倪偉偉，張俊岱，黃　偉

(中鐵隧道勘測設(shè)計(jì)院有限公司，天津　300133)

?

下穿鐵路編組站大跨度架空頂進(jìn)地道橋關(guān)鍵技術(shù)研究

倪偉偉，張俊岱，黃偉

(中鐵隧道勘測設(shè)計(jì)院有限公司，天津300133)

摘要：鄭州北站是亞洲最大的列車編組站，鄭州北站下發(fā)場南咽喉區(qū)下架空頂進(jìn)地道橋施工時(shí)面臨以下難題：多重道岔區(qū)下地道橋箱體斷面大、頂進(jìn)距離長、架空區(qū)域大、咽喉區(qū)線路固定困難、架空支點(diǎn)位置和架空縱梁高度受限、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換復(fù)雜等，為解決這些難題，結(jié)合以往設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，通過對整個(gè)頂進(jìn)過程的分析和頂力、架空體系的計(jì)算，首次采用分區(qū)域架空、線路兩側(cè)分節(jié)對向頂進(jìn)的施工方法，在極為困難的條件下，工程順利付諸實(shí)施。

關(guān)鍵詞：下穿編組站；頂推施工；架空頂進(jìn)；地道橋；既有線施工

0引言

下穿鐵路既有線施工，受接觸網(wǎng)、電力、通信、信號、鐵路路基防護(hù)和沉降控制諸因素的影響，一般采用架空頂進(jìn)施工。對于大跨度、下穿多股道鐵路的頂進(jìn)施工，為了保證頂進(jìn)施工中線路的穩(wěn)定和行車安全，設(shè)計(jì)往往面臨鐵路路基防護(hù)、既有線運(yùn)營防護(hù)、頂進(jìn)后背設(shè)置、滑板設(shè)計(jì)、線路穩(wěn)定保護(hù)、沉降控制和頂進(jìn)精度控制等一系列復(fù)雜問題。

王勝祖[1]通過兗礦集團(tuán)鐵路專用線工程，對頂進(jìn)過程中的施工計(jì)算和施工工藝進(jìn)行了總結(jié)；馮衛(wèi)星等[2]通過征儀路下穿哈爾濱南站鐵路編組站工程，介紹了超長地道橋施工方案；李欣等[3]總結(jié)了道岔下面斜交大跨度框架橋頂進(jìn)施工技術(shù)；張群勝[4]通過改建既有線和增建第二線鐵路橋涵基礎(chǔ)及頂進(jìn)橋涵施工，總結(jié)了鐵路行車和施工安全的關(guān)鍵技術(shù)；金繼偉[5]通過理論分析和工程實(shí)例，解決了上覆填土低的大跨度頂推箱涵關(guān)鍵技術(shù)；韓立峰等[6]結(jié)合工程實(shí)例對頂進(jìn)施工常見的后背變形大、滑板斷裂和箱涵扎頭等質(zhì)量通病進(jìn)行研究，解決了鄭州隴海鐵路立交橋11-17-17-11 m四孔分離箱涵頂進(jìn)施工問題；劉英文[7]通過下穿隴海鐵路復(fù)線橋施工案例總結(jié)大型框架橋下穿既有鐵路頂進(jìn)施工技術(shù)；李九超[8]總結(jié)了分離式4孔框架橋下穿既有鐵路立交工程施工技術(shù)；王立新[9]通過采用2孔24 m D型梁及中支點(diǎn)采用工字鋼橫抬梁架空方案，較好地解決了大孔徑框構(gòu)橋鐵路頂進(jìn)施工線路架空問題；郭國棉[10]總結(jié)了框架橋頂進(jìn)施工時(shí)既有鐵路架空加固技術(shù)等。

通過文獻(xiàn)資料對比，下穿鐵路架空頂進(jìn)工程因鐵路情況、周邊環(huán)境和工程規(guī)模等條件差異較大，設(shè)計(jì)施工方案重難點(diǎn)及應(yīng)對措施差異也較大。下穿既有鐵路線架空頂進(jìn)施工，因鐵路線路的復(fù)雜性和運(yùn)營要求，需要根據(jù)工程實(shí)際情況解決一系列工程難題，才能保證工程的順利實(shí)施。

鄭州北站是亞洲最大的列車編組站，本工程架空鐵路咽喉區(qū)跨度達(dá)60 m，總長81.86 m，是亞洲下穿鐵路項(xiàng)目中施工規(guī)模及跨度最大的工程，設(shè)計(jì)首次采用分區(qū)域架空、線路兩側(cè)分節(jié)對向頂進(jìn)的施工方法，以保障施工的順利進(jìn)行和鐵路運(yùn)營安全。

1工程簡介

鄭州北站是亞洲最大的鐵路編組站，位于京廣、隴海兩大干線的交會點(diǎn)，素有關(guān)內(nèi)“鐵路心臟”之稱，共有148股道，鋪軌總長近210 km；總辦理能力達(dá)27 365輛/d，解體能力為24 000輛/d，實(shí)際辦理車數(shù)曾達(dá)到26 136輛/d，其規(guī)模、能力和作業(yè)量當(dāng)下均居中國和亞洲之最。

鄭州市黃河路下穿北編組站隧道工程是既有城市主干路黃河路的西延段，位于鄭州中心城區(qū)西北部，嵩山北路以東、沙口路以西、二環(huán)支路以北、農(nóng)業(yè)路以南，工程起點(diǎn)位于嵩山北路，下穿鐵路鄭州北編組站，終點(diǎn)止于沙口路，全長867.813 m。黃河路自西向東依次穿越鄭州鐵路北站編組場的上到場南咽喉、鄭機(jī)北西三角線、鄭機(jī)北東三角線和下發(fā)場南咽喉，共4次下穿鐵路。黃河路下穿北編組站隧道工程平面如圖1所示，規(guī)劃道路斷面如圖2所示。

黃河路下穿北站施工，距離接線道路長度較短，繞行咽喉區(qū)道路交通功能較差，且增加大片住宅區(qū)和北站廠房拆遷，工程投資和征遷難度不可估量，因此通過比選采取線路較為順直的下穿方案，其中下發(fā)場地道橋從19股道下穿鄭州北站，成為當(dāng)下亞洲下穿鐵路項(xiàng)目中施工規(guī)模及跨度最大的工程。

圖1　黃河路下穿北編組站隧道工程平面圖

Fig.1Plan showing tunnel on Huanghe Road crossing underneath marshalling station

圖2　規(guī)劃道路斷面圖(單位：mm)

下發(fā)場南咽喉處，地道橋斜穿19股道，場地范圍有5組道岔，信號設(shè)備70余處，接觸網(wǎng)及拉線縱橫交錯(cuò)，場地如圖3所示。

圖3　下發(fā)場平面圖

由于鄭州北站的特殊地位，工法選擇首先排除影響鐵路運(yùn)營的明挖施工方法，對暗挖法與架空頂進(jìn)工法進(jìn)行了比選。由于受東側(cè)接線道路沙口路路面高度控制，在引坡段坡度按鄭州本地極限坡度4%設(shè)計(jì)情況下，地道橋頂距離距離軌面僅1.2 m，礦山法、矩形頂管和盾構(gòu)等暗挖工法均不適用，需采用架空頂進(jìn)工法，整體架空咽喉區(qū)鐵路股道19條，覆蓋面積約5 000 m2，橫向?qū)挾燃s60 m，縱向長度約82 m，架空頂進(jìn)期間，需保持下發(fā)場高密度的正常調(diào)度及發(fā)車。

2工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

擬建場地地貌單元屬黃河一級階地。擬建場地地形較平緩，高差變化不大。場地地層主要為粉土和粉質(zhì)黏土，分布較為規(guī)律，其縱橫向分布較均勻，起伏變化不大。地層情況詳見圖4。

巖土力學(xué)參數(shù)建議值詳見表1。

工程勘察期間勘探深度20 m內(nèi)未見地下水。

場地工程地質(zhì)條件較好，架空頂進(jìn)施工不需采取降水、特殊地基處理或邊坡防護(hù)措施。

圖4　地質(zhì)縱斷面圖

地層地層巖性重度γ/(kN/m3)剪切試驗(yàn)c/kPaφ/(°)人工挖孔樁極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik/kPa極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk/kPa<2-1>粉質(zhì)黏土18.512.115.760<2>粉土17.713.823.650<3-1>粉質(zhì)黏土17.3221860<3>粉土1815.622.362<4>粉土17.914.619.4651500<5>粉砂夾粉土17.411.124.5601100

3工程重難點(diǎn)分析及應(yīng)對措施

3.1工法簡介

縱橫梁架空頂進(jìn)工法主要工藝流程：

1)基坑開挖，施作滑板、導(dǎo)向墩及反力后背，預(yù)制地道橋；

2)架空支點(diǎn)樁、反力支點(diǎn)樁施工；

3)縱橫梁固定、架空線路；

4)按“開挖土體—頂進(jìn)地道橋—支點(diǎn)轉(zhuǎn)換”順序循環(huán)進(jìn)行頂進(jìn)施工；

5)地道橋就位后，回填道砟，拆除架空縱橫梁，恢復(fù)線路及信號設(shè)備。

3.2重難點(diǎn)分析及應(yīng)對措施

架空頂進(jìn)工程的重難點(diǎn)是伴隨工藝流程中為保證頂進(jìn)施工安全、線路穩(wěn)定及行車安全控制而產(chǎn)生的，主要為頂力計(jì)算、反后背設(shè)計(jì)、架空支點(diǎn)布置、架空縱橫梁設(shè)計(jì)、頂進(jìn)時(shí)線路控制及支點(diǎn)轉(zhuǎn)換，本工程重難點(diǎn)及應(yīng)對措施分析如下：

1)箱體大、頂進(jìn)距離長、頂力大、頂進(jìn)施工困難。下發(fā)場隧道結(jié)構(gòu)全長81.86 m、寬37 m、高10 m，每延米地道橋受力約2 460 kN，外加施工期間架空體系及股道每延米受力約600 kN，長距離頂進(jìn)不僅要求頂力大，而且頂進(jìn)精度難以保證。

頂進(jìn)阻力主要來源于頂管管節(jié)表面摩阻力，包含上部滑鐵與橫梁摩阻力、側(cè)壁摩阻力和底板滑動摩阻力，此外還包括鋼切刃端阻力。頂進(jìn)阻力計(jì)算公式

式中：p為最大頂力設(shè)計(jì)值，kN；K為安全系數(shù)，取1.2；Ni為地道橋體表面壓力，kN；fi為接觸面摩擦因數(shù)，頂部滑鐵與橫抬梁摩擦因數(shù)取0.1,側(cè)面、地面摩擦因數(shù)取0.7；R為鋼刃角正面阻力特征值，kN/m2；A為鋼刃角端面積，m2。

本工程箱體斷面較大，考慮鋼切刃作用效果、頂進(jìn)線路精度控制要求和減小糾偏難度需要，本工程采用挖土頂進(jìn)，不設(shè)置鋼切刃，側(cè)面導(dǎo)向留土高度按2 m計(jì)。頂進(jìn)阻力隨地道橋頂入股道下方長度增加而增加，頂進(jìn)施工結(jié)束前頂進(jìn)阻力達(dá)到最大，最大頂進(jìn)阻力p=1.2×[600×81.84×0.1+2×(1.8×10×0.45×2×81.84×0.7)+(2 460+600)×81.84×0.7+0]=238 530 kN。

估算最大頂推力為238 530 kN。

頂力較大，在實(shí)施過程中，反后背及千斤頂支點(diǎn)設(shè)計(jì)將難以實(shí)現(xiàn)，擬采取結(jié)構(gòu)分節(jié)、增設(shè)中繼間頂進(jìn)實(shí)施。同時(shí)，考慮箱體大、頂進(jìn)精度控制困難和場地受限等因素，采取分兩側(cè)對向頂進(jìn)方案，以減小頂進(jìn)距離，提高精度控制。

2)架空區(qū)域大，咽喉區(qū)線路固定困難。地道橋埋深約10 m，寬度37 m，需要架空的線路跨度達(dá)60 m，除地道橋兩側(cè)邊坡不穩(wěn)定部分架空區(qū)域外，正上方架空跨度約40 m，需增設(shè)臨時(shí)支點(diǎn)以減小架空跨度，架空頂進(jìn)期間，臨時(shí)支點(diǎn)需要鑿除，臨時(shí)支點(diǎn)上方的架空體系需要通過臨時(shí)支點(diǎn)轉(zhuǎn)換至地道橋頂部，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，才能保證線路的穩(wěn)定。咽喉區(qū)股道除西側(cè)5條正線外，其余股道均為通過道岔與正線連接過渡的編組線，因此各個(gè)股道間存在大小不一的夾角。編組場跨度大、道岔多，股道采用的鋼軌、枕木不一，不同股道的枕木相互錯(cuò)位，且經(jīng)多年運(yùn)營及維修調(diào)整，軌面標(biāo)高、軌底標(biāo)高、枕底標(biāo)高均有較大差異，因而施工期間保持架空范圍內(nèi)的線路穩(wěn)定十分困難。

經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)地量測，本工程結(jié)合縱橫梁布置空間，除地道橋兩側(cè)的直徑1.5 m主支點(diǎn)和直徑1.2 m端支點(diǎn)外，擬在頂進(jìn)前方設(shè)置4根直徑1.2 m臨時(shí)支點(diǎn)，減小架空主縱梁及轉(zhuǎn)換支點(diǎn)過程中滑動支點(diǎn)橫抬梁跨度。

3)架空支點(diǎn)受限多。股道間架空支點(diǎn)根據(jù)場地要求只能采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，常用的挖孔樁孔徑為1.2、1.5 m，咽喉區(qū)股道多且相互交織，信號設(shè)備多且占用一定的空間，架空支點(diǎn)的位置空間及開挖作業(yè)空間十分有限，局部缺少支點(diǎn)會造成架空結(jié)構(gòu)跨度大，軌道變形控制難度加大。

因道岔較多，在主縱梁跨度較大且難以布置架空支點(diǎn)區(qū)域，通過增設(shè)多處臨時(shí)枕木垛臨時(shí)支點(diǎn)，以控制架空期間線路變形。

4)架空縱梁高度受限。下發(fā)場各股道間距約 5 m，根據(jù)建筑限界空間，僅軌面以上1.1 m空間可供布設(shè)架空縱梁，并同時(shí)兼顧信號設(shè)備的遷改空間，可以采用的架空縱梁高度有限?？紤]設(shè)置多排主縱梁的空間有限，本工程采取規(guī)格較大的I100梁作為架空主縱梁。

5)結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換難度大?；瑒又c(diǎn)是架空頂進(jìn)施工的關(guān)鍵，常規(guī)設(shè)計(jì)地道橋頂滿鋪鋼板，橫抬梁作為滑動支點(diǎn)，架空頂進(jìn)期間，利用橫抬梁整體受力及依靠反力支點(diǎn)保持線路穩(wěn)定。下發(fā)場咽喉區(qū)股道多、標(biāo)高差別較大，頂進(jìn)過程中難免會產(chǎn)生施工誤差造成前后標(biāo)高差異，因而頂進(jìn)期間需不停監(jiān)測軌面標(biāo)高，并及時(shí)通過千斤頂調(diào)整滑動支點(diǎn)下方鋼板厚度，以免引起線路變形過大。地道橋橫向?qū)挾?7 m，如采取常規(guī)設(shè)計(jì)布設(shè)滑動支點(diǎn)，施工過程中作業(yè)量巨大，勢必投入大量人力、物力，而股道間空間有限，在不影響鐵路安全運(yùn)營情況下進(jìn)行頂進(jìn)施工將變得非常困難。

針對滑動支點(diǎn)多且調(diào)整困難問題，本工程采用平置工字鋼代替鋼板，頂進(jìn)過程中通過調(diào)整工字鋼墊塊厚度控制線路標(biāo)高，大大節(jié)省了支點(diǎn)轉(zhuǎn)換工作量。

4設(shè)計(jì)方案介紹

4.1地道橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地道橋斷面為單體兩跨矩形箱體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于施工階段和運(yùn)營階段的受力狀態(tài)分析，經(jīng)比較，箱體施工期間承受的荷載遠(yuǎn)小于運(yùn)營階段，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中列車荷載按“中-活載”取值，并考慮列車動力作用，擬定的結(jié)構(gòu)橫斷面及尺寸如圖5所示。

圖5　地道橋橫斷面圖(單位：cm)

地道橋的結(jié)構(gòu)長度設(shè)計(jì)主要考慮了鐵路路基防護(hù)、過路線纜及設(shè)備的空間需求，按枕木外緣外放5 m作為結(jié)構(gòu)的邊界，下發(fā)場地道橋結(jié)構(gòu)總長81.86 m。

4.2結(jié)構(gòu)分段及中繼頂

下發(fā)場地道橋結(jié)構(gòu)總長81.86 m，結(jié)合本工程特點(diǎn)，擬定了雙側(cè)對向頂進(jìn)的方案，為了確保雙側(cè)頂進(jìn)切實(shí)可行，通過多次方案的設(shè)計(jì)和踏勘驗(yàn)證，確定將道岔較為密集的11-12股道中間作為雙側(cè)頂進(jìn)的中心點(diǎn)，同時(shí)為了減小頂進(jìn)難度，中繼頂合攏處分別位于4-5、15-16股道中間，箱體自西向東分為4節(jié)，長度分別為23.8、14、15.1、28.9 m，接縫間距0.02 m，中繼間寬度2 m。分節(jié)后，第4節(jié)箱體即將就位時(shí)頂進(jìn)阻力最大，計(jì)算值為84 230 kN。

箱體結(jié)構(gòu)分節(jié)如圖6所示。

(a)

(b)

4.3架空體系

根據(jù)股道、道岔分布情況及鐵路建筑限界要求，為避免局部縱梁不連續(xù)引起的橫抬梁跨度過大、變形難以控制問題，經(jīng)過比選，采用高度較低的I100型鋼梁。受路面標(biāo)高控制，軌面距離箱體頂部最小處約0.9 m，橫抬梁選用I45c型鋼梁，以確保架空體系下方滑動支點(diǎn)的操作空間。

下發(fā)場發(fā)車密度較大，咽喉區(qū)機(jī)車調(diào)頭頻繁，相鄰股道同時(shí)行車多有發(fā)生，因此架空縱梁根據(jù)股道間的空間，采取雙道縱梁布置，局部因信號設(shè)備或道岔影響，部分縱梁不連續(xù)，采用單片縱梁或其他縱梁替代。

支點(diǎn)樁根據(jù)縱梁布置，同時(shí)考慮挖孔樁施工避讓信號設(shè)備設(shè)置，股道間支點(diǎn)間距9 m。受股道間距和道岔影響，支點(diǎn)樁局部調(diào)整設(shè)置。

橫抬梁設(shè)置方式為抬枕木底設(shè)計(jì)，以保持橫抬梁與頂進(jìn)方向一致，局部縱橫梁跨度較大區(qū)域橫抬梁加密設(shè)置，以控制架空體系變形。

架空體系如圖7和圖8所示。

圖7　架空體系平面圖

圖8　架空體系斷面圖

采用sap2000有限元計(jì)算軟件對架空體系進(jìn)行模擬分析，模型中，支點(diǎn)樁處主縱梁與橫抬梁節(jié)點(diǎn)按剛性連接考慮；其余橫抬梁與主縱梁相交處節(jié)點(diǎn)按簡支考慮，驗(yàn)算結(jié)果如圖9—12所示。

經(jīng)驗(yàn)算，整個(gè)架空體系主縱梁豎向位移最大值為14.0 mm，橫抬梁豎向位移最大值為24 mm，均滿足L/400撓度控制要求；經(jīng)核算，架空主縱梁、橫抬梁強(qiáng)度及穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。

圖9　架空體系豎向位移圖

圖10　架空體系彎矩圖

圖11　架空體系轉(zhuǎn)換支點(diǎn)豎向位移圖

Fig.11Vertical displacement diagram of supporting point conversion of overhead system

圖12　架空體系轉(zhuǎn)換支點(diǎn)豎向彎矩圖

Fig.12Bending moment diagram of supporting point conversion of overhead system

4.4滑動支點(diǎn)

滑動支點(diǎn)是結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，臨時(shí)支點(diǎn)鑿除后，箱體頂進(jìn)前方滑動支點(diǎn)代替鑿除的臨時(shí)支點(diǎn)樁發(fā)揮作用，保持線路的穩(wěn)定。

根據(jù)架空體系特點(diǎn)，下發(fā)場地道橋架空頂進(jìn)設(shè)計(jì)，選擇位于支點(diǎn)樁和主縱梁跨中位置的橫抬梁作為滑動支點(diǎn)，大幅減少了滑動支點(diǎn)的數(shù)量，支點(diǎn)布置橫向間距4.5 m，縱向間距2 m，單個(gè)支點(diǎn)設(shè)計(jì)承載力150 kN。滑動支點(diǎn)摩阻力在頂進(jìn)過程中帶動線路的不利荷載，支點(diǎn)設(shè)計(jì)需盡量減小摩阻力，現(xiàn)場采用實(shí)心滾軸小車作為滑動支點(diǎn)，效果較好，如圖13所示。

圖13　滑動支點(diǎn)

設(shè)置滑動支點(diǎn)的橫抬梁，每個(gè)支點(diǎn)由3根I45共同作用，橫抬梁采用U型吊絲與主縱梁固定。在頂進(jìn)施工過程中，因各股道與箱體頂進(jìn)方向均存在不同程度的夾角，為保證滑動支點(diǎn)的可靠性和線路穩(wěn)定，對各個(gè)支點(diǎn)進(jìn)行專人盯防，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)作出調(diào)整。

4.5反力支點(diǎn)

頂進(jìn)施工中進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，臨時(shí)支點(diǎn)樁鑿除，頂進(jìn)施工時(shí)滑動支點(diǎn)代替臨時(shí)支點(diǎn)樁作用，其摩阻力有帶動線路的趨勢，需在頂進(jìn)前方設(shè)置反力支點(diǎn)。

下發(fā)場架空頂進(jìn)施工，架空體系分為3個(gè)區(qū)域架空，兩側(cè)分別頂進(jìn)。西側(cè)頂進(jìn)時(shí)，僅架空西面2個(gè)區(qū)域，反力支點(diǎn)設(shè)置在未架空的第3區(qū)域15-16股道之間，利用已就位的主縱梁固定設(shè)置滑動支點(diǎn)的橫抬梁，通過主縱梁兩側(cè)股道間增設(shè)圓木撐保持主縱梁穩(wěn)定。東側(cè)頂進(jìn)時(shí)，西側(cè)第一區(qū)域線路恢復(fù)，設(shè)置滑動支點(diǎn)的橫抬梁及4-5股道中間的主縱梁保留，作為東側(cè)頂進(jìn)施工時(shí)的反力支點(diǎn)。

4.6反后背

頂進(jìn)箱體阻力主要來源于各接觸面摩阻力，包含上部滑鐵與滑動支點(diǎn)摩阻力、側(cè)壁摩阻力和箱底摩阻力，施工時(shí)頂進(jìn)為千斤頂一個(gè)行程一進(jìn)尺，設(shè)計(jì)頂力為最大靜摩阻力。箱體經(jīng)分節(jié)后，設(shè)計(jì)頂力為長度28.9 m 箱體鄰近就位時(shí)的頂推力，設(shè)計(jì)值為 84 230 kN。

千斤頂數(shù)量

N=p/(f·T)。

式中：f為千斤頂效率系數(shù)，取0.7；T為千斤頂頂力值，選擇3 200 kN自動連續(xù)頂推式千斤頂。

計(jì)算所需要的千斤頂數(shù)量為38臺，設(shè)計(jì)40臺，2臺備用。為防止頂進(jìn)時(shí)箱體扎頭，頂進(jìn)位置為箱體底板。

本工程利用敞口段坑內(nèi)原土作為頂進(jìn)后背，預(yù)制鋼筋混凝土梁作為反力分配梁，梁頂堆載反壓。

4.7其他措施

本工程架空線路復(fù)雜，還采取了以下措施確保施工安全。

1)更換有傷損的鋼軌、枕木及道釘?shù)龋苊饧芸兆冃我鹁€路損壞。

2)在道岔密集區(qū)因無法布設(shè)臨時(shí)支點(diǎn)縱橫梁跨度較大處，增設(shè)臨時(shí)枕木垛支點(diǎn)，控制架空體系變形。

3)線路與縱梁之間打設(shè)木撐，穩(wěn)固線路。

4)箱體姿態(tài)控制措施主要為：頂進(jìn)前方底板設(shè)置輕微船頭坡，防止箱體載頭；側(cè)向留土高度不小于2 m，形成導(dǎo)向槽。

5架空頂進(jìn)施工及實(shí)施效果

5.1下發(fā)場地道橋頂進(jìn)主要施工步驟

1)人工挖孔樁施工，2人1個(gè)班組，輪流挖土(見圖14)。

圖14　挖孔樁施工

2)軌道車吊裝縱梁就位(見圖15)。

3)穿滑動支點(diǎn)橫抬梁，并與縱梁固定。

4)架空線路(見圖16)。

5)按“頂進(jìn)—支點(diǎn)轉(zhuǎn)換—頂進(jìn)”循環(huán)進(jìn)行頂進(jìn)施工，直至就位(見圖17和圖18)。

6)逐步拆除架空區(qū)域橫抬梁和縱梁，回填搗固道砟，恢復(fù)線路。道路鋪裝，竣工通車(見圖19)。

圖15　吊裝縱梁

圖16　線路架空

圖17　頂進(jìn)施工

圖18　支點(diǎn)轉(zhuǎn)換

圖19　竣工通車

5.2實(shí)施效果

1)黃河路地道橋下穿鄭州北站下發(fā)場咽喉區(qū)架空頂進(jìn)施工，限于場地條件不能采用分離式箱體設(shè)計(jì)，因頂力較大，箱體結(jié)構(gòu)根據(jù)股道情況進(jìn)行分節(jié)，采用分區(qū)域架空、雙向中繼間頂進(jìn)方式。分節(jié)后的箱體頂進(jìn)阻力大大減小，所需千斤頂數(shù)量減少，反后背需提供的頂力也相應(yīng)降低，設(shè)計(jì)反后背變形控制在合理范圍內(nèi)。采用分區(qū)域架空、分節(jié)雙向頂進(jìn)方案，降低了工程難度，整個(gè)架空施工過程線路控制穩(wěn)定，工程進(jìn)展順利。

2)采用挖土雙向頂進(jìn)施工，利用兩側(cè)土體作為頂進(jìn)導(dǎo)向控制，中線精度控制較好。

3)地道橋結(jié)構(gòu)自重過大，雖然進(jìn)行了嚴(yán)格控制，兩側(cè)箱體均不同程度地出現(xiàn)了扎頭現(xiàn)象，在東側(cè)箱體就位前，預(yù)留2.5 m接口區(qū)域，現(xiàn)澆混凝土滑板，才使兩側(cè)箱體順利合攏，避免了錯(cuò)臺的發(fā)生。分析認(rèn)為，大斷面地道橋頂進(jìn)施工時(shí)，頂進(jìn)前方土體雖然預(yù)留了一定下沉量，但由于頂進(jìn)時(shí)箱體與土體摩阻力較大，頂進(jìn)過程中極易帶動土體，造成基底土體擾動，引起箱體扎頭。經(jīng)調(diào)查，一些小斷面箱體通過打入型鋼導(dǎo)軌即可實(shí)現(xiàn)；也有采用開挖導(dǎo)洞預(yù)作鋼筋混凝土導(dǎo)梁，不僅造價(jià)高，且開挖導(dǎo)洞對鐵路路基有一定安全隱患，工期也較長。通過設(shè)置導(dǎo)軌方式，頂進(jìn)過程中如導(dǎo)軌發(fā)生不平衡沉降，將影響整個(gè)頂進(jìn)過程，造成結(jié)構(gòu)偏斜，基底土為超壓縮土，承載力滿足要求，應(yīng)采取措施保持基底土層的穩(wěn)定，避免箱體頂進(jìn)時(shí)帶動下方土體。建議采取的方式為超挖10 cm土體，澆筑快干混凝土，在面層鋪鋼筋網(wǎng)片抗裂，混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后涂潤滑劑減阻，可有效控制基底土穩(wěn)定，并可大大減小頂進(jìn)阻力，減少機(jī)械及能耗。

4)常規(guī)反后背設(shè)計(jì)采取插入型鋼，用后拔出回收方案，本工程頂力較大，設(shè)計(jì)之初為型鋼+工字鋼分配梁作為反后背方案，工程實(shí)施過程中，調(diào)整為鋼筋混凝土梁、反壓土體方案。施工過程中，由于場地需求大，反力傳力桿幾乎占用了所有作業(yè)面，施工單位填土平整作為施工操作場地，后建議其加高填土厚度，并反復(fù)碾壓密實(shí)，提供一定的摩阻力。最大頂力監(jiān)測值為85 000 kN，頂進(jìn)完成開挖后背梁，除有輕微的后移外，整個(gè)反后背無明顯裂縫，形狀完好。

6結(jié)論與討論

1)編組站咽喉區(qū)施工，工程條件較一般鐵路工程風(fēng)險(xiǎn)及難度更大，在斷面大、覆土小的鐵路隧道施工中，架空頂進(jìn)仍為適用的施工方法。

2)大斷面地道橋采用箱體分節(jié)、中繼間頂進(jìn)方式，頂進(jìn)阻力大大減小，所需千斤頂數(shù)量少，反后背需提供的頂力也相應(yīng)降低，反后背變形控制在合理范圍內(nèi)，具有一定的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

3)長距離地道橋采用對向頂進(jìn)施工、分區(qū)域架空線路，既減少了頂進(jìn)的距離，又可借助滑動支點(diǎn)橫抬梁貫通整個(gè)股道，由未架空股道間主縱梁提供反力支點(diǎn)，頂進(jìn)期間線路的穩(wěn)定及施工精度均易控制。

4)大面積架空鐵路股道，在支點(diǎn)樁和主縱梁跨中設(shè)置滑動支點(diǎn)，一方面在節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換過程中，減小了架空縱橫梁的跨度，可有效控制股道變形；另一方面，滑動支點(diǎn)在有效的區(qū)域設(shè)置，減少了轉(zhuǎn)換支點(diǎn)的數(shù)量，相應(yīng)降低了頂進(jìn)過程中滑動支點(diǎn)與箱體的摩阻力，避免帶動線路，同時(shí)也降低了轉(zhuǎn)換工作量，在有限的作業(yè)時(shí)間內(nèi)，施工可行性更高。

5)采用挖土雙向頂進(jìn)施工，利用兩側(cè)土體控制箱體中線精度，實(shí)施效果較好，但由于箱體自重過大，兩側(cè)箱體均不同程度地出現(xiàn)了扎頭現(xiàn)象。作者分析認(rèn)為，應(yīng)采取措施保持基底土層的穩(wěn)定，避免地道橋頂進(jìn)時(shí)帶動下方土體。

6)在土質(zhì)較好、地下水位較低的場地采取鋼筋混凝土梁、反壓土體的反后背設(shè)計(jì)方案是經(jīng)濟(jì)可行的，且通過加高傳力梁上部填土厚度，碾壓密實(shí)，能提供一定的摩阻力，進(jìn)一步增強(qiáng)反后背混凝土梁及土體穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)(References)：

[1]王勝祖.既有線下穿箱涵頂進(jìn)施工技術(shù)[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,24(1):58-62.(WANG Shengzu.Construction technique of jacking box culvert under existing railway line[J].Journal of Shijiazhuang Tiedao University(Natural Science),2011,24(1):58-62.(in Chinese))

[2]馮衛(wèi)星,丁軍霞.征儀路下穿鐵路編組站超長地道橋施工方案[J].河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2011,8(3):46-52.(FENG Weixing,DING Junxia.Construction scheme of super long frame bridge sub-pass railway marshaling yard on Yizheng Road in Haerbin City[J].Journal of Hebei Jiaotong Vocational and Technical College,2011,8(3):46-52.(in Chinese))

[3]李欣,劉忠華.道岔下面斜交大跨度框架橋頂進(jìn)施工[J].華東交通大學(xué)學(xué)報(bào),2005,22(2):6-9.(LI Xin,LIU Zhonghua.Against enter construction of crosswise cross and big span frame bridge undersureace railway switch[J].Journal of East China Jiaotong University,2005,22(2):6-9.(in Chinese))

[4]張群勝.鐵路既有線橋涵基礎(chǔ)及頂進(jìn)施工關(guān)鍵技術(shù)方法分析[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2008(3):33-37.(ZHANG Qunsheng.Analysis of the key process and the technical method for construction of the bridge and culvert base on existing line with jacking method[J].Journal of Railway Engineering Society,2008(3):33-37.(in Chinese))

[5]金繼偉.下穿既有鐵路大跨度架空頂進(jìn)箱涵的設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2012,33(3):28-32.(JIN Jiwei.Key technique in the design and construction of large span overhead jacking culvert beneath the existing railway[J].Journal of Zhengzhou University (Engineering Science),2012,33(3):28-32.(in Chinese))

[6]韓立峰,許淑珍.橋涵頂進(jìn)施工事故的預(yù)防及處理[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2006,2(1):53-56,60.(HAN Lifeng，XU Shuzhen.Prevention and treatment of accident in construction of bridge and culvert jack-in[J].Journal of Railway Engineering Society,2006,2(1):53-56,60.(in Chinese))

[7]劉英文.大型框架橋下穿既有鐵路頂進(jìn)施工技術(shù)總結(jié)與探討[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2008,18(32):201-202.(LIU Yingwen.Sum up and probe into the jacking construction technology for existing railway under-passing the large-frame bridge[J].SCI-TECH Information Development &Economy,2008,18(32):201-202.(in Chinese))

[8]李九超.公路下穿既有鐵路立交工程施工技術(shù)[J].山西交通科技,2011(3):57-58,84.(LI Jiuchao.The construction technology of interchange engineering for highway beneath the existing railway[J].Shanxi Science &Technology of Communications,2011(3):57-58,84.(in Chinese))

[9]王立新.頂進(jìn)大孔徑框構(gòu)橋鐵路架空方案的設(shè)計(jì)及其施工[J].鐵道建筑技術(shù),2009(6):79-80,112.(WANG Lixin.Design and construction of the railway aerial plan of jacking the bridge aperture framed bridge[J].Railway Construction Technology,2009(6):79-80,112.(in Chinese))

[10]郭國棉.框架橋頂進(jìn)施工時(shí)既有鐵路架空加固技術(shù)[J].國防交通工程與技術(shù),2009(1):53-56.(GUO Guomian.Strengthening techniques for the elevated existing railway during the construction of the framed bridge[J].Traffic Engineering and Defense Technology,2009(1):53-56.(in Chinese))

Study of Key Construction Technologies for Large-span Overhead Jacking of Underpass Bridge Crossing underneath Railway Marshalling Station

NI Weiwei,ZHANG Jundai,HUANG Wei

(China Railway Tunnel Survey &Design Institute Co.,Ltd.,Tianjin 300133,China)

Abstract:The North Zhengzhou Railway Station is the largest railway marshalling station in Asian areas.The overhead jacking of underpass bridge crossing underneath North Zhengzhou Railway Station has many difficulties,i.e.large cross-section of underpass bridge box,long jacking distance,large overhead area,hard line fixing,limited overhead point and overhead horizontal beam and complex structural system conversion,etc.The underpass bridge jacking is analyzed and the jacking force and overhead system are calculated.The sectional overhead and opposite jacking method is adopted in the end.

Keywords:crossing underneath railway marshalling station;jacking and thrusting;overhead jacking;underpass bridge;existing line construction

收稿日期：2016-03-17;修回日期:2016-05-11

第一作者簡介：倪偉偉(1982—)，男，河南周口人，2009年畢業(yè)于鄭州大學(xué)，巖土工程專業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)從事隧道及地下工程設(shè)計(jì)工作。 E-mail:61288889@qq.com。

DOI:10.3973/j.issn.1672-741X.2016.06.014

中圖分類號：U 455

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1672-741X(2016)06-0740-08