王勝祖

(中鐵十一集團(tuán)第二工程有限公司，湖北 十堰 442013)

0 工程概況

該頂進(jìn)框架橋位于兗州西站東咽喉區(qū)，為兗礦集團(tuán)鐵路專用線工程下穿荷日線而設(shè)，橋址位于菏日線K292+374.63處。該橋全長(zhǎng)31.4 m，孔徑6-16-6 m鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)，橋?qū)?6.7 m，結(jié)構(gòu)全高8.2 m，凈高6.2 m，兩側(cè)各設(shè)1.7 m寬的人行道懸臂，橋軸線與荷日線正交。橋上線路:正線2股、到發(fā)線1股、交叉渡線1股、道岔2組，線路縱坡i=+0.006。該橋橋身主體為C35鋼筋混凝土，兩側(cè)設(shè)翼墻。橋上設(shè)雙側(cè)混凝土欄桿、擋碴塊、護(hù)輪軌、兩端設(shè)檢查臺(tái)階，橋面采用橫向排水。路基高約2 m，鐵路兩側(cè)為農(nóng)田，橋址附近有鐵路通信、信號(hào)設(shè)施，施工時(shí)需進(jìn)行改移。

箱涵施工位置場(chǎng)地地表向下分布有素填土、粉質(zhì)黏土、膨脹黏土、中砂及粉質(zhì)黏土、中砂、黏土、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂、粉質(zhì)粘土。框架橋基底置于黏土層上，箱身設(shè)計(jì)基底應(yīng)力σ=120 kPa，擋土墻設(shè)計(jì)基底應(yīng)力σ =220 kPa，地基允許承栽力［σ］=220 kPa。勘探過程中地下水水位38.95～39.36 m。

1 施工方案

本工程下穿荷日線，施工與周邊干擾大。擬采用整體頂進(jìn)法施工，箱體在荷日線上行線橋址處左側(cè)空地上進(jìn)行預(yù)制。根據(jù)設(shè)計(jì)要求箱橋采用整體預(yù)制，縱橫抬梁法加固線路，整體頂進(jìn)就位。施工過程以框架橋預(yù)制、頂進(jìn)為主線，在框架橋預(yù)制、頂進(jìn)過程中施工不影響框架橋預(yù)制、頂進(jìn)區(qū)段的引道土方、引道擋土墻漿砌片石?？蚣軜蝽斶M(jìn)完畢，立即施工引道工程項(xiàng)目。

頂進(jìn)開挖以機(jī)械為主，邊坡、隅角修整采用人工施工，土方采用自卸汽車運(yùn)輸，頂進(jìn)設(shè)備采用200 t頂鎬，高壓聯(lián)合泵站控制臺(tái)，以確保供油量和供油速度?；油庠O(shè)明溝阻斷地面明水進(jìn)入基坑，基底設(shè)匯水溝和積水井，排出基底雨季積水?；又車O(shè)輕型井點(diǎn)降低地下水位，同時(shí)在預(yù)制基坑周圍及頂進(jìn)位置處鐵路對(duì)面布置大口井降低地下水。

線路加固前將頂進(jìn)施工有影響的電力、通訊光、電纜進(jìn)行必要的改移或架空防護(hù)，同時(shí)委托工務(wù)部門對(duì)既有無縫線路進(jìn)行放散處理，將無縫線路更換為有縫線路，施工完畢后再行恢復(fù)。

總體施工順序［1］為:施工準(zhǔn)備→工作坑開挖→滑板及后背施工→預(yù)制箱體→通信、信號(hào)防護(hù)處理→既有無縫線路放散→線路卸載→頂進(jìn)施工→架設(shè)便梁對(duì)箱橋兩側(cè)進(jìn)行卸載→進(jìn)行擋土墻基礎(chǔ)及墻身施工→恢復(fù)線路→竣工。

2 施工方法

2.1 施工準(zhǔn)備

開工前對(duì)施工位置的地形、地質(zhì)水文、地上設(shè)施、地下管線等情況進(jìn)行調(diào)查。及時(shí)與鐵路有關(guān)部門簽定施工安全配合協(xié)議，由產(chǎn)權(quán)單位改移橋址處通信、信號(hào)光電纜及電力線或進(jìn)行必要的架空防護(hù)。項(xiàng)目部技術(shù)人員熟悉設(shè)計(jì)文件及施工圖紙，掌握設(shè)計(jì)意圖、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步作好現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、收集有關(guān)資料。根據(jù)本施工組織設(shè)計(jì)及時(shí)作好分部、分項(xiàng)施工技術(shù)交底，呈報(bào)工程材料備料單、機(jī)具使用計(jì)劃。施工前認(rèn)真對(duì)建設(shè)單位現(xiàn)場(chǎng)提供的公路中線控制樁、水準(zhǔn)基點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，確保橋中線與公路中線貫通一致，橋中線控制樁設(shè)置好后必須經(jīng)建設(shè)單位現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)和簽署書面意見后方可施工。

2.2 排降水與工作坑開挖

(1)地表明水的處理［2］。橋涵施工時(shí)，要做好工作坑周圍地表水的疏導(dǎo)、排出工作，基坑外側(cè)設(shè)草袋圍堰及邊溝擋水，以防雨季積水匯入預(yù)制場(chǎng)地。

(2)基坑內(nèi)及地下水排降方式。該橋橋址地下水位高，地下水豐富，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙地質(zhì)縱斷面圖，框架橋基底在地下水位以下4.76～5.17 m。為保證工程質(zhì)量，整個(gè)施工過程中，應(yīng)將地下水位降至基底以下0.5～－1.0 m，使工作面保持干燥無水。橋涵預(yù)制基坑開挖必須采取大口井降低地下水，以確?；娱_挖坑壁安全、基底面干燥不被水浸泡影響地基承載力。大口井布置數(shù)量計(jì)算如下［3］:

2.3 工作坑及后背墻施工

施工前將施工場(chǎng)地作隔離措施，工作坑土方開挖施工采用挖掘機(jī)開挖，人工清底，工作坑靠近鐵路一側(cè)土層按不小于1∶1.5放坡，其它側(cè)面土層按1∶1放坡。工作坑開挖寬度較橋涵身每側(cè)增加1.3 m，以利于排水溝槽的設(shè)置;工作坑砼底板較橋涵身每側(cè)增加0.8 m，以便于立邊墻模板及人工操作。工作坑機(jī)械開挖至離基地0.4 m左右時(shí)，采用人工開挖清底，避免機(jī)械超挖，而引起回填造成基底土質(zhì)不勻，錨梁采用人工開挖，工作坑開挖完成后立即進(jìn)行滑床板混凝土灌注，防止雨水灌入，對(duì)于遇水浸泡的滑床板底面要進(jìn)行加深或換填改良處理，如開挖后遇其它特殊地質(zhì)地基按特殊地基的處理方法進(jìn)行施工。工作坑開挖完成后立即進(jìn)行工作坑底板鋼筋綁扎灌注砼，防止雨水灌入。對(duì)于遇水浸泡的工作坑底板底面需要進(jìn)行加深加固或回填改良處理。

頂進(jìn)后背墻采用M10漿砌片石和鋼筋砼后背梁復(fù)合形式。為減少工作量和保證后背墻的承載力，在確保施工安全的情況下，盡量減少挖后背墻后面的土方。后背墻的砌筑和土方回填質(zhì)量是保證頂進(jìn)工作順利完成的關(guān)鍵工序，施工時(shí)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行施工，確保后背墻M10漿砌片砌筑質(zhì)量、回填土方的夯實(shí)度達(dá)到規(guī)定要求。鋼筋砼后背梁要一次性施工完畢，保證后背梁與后背墻之間密貼，使后背墻受力均勻。并與工作坑鋼筋砼底板連為一體，工作坑鋼筋深入鋼筋砼后背梁內(nèi)，確保頂進(jìn)后背安全。

2.4 工作坑底板砼及潤(rùn)滑層施工

滑床板采用鋼筋混凝土，前端比箱體長(zhǎng)3.0 m，兩側(cè)各加寬0.5 m，后端與后背梁相接，底板兩側(cè)和前端設(shè)0.5 m寬排水溝，設(shè)兩個(gè)集水井。底板面應(yīng)平整，2 m長(zhǎng)度內(nèi)凹凸不大于5 mm。底板面上鋪潤(rùn)滑層，潤(rùn)滑層為1.5 mm厚石臘層，然后上鋪兩層厚塑料布或一層油毛沾即可。底板每隔3 m設(shè)置一道錨梁，每隔4 m設(shè)置一個(gè)導(dǎo)向墩(可采用鋼軌)。

為防止箱體扎頭［4］，工作底板做成2‰的上坡?；舶宀捎昧锊鄯绞焦嘧ⅲ苑乐巩a(chǎn)生離析現(xiàn)象和骨料分布不勻，滑床板邊模采用槽鋼，用鋼筋聯(lián)接插入地基固定，混凝土采用平面振搗器振搗，人工抹平。表面平整度要求:用2 m直尺連續(xù)測(cè)量其凹凸差不超過5 mm。

2.5 線路加固

2.5.1 加固方法

頂進(jìn)施工時(shí)，線路加固采用縱橫抬梁法［5］架空線路進(jìn)行。

(1)線路加固順序。要封鎖點(diǎn)→線路應(yīng)力放散→線路慢行→抽鋼筋砼枕換木枕→要封鎖點(diǎn)穿入軌束梁→利用慢行點(diǎn)穿入工字鋼橫梁。

(2)箱體頂進(jìn)橫抬梁線路加固方法。線路限速行駛后，分段利用封鎖要點(diǎn)在每股線路每側(cè)基本鋼軌下拉入5扣軌束梁，軌束梁架設(shè)于H40型鋼上，軌束梁與線路砼枕間塞木板或木枕。軌束梁與線路砼枕用特制的U型螺栓加扣板連接，扣板與砼枕間設(shè)橡膠墊板或木板。在枕木中間設(shè)置7扣軌束梁以增強(qiáng)線路的穩(wěn)定，7扣軌束梁設(shè)置方法同5扣軌束梁。每股線路共計(jì)扣軌梁17扣，扣軌束梁延伸至箱橋外側(cè)15 m。線路下軌束梁拉入順序:每股線路內(nèi)側(cè)5扣軌束梁，中間7扣軌束梁，外側(cè)5扣軌束梁。線路限速行駛后，在正線、站線及渡線箱體頂部影響范圍內(nèi)基本軌枕木下，利用慢行點(diǎn)將H40型鋼每二片組合成橫抬梁按中－中1.2 m間距穿入線路下，橫抬梁在箱體頂預(yù)先鋪好的鋼板上拼裝，支墊于箱體及線路間路基的枕木支撐點(diǎn)上。穿入時(shí)，扒開橫抬梁位置處的軌束梁下的道床，將在箱體上組拼好的橫抬梁用卷揚(yáng)機(jī)拉入，在線路下與H40型鋼間用短枕木支撐線路，待穿入后的橫抬梁及短枕木墊實(shí)墊穩(wěn)可承受線路荷載后，方可進(jìn)行下一組的穿入工作。通過不斷穿入橫抬梁，使線路荷載逐漸轉(zhuǎn)移至鋼橫抬梁上。為防止頂進(jìn)時(shí)線路橫移，在頂進(jìn)后方用鋼絲繩牽引線路，線路加固完畢后，進(jìn)行挖土頂進(jìn)施工。另外，H型鋼前端枕木支撐后背是否牢固是確保頂進(jìn)過程中線路不發(fā)生橫移的關(guān)鍵因素，在施工過程中必須重視H型鋼前端枕木支撐后背的埋設(shè)及路基外幫填土的夯實(shí)工作，項(xiàng)目部技術(shù)、安全、質(zhì)量、施工負(fù)責(zé)人必須引起重視，把好施工過程關(guān)，并派專人檢查落實(shí)情況?？蚣軜蛲鈧?cè)線路加固采用H型鋼束橫抬支撐鋼軌束縱抬線路進(jìn)行加固。H型鋼束使用跨度10 m，4片組成一束，設(shè)置圓管砼支墩為支點(diǎn)，H型鋼組中至中間距4.5 m。

2.5.2 線路加固方案檢算

箱涵結(jié)構(gòu)高8.2 m，橫抬梁計(jì)算跨度按照滿足框架橋結(jié)構(gòu)最小條件檢算［6］。H型鋼規(guī)格:HW400×400，H×B=400×408 mm，每根長(zhǎng)18 m，Wx=3560 cm3;Ix=71100 cm4;理論質(zhì)量197 kg/m。H型鋼布置2根一組，中心間距1.2 m。

(1)頂進(jìn)時(shí)H型鋼橫抬梁最大跨度受力檢算［7］。結(jié)構(gòu)受力模型如圖1。橋長(zhǎng)31.4 m，線路均布荷載 q=115.1 kN/m，沖擊系數(shù) μ =1.392，則P1=192.3 kN。根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》所規(guī)定的荷載、彎距圖及計(jì)算公式得，B處彎矩MB=936.5 kN·m，C處彎矩 MC=641kN·m，按照 B處彎矩檢算強(qiáng)度:σ =131.5 MPa＜［σ］=170 MPa，滿足要求。B處撓度最大fB=3.8 cm ＜ ［f］ =1600/400=4 cm，滿足要求。

圖1 結(jié)構(gòu)受力模型(單位:m)

(2)箱側(cè)H型鋼檢算。箱橋外側(cè)每側(cè)設(shè)置3組2拼連續(xù)等跨H型鋼加設(shè)在C15砼支墩上，間距4.5 m。H型鋼橫穿3股線路及交叉渡線1道，檢算按照3跨連續(xù)梁簡(jiǎn)化［8］(其中1股道為安全線，行車次數(shù)少)，如圖2。當(dāng)3股線路機(jī)車輪對(duì)壓在H型鋼上 q=198 kN/m，沖擊系數(shù) μ =1.51，則 P=445.5 kN?？鐑?nèi)最大彎矩M=588.6kN·m，強(qiáng)度檢算:σ =82.7 MPa＜［σ］=170 MPa滿足要求?？鐑?nèi)最大撓度f=1.25 cm，滿足要求。當(dāng)只有1股線路機(jī)車輪對(duì)壓在H型鋼時(shí)，根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》計(jì)算公式得，跨內(nèi)最大彎矩M=673 kN·m，強(qiáng)度檢算:σ =945.2MPa＜ ［σ］=1700 MPa，滿足要求?？鐑?nèi)最大撓度 f=0.27 cm ＜ ［f］ =500/400=1.25 cm，滿足要求。當(dāng)只有2股線路機(jī)車輪對(duì)壓在H型鋼時(shí)，跨內(nèi)最大彎矩M=717kN·m，強(qiáng)度檢算:σ=100.7MPa＜［σ］=170 MPa滿足要求。跨內(nèi)最大撓度f=0.3 cm＜［f］=500/400=1.25 cm 滿足要求。

圖2 檢算示意圖(單位:m)

(3)H型鋼砼支座檢算。便梁支墩計(jì)算時(shí)，考慮的加載狀態(tài)見圖3。支座反力R=1100 kN;外側(cè)支座底面積A=0.5R/fk=3.93 m2;因此支墩最小底面積采用4.0 m2;中間支座底面積A=R/fk=110/14=7.86 m2;支墩最小底面積采用 8.0 m2。路基面以下支墩采用C15片石砼，深度約2 m，分兩步臺(tái)階，臺(tái)階寬0.5 m;路基面以上采用枕木支墩。

圖3 加載狀態(tài)(長(zhǎng)度單位:cm;力單位:kN)

2.6 箱涵頂進(jìn)施工

箱體頂進(jìn)前應(yīng)具備下列條件:箱體鋼筋混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%;線路已加固完畢;后背施工完畢并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，頂進(jìn)設(shè)備安裝完畢已進(jìn)行試頂;將地下水已降至滑板以下0.5～1.0 m。

2.6.1 最大頂力計(jì)算［8］

涵洞的頂進(jìn)從開始起動(dòng)，全部入土，至涵洞就位所需之力即頂力。其中以涵洞全部入土?xí)r所需之力為最大。該力除克服涵洞主體與土壤間的摩擦阻力，尚應(yīng)留有一定富余，以便順利頂進(jìn)。計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)頂進(jìn)箱涵的長(zhǎng)度、土的性質(zhì)、地下水情況、涵洞外形及施工方法等因素按下式計(jì)算

式中，Pmax為最大頂力;K為安全系數(shù)，取1.2;N1為涵頂荷載;f1為涵頂面與頂上荷載的摩擦因數(shù);N2為結(jié)構(gòu)自重;f2為箱身底板與基底土的摩擦因數(shù)，一般采用0.7～0.8;E為結(jié)構(gòu)側(cè)面土壓力;f3為側(cè)面摩擦因數(shù);R為鋼刃角正面阻力;A為鋼刃角正面積。根據(jù)本工程具體情況，摩擦系數(shù)取值為:f1=0.3，f2=f3=0.8，經(jīng)過計(jì)算最大頂力Pmax=65560 kN，設(shè)計(jì)最大頂力Pmax=88000 kN，因此所需要的頂力取Pmax=(Pmax計(jì)算+Pmax設(shè)計(jì))/2=(65560+88000)/2=76780 kN。

2.6.2 頂進(jìn)設(shè)備組成

箱體頂進(jìn)需要頂力Pmax為76780 kN，頂程36 m。油頂個(gè)數(shù):采用200 t油頂，油頂效率按70%計(jì)，每個(gè)油頂有效頂力140 t，需要200 t油頂76780/140=54.8個(gè)，按照56個(gè)油頂?shù)染嗖贾茫謩e由2個(gè)液壓控制臺(tái)控制，頂鎬等距布設(shè)于箱體底板后部。

2.6.3 頂進(jìn)作業(yè)方式

頂進(jìn)設(shè)備、傳力設(shè)備安裝調(diào)試完畢，并試頂無誤后，開始頂進(jìn)施工，箱身在工作坑滑板上頂進(jìn)時(shí)，要特別注意箱體的軸線方向，一進(jìn)入線下施工，立即組織加快挖土出土速度，并實(shí)行三班倒連續(xù)作業(yè)。頂進(jìn)挖土采用挖掘機(jī)挖土，人工清底，自卸車運(yùn)輸?shù)姆绞竭M(jìn)行。嚴(yán)格限制每次作業(yè)循環(huán)進(jìn)尺，每次開挖控制在0.5 m以內(nèi)，一個(gè)頂程的土方開挖完成后，立即進(jìn)行箱橋基礎(chǔ)速凝砼換填，待速凝砼達(dá)到強(qiáng)度后頂進(jìn)箱身，使箱身緊靠開挖面，然后進(jìn)行下一循環(huán)的施工，開挖面坡度控制在1∶0.5～1∶1之間，不得超挖。開挖面寬度應(yīng)小于箱體外輪廓10 cm，使箱體側(cè)面吃土頂進(jìn)。千斤頂加壓應(yīng)均勻，出現(xiàn)偏差及時(shí)調(diào)整。頂進(jìn)中施工人員每頂一頂程，均對(duì)其高程及方向測(cè)量一次，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)研究，制定措施加以糾正，如遇到“仰頭”“扎頭”現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)處理，確保頂進(jìn)質(zhì)量。頂進(jìn)時(shí)為防止掏空橋兩側(cè)既有路基，鋼刃角嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖位置安裝，并且必須吃土頂進(jìn)［9］。頂進(jìn)施工利用列車行車間隙進(jìn)行，頂進(jìn)過程中傳力柱更換要快，長(zhǎng)傳力柱的更換擬定采用人力配合12 t吊車進(jìn)行，短傳力柱由人工更換。

2.6.4 頂進(jìn)過程中的偏差控制

在箱涵頂板和底板上標(biāo)出橋軸線，以設(shè)計(jì)中線方向點(diǎn)觀察核對(duì)箱身中線位置，確保頂進(jìn)方向正確。箱涵前后標(biāo)高和左右水平，以水平儀抄平控制，以便隨時(shí)掌握偏差并調(diào)整。頂進(jìn)最終允許偏差:中線不大于20 cm(一端頂進(jìn));高程不大于頂程的1%，但偏高不大于15 cm，偏底不大于20 cm。

2.6.5 安全施工技術(shù)要求

為確保頂進(jìn)施工順利進(jìn)行，并保證行車安全，施工期間兩端派防護(hù)人員，防護(hù)人員若在線路上發(fā)現(xiàn)危及行車安全的故障時(shí)，立即果斷處理。指派有經(jīng)驗(yàn)的線路檢查人員隨時(shí)認(rèn)真檢查施工便梁、路基及線路變化，如標(biāo)高、水平位移、軌面不平等，一旦發(fā)現(xiàn)問題，立即調(diào)整處理。當(dāng)列車通過時(shí)，必須停止頂進(jìn)，施工人員撤離工作面。施工期間要嚴(yán)格管理施工機(jī)械及工具，嚴(yán)防侵限。頂進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)要備有足夠的道碴、枕木、草袋、木材、鋼軌等以應(yīng)急搶修時(shí)用。列車通過時(shí)，挖土人員應(yīng)離開開挖面1m以外，嚴(yán)禁繼續(xù)挖土。列車通過后，線路觀察人員必須仔細(xì)檢查路基有無裂紋及坍塌現(xiàn)象，確認(rèn)無危及安全的因素后，方可繼續(xù)挖土。情況不明、有危及行車及人身安全因素存在時(shí)，嚴(yán)禁挖土。頂進(jìn)時(shí)，頂柱及后背上部嚴(yán)禁站人。當(dāng)列車通過時(shí)，必須停止頂進(jìn)，施工人員撤離工作面。施工期間要嚴(yán)格管理施工機(jī)械及工具，嚴(yán)防侵限。頂進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)要備有足夠的道碴、枕木、草袋、木材、鋼軌等以應(yīng)急搶修時(shí)用［10］。抽拉活動(dòng)工字鋼橫抬梁利用列車間隙進(jìn)行，抽拉工字鋼 用絞磨或卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行抽拉，隔一根，抽一根，抽好后及時(shí)墊平［8］。

3 結(jié)語

在該橋頂進(jìn)施工中，對(duì)每個(gè)施工環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)分析，對(duì)每項(xiàng)受力狀況結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、環(huán)境和工程條件，進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，在實(shí)際操作中逐項(xiàng)校核，使得該箱涵頂進(jìn)過程取得了良好效果，為今后施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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