高玉蘭

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

1 工程概況

1.1 工程位置、結(jié)構(gòu)形式

本工程位于滄州火車站北端，現(xiàn)狀為8股鐵路線，2組鐵路道岔，均為南北走向。擬建橋影響范圍內(nèi)有3組電氣化接觸網(wǎng)桿，線間鐵路設(shè)備、設(shè)施及地下管線眾多，均需改移或防護(hù)。擬建橋位處有一座人行通道，孔徑3 m×3 m，橋體頂進(jìn)時(shí)將其同步拆除。擬建橋下穿1處平交道口，寬5.5 m，橋體頂進(jìn)前須將其拆除，并在車站南端頭采取臨時(shí)過(guò)渡措施，待橋體頂進(jìn)就位后原位恢復(fù)。擬建橋下穿3處旅客站臺(tái)，橋體頂進(jìn)前須拆除北端部分站臺(tái)，并在南端順接臨時(shí)站臺(tái)，待橋體頂進(jìn)就位后站臺(tái)原位恢復(fù)。橋涵結(jié)構(gòu)形式為9 m-16.5 m-9 m 3孔框架橋，頂進(jìn)前節(jié)長(zhǎng)25.241 m，頂進(jìn)后節(jié)長(zhǎng)45.649 m，全橋總長(zhǎng)70.92 m，總寬38.7 m，總高8.4 m，公鐵交角為85°07'30″，采用 C45 P8鋼筋混凝土澆筑［1-4］，框架橋平面布置見圖1。

圖1 框架橋平面

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

滄州市位于河北平原東部，渤海灣西岸，由沖積平原和沖海積、海積平原亞區(qū)組成，海拔一般為 2～15 m，地勢(shì)平坦，各地層巖性特征見圖2。

本橋底板位于黏土層，容許承載力為90 kPa，地下水位埋深1.0～1.7 m。

2 基坑工程

由于該工程地理位置特殊，施工場(chǎng)地狹小，施工制約因素較多，為確?；邮┕み^(guò)程中鐵路線的安全運(yùn)營(yíng)，防止基坑開挖、降水引起鐵路線及周邊居民房不均勻沉降產(chǎn)生下沉、裂縫，基坑施工過(guò)程中采取了以下幾項(xiàng)技術(shù)措施［5-7］。

2.1 基坑圍護(hù)樁

待地下管線拆改移工作完成后，施工場(chǎng)地進(jìn)行圍擋，基坑開挖深度約7.5 m，近鐵路路基側(cè)采用1∶1.5放坡開挖，后背采用雙排φ1.25 m鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)16 m，樁間距1.4 m，基坑兩側(cè)采用單排φ1.25 m鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)19.5 m，樁間距1.5 m，樁間采用網(wǎng)噴混凝土保持樁間土體穩(wěn)定。因地質(zhì)條件較差，為防止鉆孔過(guò)程中串孔，施工采用隔2鉆1法，樁身采用C25混凝土灌注［8-9］，基坑檢算結(jié)果見圖3、圖4。

圖3 內(nèi)力位移包絡(luò)圖

圖4 地表沉降

2.2 樁外止水帷幕

因水泥攪拌樁具有工藝簡(jiǎn)單、施工速度快、質(zhì)量可靠、環(huán)境污染小、噪聲低、適合居民密集區(qū)施工等特點(diǎn)，結(jié)合本工程地質(zhì)特性，止水帷幕采用圍護(hù)樁外設(shè)置兩排深層水泥攪拌樁，樁長(zhǎng)15.5 m，深入基坑底面以下8 m，樁徑600 mm，樁間咬合200 mm，采用切割搭接法施工，使樁身之間互相咬合緊密，利用密實(shí)的樁體結(jié)構(gòu)在基坑四周形成截水帷幕，阻斷基坑內(nèi)外水的流動(dòng)，達(dá)到止水目的［8-10］，基坑圍護(hù)形式見圖5。

2.3 基坑內(nèi)降水

圖5 基坑圍護(hù)平面(單位:mm)

圍護(hù)樁及止水帷幕施工完成后，采用φ700 mm大口井進(jìn)行基坑內(nèi)降水作業(yè)，依據(jù)土壤滲透系數(shù)、潛水層厚、水位降深、抽水影響半徑等參數(shù)，經(jīng)計(jì)算，坑內(nèi)需布設(shè)降水井35眼，井深15.5 m，使地下水位降至基坑滑板1 m以下。為防止基坑外水壓過(guò)大，引起圍護(hù)樁變形，在基坑外亦設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的降水井備用［4-6］。

3 鐵路路基加固工程

3.1 路基注漿固化

框架橋基礎(chǔ)持力層位于黏土層，其容許承載力僅90 kPa，不滿足地基承載力要求，同時(shí)為防止橋體頂進(jìn)過(guò)程中鐵路路基坍塌、橋體不均勻沉降、扎頭等現(xiàn)象，確保橋體頂進(jìn)過(guò)程中鐵路線的安全運(yùn)營(yíng)和橋體頂進(jìn)質(zhì)量，需對(duì)橋體正面及兩側(cè)路基進(jìn)行加固處理，使其地基承載力達(dá)到120 kPa。注漿固化的基本作用是膠結(jié)、填充和擠密作用。通過(guò)注漿，增大土層黏聚力(C)內(nèi)摩擦角(φ)值，將土層顆粒間的水分強(qiáng)迫擠出，使顆粒間的空隙充滿漿液，增加密實(shí)度，形成復(fù)合土體，以達(dá)到改良土層特性的目的［8-10］。

根據(jù)該工程土層地質(zhì)特性及工程特點(diǎn)，加固范圍確定為軌底面以下1.5 m至框架橋底板底面以下2.5 m，沿鐵路方向?qū)?8.9 m，沿頂進(jìn)方向長(zhǎng)54.4 m。根據(jù)以往地下工程注漿施工經(jīng)驗(yàn)，加固黏土或粉質(zhì)黏土層宜選用無(wú)收縮注漿液，本工程采用二重管無(wú)收縮WSS工法進(jìn)行超前注漿。

圖6 防護(hù)樁、抗移樁及支撐樁平面布置(單位:mm)

3.2 施作防護(hù)樁、抗移樁及支撐樁

防護(hù)樁在橋體就位位置四角和橋體兩側(cè)線間設(shè)置，樁徑1.25 m，樁長(zhǎng)分別為6.0、10.0 m和16.0 m，共計(jì)72根。其作用是防止橋涵頂進(jìn)過(guò)程中路基側(cè)塌，服務(wù)于線路加固系統(tǒng)，橋體外側(cè)的工字鋼橫梁置于防護(hù)樁上，形成硬支點(diǎn)。

支撐樁在4道與京滬上行、京滬下行與3、7道外側(cè)設(shè)置，樁徑1.25 m，樁長(zhǎng)7.0 m，3道共計(jì)27根。其作用是服務(wù)于線路加固系統(tǒng)，為橋體范圍內(nèi)的工字鋼橫梁支點(diǎn)，防止工字鋼懸空長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，撓度過(guò)大。

抗移樁在 7道外側(cè)設(shè)置，樁徑 1.25 m，樁長(zhǎng)12.0 m，共計(jì)10根。其作用是服務(wù)于線路加固系統(tǒng)，為工字鋼橫梁硬支點(diǎn)，防止頂進(jìn)過(guò)程中工字鋼橫梁帶動(dòng)鐵路線橫移［4-6］。防護(hù)樁、抗移樁及支撐樁平面布置見圖6。

4 站臺(tái)過(guò)渡方案

4.1 南側(cè)臨時(shí)站臺(tái)結(jié)構(gòu)形式

為不影響線路加固體系的實(shí)施，須拆除滄州火車站1、2、3站臺(tái)北端頭，并在站臺(tái)南端頭搭建臨時(shí)站臺(tái)解決旅客上下車問(wèn)題。臨時(shí)站臺(tái)采用鋼結(jié)構(gòu)，臨時(shí)站臺(tái)長(zhǎng)度分別為36.5、28.8、27.1 m，寬度均為1.88 m，兩側(cè)主梁為 I14型鋼，梁間用 I12型鋼連接，間距1.0 m，焊接成整體，主排架下面設(shè)可移動(dòng)碗扣腳手支架，每組支架間距不大于5.0 m，支架上下設(shè)槽托，對(duì)支架高度進(jìn)行微調(diào)，主排架上鋪設(shè)50 mm厚板材，臨時(shí)站臺(tái)與既有站臺(tái)高度相同，臨時(shí)站臺(tái)結(jié)構(gòu)見圖7。

圖7 臨時(shí)站臺(tái)結(jié)構(gòu)(單位:mm)

4.2 南側(cè)臨時(shí)站臺(tái)施作與拆除

每座臨時(shí)站臺(tái)中部設(shè)置操作平臺(tái)，采用圍擋圍護(hù)，長(zhǎng)15.0 m，寬4.0 m，平臺(tái)距站臺(tái)邊2.0 m，用腳手架搭建平臺(tái)并設(shè)拉錨。風(fēng)鎬破碎既有站臺(tái)混凝土硬面或拆除地面磚并下挖一定深度，使主排架擺放后頂面與既有站臺(tái)頂面平齊。在列車間隔期間，拆除既有站臺(tái)帽石，將拼裝好的臨時(shí)站臺(tái)6.0 m一段人工抬至既有站臺(tái)邊緣，隨即將每段連接成為整體。臨時(shí)站臺(tái)內(nèi)側(cè)每6.0 m設(shè)置1道拉錨，防止臨時(shí)站臺(tái)外傾。待橋體頂進(jìn)就位后，利用列車間隔，分段迅速拆除臨時(shí)站臺(tái)，恢復(fù)站臺(tái)原貌。

4.3 北側(cè)既有站臺(tái)恢復(fù)

橋體頂進(jìn)就位后，隨著線路加固系統(tǒng)橫梁工字鋼的拆除，同步砌筑站臺(tái)兩側(cè)片石擋墻。將站臺(tái)土方由線路外側(cè)人工運(yùn)至站臺(tái)內(nèi)，用打夯機(jī)分層夯填站臺(tái)中部土體，分層厚0.2 m。待站臺(tái)中部土體夯實(shí)后，再將線路外側(cè)土體人工運(yùn)至其上，在站臺(tái)中部預(yù)存邊側(cè)土方。利用較大列車間隔，分段安裝帽石和夯填邊側(cè)土體。期間如遇來(lái)車，需搭設(shè)臨時(shí)板材引導(dǎo)旅客上下車。待站臺(tái)面平整后，隨即鋪設(shè)站臺(tái)地面磚。

5 橋體頂進(jìn)

該橋采用中繼間頂進(jìn)法施工，全橋頂程77.1 m，前節(jié)最大頂力75 380 kN，后節(jié)最大頂力139 400 kN。中繼間處配備3 200 kN頂鎬46臺(tái)，后背配備5 000 kN頂鎬46臺(tái)。中繼間法頂進(jìn)施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是前后節(jié)高程和方向的控制，本工程采取了以下幾項(xiàng)技術(shù)措施［4-6］。

(1)在中繼間預(yù)留鎬窩位置，前節(jié)底板預(yù)埋1.5 m長(zhǎng)、20 mm厚鋼板，后節(jié)底板預(yù)留20 mm深凹槽，便于前后節(jié)插入。

(2)在中繼間接縫處，箱體外四周設(shè)置20 mm厚、1 m寬護(hù)套鋼板，以防止周圍土體進(jìn)入橋內(nèi)。為防止頂進(jìn)扎頭，在橋體前端混凝土側(cè)刃角支座處加設(shè)鋼刃角。

(3)就位后拆除中繼間護(hù)套鋼板及頂進(jìn)設(shè)備，粘結(jié)遇水膨脹橡膠止水棒，鎬窩處恢復(fù)主體底板鋼筋并澆筑混凝土。

(4)頂進(jìn)期間鐵路線路采用扣軌縱橫梁加固體系，限速45 km/h，且必須利用列車運(yùn)行間隔進(jìn)行頂進(jìn)，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，每頂一鎬觀測(cè)一次，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，以免造成更大的偏差。頂進(jìn)施工過(guò)程中需嚴(yán)格執(zhí)行四不頂制度，即:列車通過(guò)時(shí)不頂，后背傾斜或嚴(yán)重變形時(shí)不頂，頂柱發(fā)現(xiàn)扭曲時(shí)不頂，頂進(jìn)超過(guò)偏差且無(wú)措施時(shí)不頂。

6 既有人行通道拆除

橋位處既有人行通道孔徑為3 m×3 m，總高3.9 m，總寬3.8 m，軸線長(zhǎng)60.09 m，其平面位置與擬建橋有交叉，擬建橋頂進(jìn)過(guò)程中，須同步拆除該人行通道。

通道拆除采用混凝土切割工藝，沿軸線方向，每1.0 m作為一個(gè)切割工作循環(huán)。頂板采用繩鋸切割，墻體與底板采用碟鋸切割，如通道在擬建橋內(nèi)部，底板可用破碎炮破除。

施作南側(cè)線間防護(hù)樁時(shí)，在通道內(nèi)南邊墻鉆3道斜孔，錨入鋼筋至防護(hù)樁內(nèi)，以防止通道拆除過(guò)程中剩余墻體向橋內(nèi)傾覆。

6.1 既有人行通道在擬建橋內(nèi)部時(shí)拆除工序

(1)慢行點(diǎn)(45 km/h)前，在通道邊墻切割線位置用水鉆鉆穿繩孔，孔徑0.05 m，穿繩孔位置見圖8。

圖8 穿繩孔位置(單位:mm)

(2)慢行點(diǎn)(45 km/h)后，即線路加固期間，在通道內(nèi)安裝2臺(tái)碟鋸機(jī)同時(shí)切割墻體。

(3)線路加固完成后，清除通道頂板上的石砟，在橫梁工字鋼下墊好枕木支墩，在通道內(nèi)安裝2臺(tái)繩鋸機(jī)同時(shí)切割頂板。

(4)隨擬建橋頂進(jìn)進(jìn)尺，用破碎炮分段分步破除通道底板與墻體連接處混凝土，使墻體和頂板滑落。

6.2 既有人行通道與擬建橋交叉處拆除工序

(1)慢行點(diǎn)(45 km/h)前，在通道頂板切割線位置用水鉆鉆穿繩孔，孔徑0.05 m，穿繩孔位置見圖9。

圖9 穿繩孔位置(單位:mm)

(2)慢行點(diǎn)(45 km/h)后，即線路加固期間，在通道內(nèi)安裝2臺(tái)碟鋸機(jī)同時(shí)切割邊墻和底板。

(3)線路加固完成后，加固體系支撐于線間防護(hù)樁和支撐樁上，用繩鋸切割地道橋頂板，使之落地，待墻體拆除后拴鋼絲繩用挖掘機(jī)將頂板拉出通道。

7 結(jié)語(yǔ)

目前下穿鐵路咽喉區(qū)的頂進(jìn)框架橋工程日趨增多，本文以滄州市維明路下穿滄州火車站工程為例，針對(duì)該類工程設(shè)計(jì)施工過(guò)程中遇到的重點(diǎn)、難點(diǎn)及關(guān)鍵工藝，總結(jié)出以下幾點(diǎn)體會(huì)，供類似工程借鑒。

(1)位于市區(qū)內(nèi)的框架橋基坑受地理位置的制約，大多施工場(chǎng)地狹小，地面建(構(gòu))筑物較多，基坑開挖及降水勢(shì)必存在安全隱患。這就要求設(shè)計(jì)人員充分考慮各種不利因素，制定出一套安全的基坑圍護(hù)、降水、止水方案。

(2)地層加固效果的好壞直接影響到鐵路運(yùn)營(yíng)的安全及橋涵的頂進(jìn)質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)土層地質(zhì)特性及工程特點(diǎn)，選擇合適的注漿加固材料，確定合理的注漿參數(shù)。

(3)中繼間頂進(jìn)橋涵是本工程又一關(guān)鍵工序，施工中應(yīng)采取必要的措施使頂進(jìn)前后節(jié)橋體高程及方向保持一致，并應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，確保中繼間法橋涵頂進(jìn)施工的工程質(zhì)量。

(4)不同的既有橋結(jié)構(gòu)形式、不同的鐵路現(xiàn)狀，其拆除方案也是大相徑庭，設(shè)計(jì)人員要與施工單位、鐵路各部門密切配合，綜合考慮各方因素，因地制宜，制定出一套對(duì)既有線干擾最小，又經(jīng)濟(jì)合理、便于施工的“拆舊頂新”方案。

(5)下穿鐵路咽喉區(qū)的框架橋往往涉及到眾多鐵路設(shè)備、設(shè)施的拆除、改移及防護(hù)工程，要求設(shè)計(jì)人員認(rèn)真做好現(xiàn)場(chǎng)踏勘工作，制定詳細(xì)、周密的拆改移方案，確保鐵路線的正常運(yùn)營(yíng)，確保上下車旅客、施工人員及機(jī)具的安全。

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部.TZ203—2008 客貨共線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2008.

［2］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10002.1—2005 鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［3］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10002.4—2005 鐵路橋涵混凝土和砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［4］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10002.5—2005 鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［5］中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)［2009］226號(hào)，鐵路工程施工組織設(shè)計(jì)指南［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2009.

［6］鐵道部辦公廳.鐵辦［2008］190號(hào) 鐵路營(yíng)業(yè)線施工安全管理規(guī)定［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2008.

［7］北京鐵路局.京鐵師［2008］435號(hào) 營(yíng)業(yè)線施工及安全管理實(shí)施細(xì)則［S］.北京:北京鐵路局，2008.

［8］高玉蘭.軟塑淤泥地層中繼間頂進(jìn)框架橋施工技術(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011(8).

［9］地基處理手冊(cè)編寫委員會(huì).地基處理手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1988.

［10］鐵道部第三勘測(cè)設(shè)計(jì)院.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)·橋梁地基和基礎(chǔ)［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1991.