劉仲妍

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

0 引言

社會進步與時代發(fā)展促使基礎工程技術不斷進步，在鐵路行業(yè)，運用“頂進法”等常規(guī)方法能極大提高施工效率。在穿鐵路框架橋頂進設計與施工方面，進行預設鋼筋混凝土的框架結構的測量、組織、澆筑與維護，能極大地節(jié)約物料。頂進法施工是在已經建成的鐵路立交橋框架上進行施工，在不影響其他施工的基礎上完成有限界面的澆筑，有效確保工時與質量。

1 道路下穿鐵路框架橋頂進設計的原則

應先確定頂進位置，框架結構須保證鐵路行車運輸安全，橋位選擇時以不影響或少影響鐵路既有設備為布置原則，應盡量避開鐵路道岔，并調整傾斜角度不得小于45o。

頂進結構擬定原則有如下幾點：第一，框架橋的長度應綜合考慮地質、地形、工地、結構、縫隙、回填高度、橋梁管線等合理因素。第二，根據框架結構所在地區(qū)，綜合考慮是否設置刃角與尾墻，確保框架結構前后部分配重平衡。第三，框架橋跨線時，應綜合考慮地質條件、鐵路橫斷面、地基承載力及施工方法等因素，單節(jié)長度根據頂力計算，必要時需增加中繼間，沉降縫位置避開鐵路軌道及兩側2m 范圍。第四，雙孔以上分離式框架結構頂進時，需根據填土、壓實工作空間和邊墻之間的頂升偏差，確保側壁之間的自由空間。第五，框架結構頂板頂與軌底之間的距離應根據線路等級、線路鋼筋厚度和道碴確定，一般控制在0.65～0.85m 之間。

頂進過程中，為保證鐵路在施工過程中的安全，必須對鐵路進行線路加固措施。必要時對框架結構兩側路基土進行注漿加固，以減少頂進過程中路基土體塌陷的不利影響。

2 道路下穿鐵路框架橋頂進設計要點分析

在道路下穿鐵路框架結構頂進安全系數下考慮施工面其前端距離鐵路太近，而后背需要承受相應載荷，所以相應通道部署需要首先確立后背的形式（后背土堆、后背墻或后背樁），在地質力學角度下確定工作坑邊坡坡率，并將鐵路平面作為參照基點確定工作坑位置。而現場基于施工經驗，在余量可控前提下綜合避免鐵路線運營干擾。而相關基坑的加固工作更需要依據鐵路標準嚴格執(zhí)行，附件要求的四周排水溝和地井形式需要考慮尺寸，避免附著物淤堵導致的地基失衡。而必要時還需要及時清理，保證排水順利。

此外，對多重技術手段、不同算法計算進行數據比對。后背計算需考慮工作坑深度，地下水標高，頂進結構長度等多重因素。沉降監(jiān)控需要考慮材料力學的影響，并確?？蚣芙Y構穩(wěn)定，所述混凝土澆筑質量合規(guī)，填充物無空洞。而框架橋結構底部土壤的流變塑性會因為水平面頂進運動而誘發(fā)不同程度的導向作用失衡，所以需要系統(tǒng)性規(guī)避。這種情況可以進行頂力核算以及前移動程度觀測，并保證工作坑滑板在施工過程中擁有良好的預設間隙。而基于滑板的頂部位置大小的確定需要細節(jié)性核算，另外潤滑隔離層的厚度也需要向下余力的抵消，比如運用錨梁設置可以在抗滑能力最佳前提下確保導向墩不受額外載荷的干擾。而滑板兩端需要距離5～10cm 之間設置導向墩，并核算力的方向是否為沿著頂進的方向，以確保頂進最佳性。此外，對多重技術手段、不同算法計算進行數據比對。后背計算需考慮工作坑深度，地下水標高，頂進結構長度等多重因素。根據施工經驗，可在成本充裕的前提下多使用槽鋼或鋼軌樁鋼筋混凝土型后背，以確保總體工程完善可靠。

3 道路下穿鐵路框架橋應用實例

3.1 結構確定

鹽城市海洋路下穿新長鐵路、鹽通高鐵、范公路立交橋工程起止樁號為K1+860～K2+160，長300m。主要施工內容為下穿新長鐵路框架橋工程；U 形槽工程；道路路基、路面工程；交通、照明及綠化工程；雨水泵站及附屬工程等[1]。

根據鹽城市規(guī)劃，海洋路與改建新長鐵路、既有新長鐵路、新建鹽通高鐵、范公路相交。設計過程中，鹽通鐵路和改建新長鐵路處于施工狀態(tài)。結合新建鐵路選址及規(guī)劃道路情況，為減少將來的重復建設，實現投資集約，與鹽通高鐵相交的規(guī)劃路應盡量與鹽通鐵路同步實施建設。既有新長鐵路與改建新長鐵路線間距9.7m，高差1.7m，頂進期間，既有新長鐵路為運營狀態(tài)。根據道路狀況、新建鐵路設計情況、地形、地物等條件，設計情況如下。

道路下穿鐵路框架結構凈跨為（5.5+12.25+14.5+10）m 框架橋，設計采用高低一體框架，頂進法施工。交叉位置處既有新長鐵路鋼軌軌底標高為4.904m，框架橋結構頂板頂面標高為4.094m，框架橋頂板頂面距新建鐵路鋼軌軌底以下0.81m。結構尺寸見表1。

表1 下穿既有新長鐵路框架橋結構尺寸

交叉位置處改建新長鐵路鋼軌軌底標高為6.767m，框架橋結構頂板頂面標高為5.794m，框架橋頂板頂面距新建鐵路鋼軌軌底以下0.973m。結構尺寸見表2。

表2 下穿改建新長鐵路框架橋結構尺寸

框架橋結構總長23.03m（含開口箱部分）。框架橋結構凈高考慮了道路縱坡、橫坡、頂板加腋、路面鋪裝、頂進誤差等影響。框架橋施工完成、路面形成后機動車道通行凈高不小于5.0m。下穿新長鐵路處橫斷面設計見圖1。

圖1 新長鐵路處斷面圖（單位：cm）

根據現場條件，下穿既有新長鐵路框架橋采用頂進法施工。在鐵路東側設置頂進框架橋工作坑，頂進方向由東向西[2]。

工作坑采用鉆孔樁支護。支護樁樁頂均設置1.5m 厚的鋼筋混凝土冠梁，將支護樁連接成整體。鉆孔樁外側設雙排直徑0.6m 高壓旋噴樁作為止水帷幕。工作坑采用管井降水。工作坑支護及止水、降水完成后方可進行基坑開挖。工作坑土方開挖應分層、分區(qū)進行，每層開挖深度不超過2m，嚴禁一次開挖到底或超挖。挖到距離設計標高還差1m 時，應改用人工開挖。挖到設計標高后應及時鋪設碎石褥墊層并澆筑混凝土墊層封底，嚴禁長時間暴露。

滑板厚度為0.3m?；宓自O碎石墊層和錨梁。碎石墊層厚0.2m，滑板底以下錨梁深0.5m。

線路加固采用D 型便梁、便梁條基等組成線路加固系統(tǒng)，滿足列車慢行速度45km/h 的要求。

3.2 結構計算與線路加固

對頂進框架結構進行計算時，列車活載橫向分布寬度按現行《鐵路橋涵設計規(guī)范》（TB 10002—2017）有關規(guī)定計算。結構內力按彈性地基上的三維殼體計算，并考慮荷載作用下的結構底板在彈性地基上的變形（相對下沉、轉角）對結構內力的影響。彈性地基的計算采用共同變形理論?？蚣芙Y構頂、底板按受彎構件配筋，側墻及中墻按偏心受壓構件配筋。運用科寶華軟件及MidasCivil 對框架結構的受力情況進行分析，計算框架結構各截面的鋼筋面積，匯總框架結構鋼筋圖。為保證鐵路運營安全，須在施工期間對鐵路線路進行加固處理。鐵路線路的加固可采用3-5-3扣、縱橫梁加固及D 型便梁等方式。距離鐵路線路較近位置無法使用大型機械設備，可使用人工挖孔樁配合線路加固系統(tǒng)。

3.3 對工作坑的相關設計

作為頂進框架結構的施工基地，工作坑的前端僅以鐵路為基礎，而后端一般用于布置通道和土方支撐。后部可以是土方、后墻或樁，應根據頂力、工作坑的深度和后地面的高度來選擇。工作坑位置的選擇應充分考慮鐵路線路平面圖、兩側地質地形、物資儲存場地等。此外，工作坑的相關設計還應符合鐵路部門的安全標準，如果工作坑達到一定深度，應進行專門的基坑支護設計，并設置排水溝和排水井。坑底周圍，方便施工，在此期間，排水沒有問題。工作坑的設計除了其背部的計算外，還包括錨梁、導向墩和滑板的布置。避免框架結構因下伏土的結合作用的影響。為防止施工中框架結構頂進時，工作坑滑板以其巨大的摩擦力逐漸向前移動，因此應在滑板頂部設置相應的潤滑絕緣層，并放置錨梁滑板底部向下，以提高滑板的防滑能力。導向柱應放置在滑板的兩端，一般距架橋側壁外側的距離為5～10cm，并應沿頂進方向放置，以便架橋能很好地控制在滑板上[3]。

4 道路下穿鐵路框架橋頂進設計的技術難點

對下穿鐵路框架結構進行頂進施工之時，為了避免在施工過程中出現變形或管線的安全問題，可以采取以下兩點關鍵措施。

4.1 確保框架橋頂進線形的相關措施

頂進時控制好頂力和頂進方向，在頂進過程中做好監(jiān)測工作，防止框架橋“扎頭”“抬頭”和中線偏移。為避免頂進過程中出現“轉向”現象，車架底板前端應預留船艏坡度，在車架上表面預留1%的坡度?；搴洼^高的部分。頂進過程中，根據鐵路要求，需進行滑板跟進措施，還應隨時測量底板標高，以相應調整前部開挖深度。頂進過程中左右偏斜的問題，可以通過改變左右兩側不同的頂進力、挖地或千斤頂的位置來控制。采用接力間提升的方式，在節(jié)點間準備相應的剪力楔來傳遞剪力，并使前后段重心運動路徑在施工過程中盡量重疊。為了促進剪力楔可以發(fā)揮最佳的使用效果，避免節(jié)間剪力過大的現象。另外，千斤頂頂程的時間越長，錨的糙化速度就越快，但這必須基于更高水平的控制技術，千斤頂頂程最好控制在20cm 以內[4]。

4.2 確保管線安全的相關措施

頂進過程中挖掘時，頂部或側面鋼刃角的深度自始至終不應小于30cm，同時不應過度挖掘，使開挖與正面平行。每次頂進前，應在結構標高前挖一個開挖孔，查明地面是否有阻礙吊裝作業(yè)的障礙物，如一些巖石、不明管道等，確保每次頂進作業(yè)都能安全順利地完成。

5 道路下穿鐵路框架橋頂進施工的技術要點

“頂進法”對地下鐵路框架結構的相關設計非常有利，應用也非常廣泛。但在設計中要注意幾點：其一，施工期間在鐵路橋梁及兩側各50m 范圍內進行路基、路面壓實時禁止使用震動壓路機，同時在鐵路兩側設置臨時限高架，禁止大型施工車輛從鐵路橋下通過；其二，框架橋主體澆筑混凝土前，應檢查預埋件是否齊全；其三，澆筑混凝土底板時，要注意使其與工作坑滑板有效隔離，底板表面要盡量光滑、平整，并涂潤滑劑，防止底板與滑板粘連在一起，頂進啟動時發(fā)生困難；其四，框架橋主體混凝土達到設計強度100%，防水層及保護層按設計鋪設良好，并經試頂后方可進行頂進施工；其五，為防止混凝土因收縮而開裂，選擇集料時要求混凝土有最大密實度，要嚴格控制用水量，要仔細搗固，除用振搗器外，在角隅及鋼筋較密處還須用插釬搗實，要精心養(yǎng)護，及時澆水，要晚拆模；其六，施工時應注意采取壓頂防崩措施；其七，當路基表面注漿時，先在路基以外地表進行注漿試驗，確定地表注漿壓力和注漿率。注漿施工過程中加強監(jiān)測；其八基坑出土須遠離基坑堆放。

頂進“栽頭”，確保箱身頂進誤差不超限的必要措施。降低地下水至開挖面以下1m 左右，避免擾動地基土層；加快連續(xù)頂進速度、加強監(jiān)測；設接長跟進滑板，加長重心移動滑板時間等。人為地預先設置門檻并接長滑板，對預防軟土地基頂進“栽頭”是極其重要的，應在軟土地基框架結構頂進施工中堅持和推廣。

6 結語

綜上所述，限于成本和工時的優(yōu)勢，采用框架橋頂進施工能極大優(yōu)化工程質量，確保鐵路線路列車正常運行，并且不影響系統(tǒng)施工。該種工藝能在系統(tǒng)運用的前提下確保工藝可控、質量完善、成本合規(guī)，在土木工程系統(tǒng)運用上確保提速提效良好開展。