石 敏/中鐵六局集團(tuán)太原鐵路建設(shè)有限公司

預(yù)制空間有限的頂進(jìn)橋施工技術(shù)淺析

石 敏/中鐵六局集團(tuán)太原鐵路建設(shè)有限公司

以九江站改造青年南路框架橋施工為例，本工程是在原京九線九江青年路下穿鐵路立交橋的基礎(chǔ)上擴(kuò)建，新橋中心線在原橋中心線向南昌方向偏移3.5米。原設(shè)計(jì)為既有京九上、下行線下框架采用頂進(jìn)，新增線下框架就位預(yù)制節(jié)正位現(xiàn)澆。由于工期緊，框構(gòu)主體變更為全部采用頂進(jìn)施工。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，預(yù)制框構(gòu)受地形空間的限制，框構(gòu)橋分成四節(jié)預(yù)制，在線路兩側(cè)左右交錯(cuò)布置，既有鐵路采用24m D型便梁加固及16m工字鋼加固線路，再頂進(jìn)。針對(duì)框架涵切割施工、便梁架空施工、頂進(jìn)施工等進(jìn)行了詳細(xì)論述，為今后類似的施工積累了經(jīng)驗(yàn)，提供了參考。

框架橋；便梁；切割；施工；頂進(jìn)

一、工程簡(jiǎn)介

本工程是在原京九線既有框架（4m+8m+4m）改建，改建后框架橋孔徑布置為：6m+12.5m+12.5m+6m，全長(zhǎng)42.13m，框構(gòu)長(zhǎng)28.6m，新橋中心線在原橋中心線向南昌方向偏移3.5米。

二、總體施工方案

原設(shè)計(jì)為既有京九上、下行線下框架采用頂進(jìn)，新增線下框架就位預(yù)制節(jié)正位現(xiàn)澆。由于工期緊，框構(gòu)主體變更為全部采用頂進(jìn)施工。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，預(yù)制框構(gòu)受地形空間的限制，故考慮將框構(gòu)分成四節(jié)預(yù)制，在線路兩側(cè)左右交錯(cuò)布置，既有鐵路采用24m D型便梁加固及16m工字鋼加固線路，再頂進(jìn)。其中九江端右側(cè)預(yù)制京九左右線及武九客聯(lián)上行疏解線3股道的（6.5+12.5m）框架①節(jié)17.1m，左側(cè)預(yù)制武九客聯(lián)2股道的（6.5+12.5m）框架②節(jié)11.5m；南昌端左側(cè)預(yù)制武九客聯(lián)及京九左右線4股道的（6.5+12.5m）框架③節(jié)22.1m，右側(cè)預(yù)制武九客聯(lián)上行疏解線1股道的（6.5+12.5m）框架④節(jié)6.5m。頂進(jìn)順序依次按照1#→3#→2#→4#的順序進(jìn)行頂進(jìn)。

新建框架橋頂進(jìn)前，先對(duì)九江側(cè)（6.5+12.5m）框架節(jié)對(duì)應(yīng)位置線路進(jìn)行加固，待①、②節(jié)就位后，縱移D型梁、拆除工字鋼；對(duì)廬山側(cè)（6.5+12.5m）框架節(jié)對(duì)應(yīng)位置線路進(jìn)行加固，再將③、④節(jié)頂進(jìn)就位。九江端支墩采用挖孔樁基礎(chǔ)，24m便梁廬山端支撐在既有京九鐵路框架橋上。頂進(jìn)過(guò)程中，需拆除既有京九鐵路框架橋中孔及九江側(cè)邊孔。廬山端支墩采用挖孔樁基礎(chǔ)，24m便梁九江端支撐在已就位的九江側(cè)新建頂進(jìn)鐵路框架橋上，頂進(jìn)過(guò)程中，拆除既有京九鐵路框架橋廬山側(cè)邊孔。本次改造采用既有橋同步拆除改建，新橋建成后，道路中心較現(xiàn)在偏西3.5m。

三、施工流程

施工順序?yàn)椋夯娱_(kāi)挖--框架橋預(yù)制--后背墻制作—拆除部分既有框架涵--九江端線路加固--九江端框架橋頂進(jìn)--廬山端線路加固—拆除剩余部分既有框架涵--廬山端框架橋頂進(jìn)--線路恢復(fù)。為縮短總體工期，樁基施工與框架節(jié)預(yù)制同步施工。

四、框架涵切割施工

本工程原結(jié)構(gòu)為三跨框架涵，現(xiàn)因地方改造要求，該涵原位靠九江端兩跨為新涵設(shè)計(jì)位置，在頂進(jìn)替換時(shí)需要將九江端兩涵（主、副）移除，因此必須先將九江端兩涵與南昌副涵斷開(kāi)。本次擬采用片鋸和鏈鋸切割的方法解除框架涵的連接，其特點(diǎn)是施工時(shí)間短，所需人工和機(jī)械少。切割設(shè)備采用瑞士進(jìn)口的HILTI(喜利得)切割設(shè)備，包括D-LP32片鋸切割設(shè)備和DS-LP32鏈鋸切割設(shè)備。本次先采用片鋸切割框架涵下部砼體——兩道切割縫，同時(shí)人工配合鑿除已切割好的下部砼體——兩道切割縫之間鑿成U型槽，待下部砼體切割完成后返回最先切割側(cè)，鏈鋸切割頂板砼體。由于下部砼體鏈鋸操作困難，厚度達(dá)1.4m，片鋸切割一次不能解除連接，必須分成兩次切割，每次切70cm厚。切割時(shí)先用片據(jù)切兩條間隔70cm的縫，人工配合鑿除兩縫間混凝土成U型槽，在U型槽內(nèi)重新安裝切割機(jī)，將整個(gè)砼底板切開(kāi)。上部混凝土在頂板上用取芯機(jī)鉆兩個(gè)孔（位置約在沉降縫兩側(cè)涵平均分為四段），通過(guò)鉆孔和沉降縫安裝鏈鋸進(jìn)行切割。

（一）片鋸切割工藝

1.確定需要切割的位置，彈好墨線。

2.鉆膨脹螺栓孔，打膨脹螺栓，安裝切割設(shè)備。

3.安裝連接電源、水源。

4.開(kāi)動(dòng)油壓泵，運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)頭，進(jìn)行切割。

5.切割到位，拆除設(shè)備，移到下一點(diǎn)繼續(xù)安裝切割。

（二）鏈鋸切割工藝

片鋸切割完成后，進(jìn)行鏈鋸切割框架涵上部。

1.根據(jù)需切割的位置，用鉆機(jī)鉆穿鏈鋸的工藝孔。

2.鉆膨脹螺栓孔，打膨脹螺栓，安裝切割設(shè)備及鏈鋸。

3.連接電源、水源。

4.開(kāi)動(dòng)機(jī)器，運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)頭，進(jìn)行切割。

5.切割到位，拆除設(shè)備，移到下一點(diǎn)繼續(xù)安裝切割。

五、便梁架空施工

（一）架空部分養(yǎng)護(hù)

為較好地掌握D24便梁變化，在便梁兩端兩外側(cè)各設(shè)一觀測(cè)樁，對(duì)架空過(guò)程中便梁的狀況進(jìn)行隨時(shí)觀測(cè)，確保線路的穩(wěn)定，保證列車的平穩(wěn)運(yùn)行，同時(shí)應(yīng)經(jīng)常檢查架空便梁及線路扣件的扣緊度。

對(duì)于水平（三角坑）、高低，做到每過(guò)一趟車檢查一次，檢查軌距、水平用道尺，檢查高低用目視，發(fā)現(xiàn)超保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)立即進(jìn)行處理。

各種檢查要用規(guī)定的檢查記錄簿作好記錄（線路檢查記錄簿、道岔檢查記錄簿、曲線正矢檢查記錄簿），作業(yè)要實(shí)行記名制，若發(fā)現(xiàn)作業(yè)質(zhì)量不良，便于分析和追查責(zé)任。

（二）D24m便梁縱移

1.在封鎖前一天將D24m便梁牛腳部位分解并將兩線間2片便梁聯(lián)結(jié)成整體。

2.封鎖命令下達(dá)。

3.安裝四對(duì)牛腿，將四米鋼枕橫架在便梁上。

4.將牛腿與鋼枕用螺栓聯(lián)結(jié)。

5.將D24便梁一頭頂起，高度為高于支點(diǎn)70mm，安裝兩側(cè)小臺(tái)車、加墊臨時(shí)墊塊，落便梁在小臺(tái)車上。

6.重復(fù)e工序，將D24便梁的另一頭落在小臺(tái)車上。

7.牽引小臺(tái)車將D24便梁縱移24米到架設(shè)位。

8.將D24便梁的一頭頂起2cm，拆除小臺(tái)車落梁至支點(diǎn)上。

9.重復(fù)h工序，將便梁的另一頭落至支點(diǎn)上。

10.解除封鎖，開(kāi)通線路。

六、頂進(jìn)施工

施工按先后順序分為基坑開(kāi)挖、框架橋與后背墻制作、線路加固、框架橋頂進(jìn)、線路恢復(fù)六部分。為縮短總體工期，樁基施工與框架節(jié)預(yù)制同步施工。

（一）基坑開(kāi)挖

工作坑設(shè)在既有京九線兩側(cè)預(yù)制，基坑開(kāi)挖邊線距線路中心最小距離不小于3.5m，1號(hào)基坑尺寸為25.65×28.6m,2號(hào)基坑尺寸為25.65×23m，3號(hào)基坑尺寸為25.65×33.6m，4號(hào)基坑尺寸為25.65×18m，鄰近既有線一側(cè)，基坑開(kāi)挖坡度為1:1.5，其余為1:1。

（二）滑板制做

滑板制做軸線與框架橋軸線重合，滑板面積大于框架橋投影面積每側(cè)1m，尾端與后背梁相接，框架橋尾端距后背梁凈距2.0m，以確保200t頂鎬及頂鐵能順利裝入。滑板采用C20鋼筋混凝土，厚為0.3m。

1.滑板施工程序：

原地面夯實(shí)→10cm厚碎石墊層→30cm厚C20砼滑板→1mm石蠟→1mm潤(rùn)滑油→3mm油氈→1mm潤(rùn)滑油→3mm油氈。

2.滑板頂面順頂進(jìn)方向預(yù)留4‰的預(yù)仰坡，以減少頂進(jìn)中出現(xiàn)的扎頭現(xiàn)象，施工中應(yīng)嚴(yán)格控制滑板面平整光潔度。

3.地錨梁與滑板砼一起灌注，錨梁寬0.5m，深0.5m，垂直于橋中線布置。

4.在滑板前端做船頭坡，長(zhǎng)1.0m,高0.1m,上鋪隔離層。

（三）后背制作

1.計(jì)算說(shuō)明

本工程采用便梁架空頂進(jìn)方法，后背墻最大頂力為框架涵的自重的1.2倍。本工程頂進(jìn)時(shí)頂板及兩側(cè)的土體基本掏空，摩擦力基本上只有底板的摩擦力，故左右側(cè)各取后背墻最大頂力為22.1m和17.1m框架節(jié)自重的1.2倍。頂進(jìn)時(shí)采用200t千斤頂。

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)基坑編號(hào)依次計(jì)算如下：

1#基坑預(yù)制17.1m框架，頂進(jìn)距離:17.6m

G自17.1＝52.64×17.1×2.55=2295T

F右側(cè)max頂＝1.2·G自＝1.2×2295＝2754T=27540KN

M傾覆＝Fmax頂×l0＝27540×0.2＝5508KNm

油頂數(shù)n=2754÷200÷0.8=17.2臺(tái) 為平衡取18臺(tái)。

2#基坑預(yù)制11.5m框架，頂進(jìn)距離:5.6m

G自11.5＝52.64×11.5×2.55=1544T

F11.5頂＝1.2·G自＝1.2×1544＝1853T=18530KN

M傾覆＝Fmax頂×l0＝18530×0.2＝3706KNm

油頂數(shù)n=1853÷200÷0.8=11.6臺(tái) 為平衡取12臺(tái)。

3#基坑預(yù)制22.1m框架，頂進(jìn)距離:12.5m

G自22.1＝52.64×22.1×2.55=2967T

F左側(cè)max頂＝1.2·G自＝1.2×2967＝3561T=35610KN

M傾覆＝Fmax頂×l0＝35610×0.2＝7122KNm

油頂數(shù)n=3561÷200÷0.8=22.3臺(tái) 為平衡取24臺(tái)。

4#基坑預(yù)制6.5m框架，頂進(jìn)距離:5m

G自6.5＝52.64×6.5×2.55=873T

巖體中裂隙分布復(fù)雜，目前在數(shù)學(xué)上處理裂隙巖體滲流主要有：等效連續(xù)介質(zhì)模型、離散裂隙網(wǎng)絡(luò)模型和雙重介質(zhì)滲流模型。

F6.5頂＝1.2·G自＝1.2×873＝1048T=10480KN

M傾覆＝Fmax頂×l0＝10480×0.2＝2096KNm

油頂數(shù)n=1048÷200÷0.8=6.6臺(tái) 為平衡取8臺(tái)。

按照設(shè)計(jì)圖先頂進(jìn)九江側(cè)框架節(jié)，再頂進(jìn)廬山側(cè)框架節(jié)，故油頂最大需求量為32臺(tái)，考慮油頂工作故障等特殊原因，多備4臺(tái)，共需油頂36臺(tái)。

2.后背墻結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)尺寸擬定

根據(jù)初步方案確定1#、3#采用鋼筋混凝土墻做頂進(jìn)后背，2#、4#由于離民房較近，為確保民房安全，采用鋼筋混凝土墻＋挖孔樁做頂進(jìn)后背?，F(xiàn)初步擬定后背墻結(jié)構(gòu)尺寸：

樁基：?jiǎn)闻挪贾?，?根樁，樁距3m，樁徑φ1.0m,長(zhǎng)7m，主筋采用Φ20@300；混凝土采用C25。

后背：截面尺寸：寬×高：1.5×3.5m，縱向長(zhǎng)22米。采用鋼筋混凝土材料。后背墻自滑板埋入2.5m，外露1.0m。

3.檢算后背墻穩(wěn)定性

（1）樁基水平承載力驗(yàn)算

RH＝ηbRh

式中：ηb－群樁效應(yīng)綜合系數(shù)，由《樁基規(guī)》查取，這里取0.85；

Rh－單樁水平承載力設(shè)計(jì)值

當(dāng)缺少單樁水平靜載試驗(yàn)資料時(shí)，可按下式估算樁身配筋率小于0.65％的灌注樁水平承載力設(shè)計(jì)值Rh

式中：±號(hào)根據(jù)樁頂豎向力性質(zhì)確定，壓力取“＋”，拉力取“－”

其中 m－地基土橫向抗力系數(shù)的比例系數(shù)，查表m＝60×106N/m4

b1－樁的截面計(jì)算寬度，b1＝0.9×（1.0＋1）＝1.8m

EI－樁身抗彎剛度，EI＝6.96×109

m

γ －樁截面抵抗矩塑性系數(shù)，圓形截面γm＝2，矩行截面γm＝1.75；

ft－樁身混凝土抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度，C25混凝土ft＝1.26Mpa；

W0－樁身?yè)Q算截面受拉邊緣的彈性抵抗矩，圓形截面為：

其中 d0－扣除保護(hù)層的樁直徑，d0＝0.96m；E

α － 鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值；

υm－樁身最大彎矩系數(shù)，查表取值為υ m＝0.768；

ρg－樁身配筋率， ρg＝0.28％<0.65％；

An－樁身?yè)Q算截面面積，對(duì)圓形截面為：

ζN－樁頂豎向力影響系數(shù)，豎向壓力取ζN＝0.5。

把數(shù)據(jù)帶入各公式，可得：α＝0.435，W0＝0.1012，Rh＝397KN

6根樁總共能承受的水平承載力： RH =0.85×397×6＝2024.7KN

① 2#、4#后背被動(dòng)土壓力計(jì)算（采用朗肯土壓力理論）

2#、4#后背墻根據(jù)地質(zhì)資料顯示主要以硬塑性粉質(zhì)黏土為主，其物理力學(xué)的參數(shù)：內(nèi)摩擦角?＝15°，粘聚力c＝18kpa，基底摩擦系數(shù)μ＝0.5，密度ρ＝2.0×103kg/m3

ho－墻后有超載q作用時(shí)的等效高度

zi－在頂層和底層土的高度

γ－土的容重，γ＝ρg＝2.0×103×10＝20KN/m3

A 樁基的被動(dòng)土壓力計(jì)算（樁長(zhǎng)全長(zhǎng)7m，取5m樁長(zhǎng)的范圍計(jì)算）

M抗傾覆1p＝E1p×2.5＝15324KNm

B 同理可以后背墻被動(dòng)土壓力及抗傾覆彎距：

E2p=11800.8KN M抗傾覆2p=29529.5

基底摩擦力計(jì)算

后背自重：G1＝1.5×3.5×2.5×10×22=2887.5KN

F抗滑＝μG1＝0.75×2887.5＝2165.6KN

M抗傾覆 ＝G1×0.5＝1082.8KNm

抗滑穩(wěn)定性檢算 (取2#框架節(jié)檢算)

抗傾覆穩(wěn)定性檢算

故后2#、4#后背墻穩(wěn)定性可以滿足要求。

② 1#、3#后背被動(dòng)土壓力計(jì)算（采用朗肯土壓力理論）

1#、3#后背墻根據(jù)地質(zhì)資料顯示主要以風(fēng)化巖為主，其物理力學(xué)的參數(shù)：內(nèi)摩擦角?＝50°，粘聚力c＝20kpa，基底摩擦系數(shù)μ＝0.5，密度ρ＝2.4×103kg/m3

土的容重，γ＝ρg＝2.4×103×10＝24KN/m3

后背墻被動(dòng)土壓力及抗傾覆彎距：

M抗傾覆1p＝E1p×2.5＝85923.6KNm

基底摩擦力計(jì)算

后背自重：G1＝1.5×3.5×2.5×10×23=3018.8KN

F抗滑＝μG1＝0.75×3018.1＝2264.1KN

M抗傾覆 ＝G1×0.5＝1082.8KNm

抗滑穩(wěn)定性檢算 (取3#框架節(jié)檢算)

抗傾覆穩(wěn)定性檢算

故后1#、3#背墻穩(wěn)定性可以滿足要求。

4、框架頂進(jìn)

①頂進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)置

頂進(jìn)采用200T油頂，按照設(shè)計(jì)圖先頂進(jìn)九江側(cè)框架節(jié)，再頂進(jìn)廬山側(cè)框架節(jié)，故油頂最大需求量為32臺(tái)，考慮油頂工作故障等特殊原因，多備4臺(tái)，共需油頂36臺(tái)。共設(shè)動(dòng)力泵站4臺(tái)。所有油頂靠框架兩側(cè)布置。

②頂鐵設(shè)置

頂鐵采用鋼筋混凝土制作，尺寸為0.45m×0.45m×1m，在油頂后直線擺放。最大頂進(jìn)長(zhǎng)度為17.7m（1#框架節(jié)），按此預(yù)制頂鐵數(shù)量。

③頂進(jìn)順序

先使用人工配合機(jī)械出土，依次按照1#→3#→2#→4#的順序進(jìn)行頂進(jìn)。

七、結(jié)束語(yǔ)

昌九城際九江站改的橋涵施工中，技術(shù)要求高，工期緊，施工任務(wù)重。我單位在保證質(zhì)量和滿足工期的要求下優(yōu)質(zhì)高效的完成了任務(wù)，為今后類似的施工積累了經(jīng)驗(yàn)，提供了參考。

[1]《客貨共線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南》 TZ203-2008

[2]《鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》 TB10415-2003

[3]《高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南》 中國(guó)鐵道出版社