李 青 （中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043）

1 概述

本橋?yàn)槲蹇紫湫蜆颍卓绮贾酶鶕?jù)經(jīng)九路現(xiàn)有道路布置），孔跨布置為：（4.5+15+15.5+5+4.5）m。與隴海線斜交角度為26.55。，為經(jīng)九路下穿隴海鐵路而設(shè)，南北兩側(cè)出入口與公路箱型橋相接。建設(shè)期間橋上通行既有線3條，分別為：隴海下行線、牽出線、隴海上行線。配合西安站改建工程，拆除全部既有線，重新布設(shè)鐵路線路，本工程施工完畢后，橋上通行共8條線路：改建隴海上下行線，增建隴海三四線、增建兩條機(jī)車走行線及2條車底走行線，橋內(nèi)（15+15.5）m為車行道，東側(cè)4.5m孔和西側(cè)5m孔為非機(jī)動(dòng)車道和人行道，蓋板下及最西側(cè)4.5m孔為市政管線預(yù)留廊道。箱型橋共分9個(gè)節(jié)段，西側(cè)總長109.241m，東側(cè)總長84.007m，1～5節(jié)段為斜交節(jié)段，第6、7節(jié)段為漸變節(jié)段，8、9號(hào)節(jié)段為正交段（見圖1）。

2 有限元分析

本箱型橋總節(jié)長較長且分段施工，在有限元分析中選取受力最不利的節(jié)段即4號(hào)節(jié)段采用Midas Civil進(jìn)行精細(xì)分析。本節(jié)段為斜交箱型橋，斜交角26.55。，箱型橋箱身采用C40混凝土，高10.3m，頂板厚1.1m，底板厚1.2m，側(cè)墻厚度1m?；A(chǔ)采用1.0m厚C35混凝土，斷面尺寸如圖2所示。

主要材料：箱型橋采用C40混凝土，彈性模量E=3.40×104MPa，泊松比 ν=0.2，混凝土 γ=26kN/m3；基礎(chǔ)采用C35混凝土。

圖1 箱型橋總布置圖

圖2 4號(hào)節(jié)段斷面尺寸示意圖

主要荷載：

①恒載：框架自重、線路設(shè)備重、道路鋪裝等。

②二期恒載：鐵路二期恒載取101.26 kN/m；車行道二期恒載取5 kN/m2，非機(jī)動(dòng)車道和人行道二期恒載取13.6 kN/m2，市政管線預(yù)留廊道二期恒載取16.75 kN/m2。

③土壓力荷載：

頂板上路基填方的豎向壓力和水平壓力：按照《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]第4.2.3條規(guī)定計(jì)算，填土容重按18kN/m3計(jì)算。

路基填方引起土壓力：豎向土壓力P=KγH=44.6kPa；水平土壓力：頂板 e1=ζγH1=14.7kPa；底板e(cuò)2=ζγH2=83.2KPa

活載引起的土壓力：豎向土壓標(biāo)準(zhǔn)值qh=38.8kPa；頂板水平土壓力值e=ζqh=13.58 kPa

④箱型橋頂部鐵路列車設(shè)計(jì)活載按照“ZKH活載”考慮。

⑤公路荷載按照“城-A”考慮。

箱型橋采用板單元建立模型，彈性地基的計(jì)算采用共同變形理論[2]。曲面彈簧單元模擬地基土與箱型橋地面的相互作用，地基基床反力系數(shù)k=5×104kN/m3，箱型橋計(jì)算模型如圖3所示。

圖3 箱型橋有限元模型

結(jié)構(gòu)計(jì)算荷載工況考慮結(jié)構(gòu)自重、二期恒載及土壓力，列車荷載和車道荷載，按照《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》來進(jìn)行荷載組合計(jì)算，并按照《鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]中鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度要求控制結(jié)構(gòu)的主筋配筋數(shù)量。

通過對結(jié)構(gòu)計(jì)算，結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)最大位移發(fā)生在頂板跨中，位移值Uy=10.2mm,小于構(gòu)件計(jì)算跨徑的L/1200=14mm，結(jié)構(gòu)變形滿足規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)變形云圖如圖4所示。

圖4 箱型橋變形云圖

提取結(jié)構(gòu)內(nèi)力結(jié)果可得，箱型橋頂板、底板軸力很??；側(cè)墻為彎壓構(gòu)件，軸力較大。結(jié)構(gòu)彎矩云圖如圖5所示，頂板、底板最大正負(fù)彎矩值分別出現(xiàn)于跨中及豎墻處，且豎墻處負(fù)彎矩值較大。本斜交箱型橋與斜交梁橋有相似的受力特征，跨中彎矩峰值向鈍角方向靠攏。

圖5 箱型橋彎矩云圖

根據(jù)受力分析及構(gòu)件裂縫控制計(jì)算，頂板與豎墻相接處配筋按兩根一束28號(hào)鋼筋，間距10cm進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)，鋼筋應(yīng)力最大為189.9MPa，裂縫寬度ωf=0.156mm，均滿足規(guī)范要求。

3 主要施工技術(shù)措施

本箱型橋斷面大，斷面尺寸達(dá)50.5m，縱向共分9個(gè)節(jié)段，第4、5、6節(jié)位于F3地裂縫段，對地裂縫的活動(dòng)性進(jìn)行評價(jià)，采用未來50年內(nèi)最大垂直位移按照150mm設(shè)防[4]。如果采用傳統(tǒng)的頂推施工，各個(gè)節(jié)段只能相繼頂推施工而引起工期長，部分節(jié)段需頂推穿過兩條鐵路，頂推距離長，且與既有線路的干擾較大。

本工程采用現(xiàn)澆施工與頂進(jìn)施工相結(jié)合的創(chuàng)新工法，第1節(jié)段與第6節(jié)段采用頂進(jìn)施工，其余節(jié)段采用現(xiàn)澆施工。其中第6節(jié)段由北向南頂進(jìn)施工，第1節(jié)段由南向北頂進(jìn)施工。頂進(jìn)施工的同時(shí)，同期開挖第3、4節(jié)段。在第4節(jié)現(xiàn)澆完成，第6節(jié)頂進(jìn)到位后，再澆筑第5節(jié)，并將此三節(jié)連接為一體，第5節(jié)采用補(bǔ)償收縮混凝土澆筑。此時(shí)同期澆筑7～9節(jié)，根據(jù)施工進(jìn)度擇期澆筑2、3節(jié)。箱型橋總施工工序流程圖如圖6所示。

圖6 箱型橋總施工工序流程圖

3.1 工作坑開挖

由于箱型橋下挖設(shè)置，開挖深度大，為減小開挖面，在開挖工作坑前，采用φ1.25m鉆孔樁防護(hù)基坑四周，既有線處采用φ1.25m挖孔樁防護(hù)。

工作坑是1、6節(jié)段預(yù)制和頂進(jìn)的場地。施工前對既有線路基采用挖孔樁進(jìn)行防護(hù)，1號(hào)節(jié)段南端和6號(hào)節(jié)段北端開挖工作坑，施工工作底板，工作坑的位置根據(jù)現(xiàn)場地形，土質(zhì)情況及施工機(jī)具綜合考慮。工作坑需考慮必要的排水設(shè)施，以防基坑邊坡失穩(wěn)。

開挖工作坑后先修筑滑板，滑板表面應(yīng)盡量光滑平整，高程誤差不宜超過±3mm，并噴涂潤滑劑。

3.2 箱型橋主體澆筑

可分為兩個(gè)階段施工，先澆筑框架底板混凝土，當(dāng)其達(dá)到適宜強(qiáng)度后，在綁扎上部鋼筋，澆筑相應(yīng)部分混凝土。澆筑底板混凝土?xí)r，保證其與滑板的有效隔離，防止粘接而發(fā)生啟動(dòng)頂進(jìn)困難。

為防止混凝土收縮開裂，要求混凝土有最大的密實(shí)度，夏季高溫施工時(shí)要盡量降低混凝土的入模溫度，嚴(yán)格控制混凝土水灰比，澆筑完成后精心養(yǎng)護(hù)。

3.3 既有線的加固

采用φ1.25m挖孔樁防護(hù)基坑及既有路基。隴海下行線由東向西采用(4×16+12)m工字鋼梁架空既有線，其余既有線均采用由東向西(5×16)m工字鋼梁架空，而鋼梁支點(diǎn)采用挖孔樁支墩，線路外側(cè)支墩利用慢行點(diǎn)施工，線間支墩施工需要封鎖線路施工。待箱型橋頂進(jìn)至工字鋼的支墩處時(shí)，工字鋼支于箱型橋頂面并切除支墩繼續(xù)頂進(jìn)。

3.4 后背工程

后背是承受頂進(jìn)時(shí)水平頂力的反力的重要構(gòu)筑物，本箱型橋噸位重，后背工程自頂進(jìn)開始到結(jié)束應(yīng)保持足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。本次后背工程設(shè)計(jì)采用后背墻加后背樁相結(jié)合的方式，后背墻為M10漿砌片石，后背樁采用C40混凝土。采用底板三角塊來協(xié)調(diào)斜交箱型橋節(jié)段與頂進(jìn)方向之間的角度。

3.5 頂進(jìn)施工

本箱型橋第1、6節(jié)段采用頂進(jìn)施工，設(shè)計(jì)頂力F=μ×G（其中 μ=1.4，G 為箱身自重），為防止頂進(jìn)時(shí)底板混凝土損壞，沿受頂面安裝10mm厚鋼板，并在板后設(shè)置三層鋼筋網(wǎng)綁扎于底板鋼筋上，保證保護(hù)層厚度不小于3cm。頂進(jìn)原則為“短進(jìn)尺、快開挖，勤頂進(jìn)”，并嚴(yán)格控制一次土方開挖的數(shù)量。頂進(jìn)過程中，應(yīng)對地質(zhì)情況進(jìn)行記錄，將實(shí)際地質(zhì)情況與地質(zhì)資料進(jìn)行比較，以做到在施工頂進(jìn)中及時(shí)調(diào)整。頂進(jìn)啟動(dòng)時(shí)，需要克服與滑板的粘著力，啟動(dòng)頂力較大；啟動(dòng)后空頂階段頂力甚小；而箱型橋入土，頂力又逐漸增加；接近就位時(shí)候頂力最大。頂進(jìn)就位后處理好沉降縫，回填路基土，注漿壓實(shí)，落下架空的線路。

4 結(jié)論

對混凝土箱型橋有限元分析，可得箱型橋中豎墻處及跨中處為彎矩控制截面，且斜交箱型橋與彎矩峰值向鈍角方向偏離。運(yùn)用板單元建模計(jì)算結(jié)果與實(shí)際更加接近，從而可以更準(zhǔn)確的進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)計(jì)算可靠安全。

本箱型橋斷面尺寸大，部分節(jié)段為斜交箱型橋，受力復(fù)雜，與既有鐵路及規(guī)劃鐵路交叉復(fù)雜，節(jié)段劃分多，施工工藝復(fù)雜。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際特點(diǎn)，采用了頂進(jìn)法和現(xiàn)澆法相結(jié)合的施工方法，節(jié)約了工期，是一種快速、安全的施工方案。