)算根據(jù)所給的已知條件，按照《鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10092- 2017）[2]計(jì)算出箱涵的最大頂推力。頂進(jìn)橋涵的頂力應(yīng)根據(jù)頂進(jìn)長(zhǎng)度、土的性質(zhì)、地下水情況、橋涵外形及施工方法等因素按下式計(jì)算：

式中：P-最大頂力（KN）；

N1-橋涵頂上荷載（包括線路加固材料荷載）（KN）；

μ1-橋涵頂面與頂上荷載的摩擦系數(shù)，可根據(jù)頂上潤(rùn)滑處理經(jīng)試驗(yàn)確定；無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)，涂石蠟取0.17～0.34、涂滑石粉漿取0.30，涂機(jī)油調(diào)制的滑石粉漿取0.20；

N2-橋涵自重（KN）；

μ2-橋涵底板與基底土的摩擦系數(shù)，可根據(jù)基底土性質(zhì)經(jīng)試驗(yàn)確定；無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)可取0.7～0.8；

E-橋涵兩側(cè)土壓力（KN）；

μ3-側(cè)面摩擦系數(shù)，可根據(jù)土的性質(zhì)經(jīng)試驗(yàn)確定；無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)可取0.7～0.8；

R-鋼刃腳正面阻力，可根據(jù)刃腳構(gòu)造、挖土方法、土的性質(zhì)經(jīng)試驗(yàn)確定；無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)，砂黏土取500～500kPa，卵石土取1500～1700kPa；

A-鋼刃腳正面積（m2）；

K-系數(shù)，應(yīng)采用1.2。

經(jīng)計(jì)算C 框架涵最大頂力為18701KN，采用8 臺(tái)320T 千斤頂頂進(jìn)施工。

3 箱涵頂進(jìn)施工安全質(zhì)量控制

3.1 箱涵頂進(jìn)施工過(guò)程中的糾偏

箱涵頂進(jìn)過(guò)程中，可能出現(xiàn)“扎頭”、“抬頭”和箱體旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。為防止此類現(xiàn)象的發(fā)生，須在頂進(jìn)箱涵實(shí)體的操作環(huán)節(jié)中隨時(shí)進(jìn)行方位的找正[3]。

框架箱涵頂進(jìn)作業(yè)過(guò)程中如遇到陰雨天氣，應(yīng)及時(shí)組織人員抽排積水，盡可能不在降雨天氣下頂進(jìn)施工。

施工過(guò)程中可以采取以下措施來(lái)防止“扎頭”和“抬頭”現(xiàn)象出現(xiàn)：（1）將滑板前端較軟的土體更換成級(jí)配良好的碎石并夯實(shí)，然后鋪設(shè)帶有仰頭坡的槽鋼，這樣可以強(qiáng)制箱涵“抬頭”，糾正“扎頭”；（2）當(dāng)箱涵“扎頭”比較嚴(yán)重的時(shí)，在箱涵前端底板下挖出一個(gè)50*50*100cm 的工作坑，在坑內(nèi)澆筑混凝土，然后再將千斤頂放置在工作坑內(nèi)，將箱涵頂推到預(yù)定高程，同時(shí)對(duì)箱涵頂進(jìn)方向上的土體進(jìn)行加固，以實(shí)現(xiàn)糾正“扎頭”的目的。

箱身方向糾偏：（1）通過(guò)調(diào)節(jié)箱涵兩側(cè)的頂力來(lái)糾正方向偏差；（2）通過(guò)調(diào)整箱身兩側(cè)后背頂鐵來(lái)糾正方向偏差。（3）通過(guò)經(jīng)緯儀測(cè)量，嚴(yán)格控制方向和標(biāo)高偏差?？蚣芟浜行木€及高程監(jiān)測(cè)布點(diǎn)位置如圖4 所示。

3.2 應(yīng)力放散

滬昆鐵路為無(wú)縫線路，頂進(jìn)涵施工會(huì)影響到鐵路路基的穩(wěn)定性，施工前需進(jìn)行應(yīng)力放散。依據(jù)線路設(shè)備管理單位實(shí)施應(yīng)力放散后所提供該應(yīng)力放散區(qū)域的無(wú)縫線路鎖定軌溫?cái)?shù)據(jù)管理資料，項(xiàng)目部實(shí)施施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制。應(yīng)力放散結(jié)束后，在線路南北兩端應(yīng)力放散點(diǎn)處各向外75m 布設(shè)線路爬行觀測(cè)樁。并及時(shí)測(cè)量滬昆鐵路施工地點(diǎn)的軌溫、軌縫，控制好每一次線上作業(yè)的軌溫。

3.3 既有線路的加固

箱涵頂進(jìn)施工期間，應(yīng)保證列車(chē)的正常平穩(wěn)運(yùn)行，根據(jù)相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，并結(jié)合滬昆鐵路的實(shí)際情況。頂進(jìn)箱涵時(shí)在條基外側(cè)拖架D16 型便梁，切實(shí)有效加固線路，確保線路幾何狀態(tài)穩(wěn)定[4]。此次施工共計(jì)使用12 組D16 型施工便梁，D16 型便梁和軌道吊臨時(shí)停放在盈寧站，根據(jù)鐵路施工要點(diǎn)的具體時(shí)間封鎖施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。計(jì)劃封鎖施工合計(jì)約36 次, 每次單線封鎖120分鐘。

施工地點(diǎn)位于雙線直線段，線間距4.05m，D16 型便梁采用低位架設(shè)。便梁條形基礎(chǔ)共計(jì)8 處，尺寸為24.3*4.6*1.8m、24.75*4.6*1.8m、25.27*4.6*1.8m，采用C40鋼筋混凝土，條形基礎(chǔ)下密打φ60cm 樁長(zhǎng)27m 高壓旋噴樁。滬昆鐵路下框架涵采用直徑0.6m、間距1.2m 的高壓旋噴樁加固。D16 型施工便梁加固線路如圖5 所示。

圖5 D16 型施工便梁加固線路

3.4 線路監(jiān)測(cè)

3.4.1 路基監(jiān)測(cè)

對(duì)于線路施工開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，監(jiān)測(cè)工作能夠在其中發(fā)揮非常重要的作用[5]。滬昆鐵路與本工程交叉范圍的鐵路路基應(yīng)進(jìn)行路基變形監(jiān)測(cè)，主要包括線路交叉處鐵路路基前后各50m，觀測(cè)點(diǎn)每5m 設(shè)置1 個(gè)。在施工期間，要對(duì)路基變形進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)。在列車(chē)正常運(yùn)行條件下，測(cè)量次數(shù)保持在每?jī)尚r(shí)觀測(cè)一次，保證既有線路的幾何狀態(tài)穩(wěn)定。

3.4.2 便梁支墩位移監(jiān)測(cè)

每一個(gè)便梁支墩布設(shè)一處觀測(cè)樁，現(xiàn)場(chǎng)截取直徑為20mm，長(zhǎng)度為30cm 的圓鋼，在澆筑便梁支墩時(shí)放置在混凝土內(nèi)，露出混凝土表面10cm。制作完成后每隔2 小時(shí)觀測(cè)一次。當(dāng)便梁支墩每天下沉2mm，或者累計(jì)下沉10mm 時(shí)，應(yīng)及時(shí)對(duì)線路的幾何狀態(tài)進(jìn)行檢查，采取補(bǔ)救、加固措施。

4 結(jié)論

綜上所述，本文通過(guò)工程實(shí)例，分析了框架箱涵頂進(jìn)施工技術(shù)及其安全、質(zhì)量控制措施。可以看出，框架箱涵頂進(jìn)施工中應(yīng)力放散、線路加固、鐵路路基監(jiān)測(cè)是安全控制的關(guān)鍵，箱涵制作、箱涵頂進(jìn)施工是質(zhì)量控制的關(guān)鍵。鐵路施工企業(yè)要精心組織框架箱涵頂進(jìn)施工，減少施工對(duì)鐵路的影響。