王宏民

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 工程背景

本工程位于山西省大同市，同源高速公路下穿大秦鐵路，在大秦鐵路K29+553處頂進(jìn)2-14 m框架橋，大秦鐵路是國內(nèi)2萬噸級(jí)重載長大列車運(yùn)煤專線，電氣化無縫線路，行車間隔小，列車載重大，鐵路要點(diǎn)困難，對(duì)施工的安全和組織要求相當(dāng)高?？蚣軜虼┰酱笄罔F路上下行線2股道，線間距4.2 m，輕載線60 kg/m鋼軌，重載線75 kg/m鋼軌，混凝土枕，直線區(qū)段。結(jié)構(gòu)采用兩孔聯(lián)體式框架結(jié)構(gòu)，凈跨為2-14 m，公鐵交角為80.21°，在不中斷既有鐵路線行車的條件下，采用頂進(jìn)法施工。

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

a）本橋設(shè)計(jì)荷載按鐵路列車設(shè)計(jì)活載圖式“中-活載”設(shè)計(jì)[1]，列車限速45 km/h，公路汽車荷載按公路-I級(jí)[2]。結(jié)構(gòu)總高度8.7 m，凈高6.8 m，竣工后使用高度5.1 m。結(jié)構(gòu)各部尺寸：底板1.0 m，頂板0.9 m，中墻0.9 m，邊墻1.0 m，頂板加腋（0.5×1.5）m，主體長16.41 m，寬30.9 m，前端刃角懸臂長4.5 m，后端尾墻長3.03 m，人行道懸臂板長度2.03 m?？蚣軜蜓毓贩较蛉L23.94 m，頂進(jìn)三角左右各一塊長13 m。

b）框構(gòu)及頂進(jìn)三角塊采用C35抗?jié)BP8混凝土，鋼材使用HRB335與Q235鋼筋，滑板及后背采用C20鋼筋混凝土，出入口設(shè)置C25混凝土擋土墻，保證路基安全穩(wěn)定，橋上兩側(cè)設(shè)置鋼欄桿，C25鋼筋混凝土雙電纜槽。

c）框架橋采用頂進(jìn)法施工，最大頂力5 052 t，頂程32.8 m。

3 地質(zhì)條件

橋址處地貌屬桑干河沖積平原區(qū)，地形平緩，大秦鐵路路基高度4 m，地面以下5.3 m均為粉土，地基承載力120 kPa，框架橋基底位于該層中，施工范圍內(nèi)無地下水影響。

4 施工方案及流程[3]

4.1 挖孔樁施工

為保證大秦鐵路運(yùn)營的安全，在框架橋工作坑開挖前，先對(duì)線路北側(cè)防護(hù)樁及后背挖孔樁進(jìn)行施工，在主體預(yù)制同時(shí)對(duì)線路南側(cè)防護(hù)樁、支撐樁及抗橫移樁進(jìn)行施工。

線路北側(cè)C25鋼筋混凝土防護(hù)樁16根，南側(cè)18根，樁長17 m，間距1.75 m；后背C25鋼筋混凝土挖孔樁20根，樁長9 m，滑板下埋深5 m，密排布置；支撐樁8根，樁長7 m，間距4 m；在主體前設(shè)間距4 m的抗橫移樁8根，樁長10 m。挖孔樁直徑均為1.25 m，采用間隔挖孔法，至少間隔一根樁開挖；樁孔開挖采用人工分節(jié)挖土法，每節(jié)開挖深度1 m。

4.2 工作坑開挖

工作坑開挖深度為軌底以下9.9 m，原地面下5 m，開挖線距離路基坡腳2 m，從工作坑外邊線分層全斷面開挖，人工配合刷坡，沿既有線路邊坡坡度按1∶1開挖，井壁采用噴錨防護(hù)，打入2 m長φ20錨固鋼筋，間距1 m，掛300 mm×300 mm φ6鋼筋網(wǎng)，噴射混凝土。工作坑尺寸寬出主體邊緣各1 m，留出排水溝和導(dǎo)向墩的位置。

4.3 滑板施工

工作坑開挖至基底，確認(rèn)基底承載力后，鋪設(shè)碎石墊層20 cm并澆筑C20滑板混凝土，頂面頂進(jìn)方向預(yù)留0.3%坡度，滑板設(shè)間距3 m尺寸35 cm×45 cm地錨梁。

滑板混凝土終凝前將其壓光以減小啟動(dòng)摩擦力，澆筑后第二天開始在頂面設(shè)置潤滑隔離層，頂面灑3 mm厚滑石粉，橫向鋪塑料布隔離層，布間搭接0.2 m以上。隔離層上抹1∶3水泥砂漿層，滑板兩側(cè)距箱體外緣20 cm設(shè)1.5 m長舊鋼軌導(dǎo)向墩，外露0.4 m澆筑于墩坑內(nèi)。

4.4 框架主體預(yù)制及防水層施工

主體施工前根據(jù)現(xiàn)場土質(zhì)調(diào)整船頭坡，分底板、邊墻及頂板兩階段預(yù)制，模板均采用定制9015鋼模板，角隅配竹膠板，頂板排架采用碗扣腳手架及鋼支撐，支立頂板模板時(shí)設(shè)30 mm的預(yù)拱度，主體采用C35P8抗?jié)B混凝土，澆水養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14 d。

防水層采用冷作式防水涂料，先頂板后邊墻，在主體養(yǎng)護(hù)7 d后進(jìn)行，頂板保護(hù)層為C40鋼纖維混凝土，防水層冷涂完畢后澆筑保護(hù)層，并設(shè)0.5%流水坡。

4.5 后背施工

后背采用C20鋼筋混凝土分配梁1.5 m×2.5 m×32.9 m，埋深自滑板面下1 m，密排布置直徑1.25 m人工挖孔樁，樁長9 m，滑板下埋深5 m，分配梁由人工開挖，后背垂直于頂進(jìn)方向，且與底板三角塊平行。

4.6 頂進(jìn)前注漿加固土體

大秦線為高填路基，且重載列車通過頻率高，為保證列車安全運(yùn)行，頂進(jìn)前對(duì)框構(gòu)兩側(cè)5 m路基進(jìn)行注漿加固。通過注漿管將水泥漿液分層均勻地注入地層中，漿液以填充和擠密的方式排出土體顆粒孔隙，將原土體膠結(jié)成整體。

水泥漿液配比為1∶1；注漿孔距1.2 m，直徑5 cm，梅花型布置，有效深度為線路下9.5 m，注漿順序?yàn)橄柔∧豢缀笾虚g孔，注漿壓力控制在0.3～1.0 MPa，為防止鐵路隆起，線路下2 m不進(jìn)行注漿，且注漿接近路基面2 m時(shí)，壓力減小到0.3 MPa以下，并減小注入率。

4.7 既有線路加固

線路加固采用縱挑橫抬法，允許行車速度為45 km/h。

a）縱向采用3-5-3吊軌梁（圖1），既有線路鋼軌外側(cè)為3扣軌，道心為5扣軌。吊軌使用P50軌，φ22U型螺栓及扣板與枕木連接，吊軌長60 m，兩端各伸出主體外15 m，接頭錯(cuò)開1 m以上，線路加固各3-5-3扣軌在使用前進(jìn)行磨耗量的檢測，總磨耗量不大于15 mm。

圖1 框架橋線路加固橫斷面圖

b）橫向?yàn)镮50b工字鋼橫抬梁（圖2），橫梁間距0.9 m。扣軌范圍內(nèi)線路為混凝土枕，間距60 cm，按照隔六穿一原則間隔穿入3.3 m枕木，隔6根混凝土枕拆除1根，新枕木穿入后底部填滿搗實(shí)。

工字鋼橫抬梁槽分4次開挖，間隔3根工字鋼位置，即每隔6根枕木開挖一道工字鋼槽，先用枕木支墊，由一側(cè)逐根穿入，橫抬梁由兩根I50工字鋼用夾板及高強(qiáng)螺栓連接，接頭置于線路主軌外，錯(cuò)開1.5 m，橫抬梁前端伸出線路10.9 m，頂在抗移樁上，后端伸出線路8.9 m。工字鋼穿入后與3扣軌用卡子連接，使線路與加固體系成為一個(gè)整體。橋上穿38道，橋兩側(cè)各穿10道，橫抬梁直接托在主軌下，為保證不影響軌道電路，在鋼軌及扣軌下加墊絕緣膠墊與3.3 m通長硬木板。

圖2 框架橋線路加固縱斷面圖 （單位：m）

c）橫梁上設(shè)工字鋼縱梁（圖3），道外為3扣I512工字鋼縱梁，道心為3扣I45b工字鋼縱梁，縱橫梁間用U型螺栓連接。橫抬梁穿完后，調(diào)整起平，線路上間隔3 m橫排枕木，人工將縱梁工字鋼翻至指定位置安裝U型螺栓及扣板，翻工字鋼時(shí)，充分利用列車間隔，縱梁搭接接長，兩端搭設(shè)枕木垛支墊。

頂進(jìn)期間橫抬梁下設(shè)置滑車，滑車走向同頂進(jìn)方向，每道橫梁下設(shè)6道滑車，滑車置于主軌與3扣軌間，滑車與橫梁間用枕木垛及木楔打緊，箱體頂進(jìn)時(shí)打松木楔，來車或出土停頓時(shí)打緊木楔。

圖3 框架橋線路加固工字鋼縱橫連接斷面圖

4.8 框構(gòu)頂進(jìn)

a）根據(jù)公鐵路夾角、最大頂力配置頂鎬數(shù)量，采用斜向頂進(jìn)的施工方法。最大頂力5 052 t,配置320 t頂鎬，按額定頂力的70%計(jì)算頂力，根據(jù)橋體最大頂力及糾偏頂力計(jì)算，布置320 t頂鎬24臺(tái)，備用1臺(tái)。本橋角度為80.21°，兩側(cè)三角塊各布置12臺(tái)，頂鎬后端墊20 mm厚鋼板。

b）箱體在滑板上空頂時(shí)，控制箱身的軸線方向，保證刃角吃土前的方向準(zhǔn)確。刃角吃土后，加快出土速度，保持箱身不斷頂進(jìn)，如由于特殊原因被迫停止箱身頂進(jìn)時(shí)，亦應(yīng)間續(xù)地頂動(dòng)箱身，以防箱身阻力增大。

c）頂進(jìn)作業(yè)利用列車運(yùn)行間隙進(jìn)行，嚴(yán)禁在列車通過線路時(shí)頂進(jìn)。每次頂鎬頂進(jìn)長度為0.5 m，更換頂鐵長度均為0.5 m，依次累加，每隔8 m頂鐵設(shè)一道橫梁，使傳力均勻及橫向穩(wěn)定。

d）刃角坡度為1∶0.5，每次進(jìn)尺1.2 m，頂進(jìn)1.0 m，保持上開口不大于1.5 m，勤挖快頂，每24 h平均頂進(jìn)4.0 m。

e）頂進(jìn)就位允許偏差 中線方向小于等于20 cm，偏高小于等于15 cm，偏低小于等于20 cm。頂進(jìn)方向和高程的調(diào)整措施如下：

（a）防偏斜措施 加強(qiáng)中線測量，及時(shí)用增減頂鎬，增加刃角正面阻力，側(cè)面超欠挖等方法調(diào)整。

（b）防抬頭措施 兩側(cè)挖土寬度不足，易造成箱身抬頭，故可在兩側(cè)適當(dāng)超挖，抬頭量小，可把開挖面挖到與箱底面平，如抬頭量較大，則在底刃角前超挖20～30 cm，寬度與箱身相同，同時(shí)使上刃角不吃土，在頂進(jìn)中逐步調(diào)整。

（c）防扎頭措施 在基底適當(dāng)欠挖，吃土強(qiáng)制頂進(jìn)，挖土?xí)r，開挖面基底保持在箱身底板頂面以上8～10 cm，利用船頭坡將高出部分土壤壓入箱底，糾正扎頭。

4.9 頂進(jìn)后路基注漿固化

a）頂進(jìn)前在箱體外側(cè)分別設(shè)置4道注漿管，采用φ32鋼管帶花孔順橋體全長布置，隨橋體頂進(jìn)路基土中，頂進(jìn)就位后利用框架尾部管端向橋體兩側(cè)土體壓漿，保證箱體兩側(cè)路基的密實(shí)度，防止路基沉陷。

b）頂進(jìn)就位后慢行點(diǎn)內(nèi)，在橋體兩側(cè)路基土中鉆孔下花管再次對(duì)影響范圍路基土體固化，每股線路橋體兩側(cè)5 m范圍內(nèi)布7根注漿管，梅花型布置，間距1.2 m，φ32鋼管，注漿有效深度9.5 m，擴(kuò)散半徑0.6 m，漿液采用水泥水玻璃雙液漿，注漿壓力為0.3～1.0 MPa。

4.10 刃角補(bǔ)齊施工、橋面系施工

框架橋頂進(jìn)就位后，進(jìn)行刃角補(bǔ)齊和擋墻施工，補(bǔ)齊材料與主體相同，刃角與主體鋼筋采用搭接焊連接；出入口設(shè)C25混凝土擋墻，保證路基穩(wěn)定；框架橋兩側(cè)設(shè)鋼欄桿，欄桿內(nèi)側(cè)設(shè)擋碴網(wǎng)和雙孔電纜槽。

5 注意事項(xiàng)

a）整個(gè)施工過程中所有料具一律距鋼軌外側(cè)4 m以上，保證行車和人身安全，杜絕“紅光帶”的發(fā)生。

b）為防止線路在頂進(jìn)過程中的橫向移動(dòng)，保持線路的幾何尺寸，在橋頂板上間距3 m預(yù)埋拉環(huán)，用8臺(tái)10 t倒鏈將橫梁與框架頂板連接，隨時(shí)頂進(jìn)隨時(shí)拉緊，同時(shí)將線路加固工字鋼橫梁前端頂在抗橫移樁上固定。

c）施工前對(duì)施工范圍無縫線路進(jìn)行應(yīng)力放散，施工結(jié)束后在設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍內(nèi)重新放散和鎖定線路。

6 結(jié)語

同源高速公路下穿大秦鐵路14 m-14 m雙孔框架地道橋工程已于2011年順利建成并投入使用，目前運(yùn)營狀況良好，最受關(guān)注的2萬噸級(jí)重載鐵路在不中斷既有鐵路線行車的條件下，采用頂進(jìn)法施工的方案是合理可行的，希望此文能為國內(nèi)其他類似工程提供良好的借鑒作用。

隨著我國交通建設(shè)的蓬勃發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，今后公鐵線路交叉的型式和施工方法也將不斷更新和改進(jìn)，在本工程施工方案的選擇上，我們還專門請地道橋“盾構(gòu)工法”的發(fā)明人共同研究了盾構(gòu)施工的可行性，但鑒于大秦鐵路的特殊性最終采用了比較保守的線路加固方案，希望今后盾構(gòu)工法在其他工程上能得以應(yīng)用，將大大提高施工的機(jī)械化程度，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約工程造價(jià)，這也是施工工法的發(fā)展方向和趨勢。