付 裕

(北京市公聯(lián)公路聯(lián)絡(luò)線有限責(zé)任公司，北京 100081)

1 工程背景

以西站南路南延(麗澤路-南三環(huán)路)道路頂進(jìn)箱涵下穿京滬鐵路及上穿地鐵10#線盾構(gòu)區(qū)間工程為例對(duì)關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行研究。頂進(jìn)箱涵施工影響范圍內(nèi)，既有京滬鐵路為繁忙干線，聯(lián)絡(luò)華北地區(qū)和東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)重要鐵路干線。地鐵10#線為一條南北向重要地鐵線路，橫貫了北京市區(qū)。西站南路南延(麗澤路-南三環(huán)路)道路頂進(jìn)箱涵下穿京滬鐵路及上穿地鐵10#線盾構(gòu)區(qū)間，施工采用的箱涵孔跨為10～18～10 m，道路中心線與鐵路下行線交角為86.32°?？蚣軜蝽敯屙敳颗c京滬鐵路線鋼軌底部的距離為1.0 m，框架橋底板底距與地鐵10#線結(jié)構(gòu)頂?shù)木嚯x為14.44 m?？蚣軜蛑亓浚? 600 t，最大頂力：20 389.5 t，頂進(jìn)長(zhǎng)度為57 m。

2 工程難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

框架橋下穿鐵路、上穿地鐵施工中為了降低土體卸荷對(duì)既有線路造成較大變形損傷，需評(píng)估地鐵安全風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)制框架橋及后背，增加底板配重，制定鐵路路基注漿與基底地層注漿方案，線路加固和軌道防護(hù)設(shè)計(jì)，框架橋頂進(jìn)施工，變形監(jiān)測(cè)與恢復(fù)鐵路及地鐵軌道結(jié)構(gòu)。在項(xiàng)目施工前需要對(duì)地鐵隧道進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以確保各項(xiàng)技術(shù)措施及施工方法的可靠性。通過(guò)對(duì)底板上方加載鋼錠塊以抵御因頂進(jìn)開(kāi)挖卸荷對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)上浮造成的影響，并準(zhǔn)確地計(jì)算鋼錠快配重的重量?？蚣軜蚧椎貙幼{為了增加框架橋下方地層的強(qiáng)度，防止頂進(jìn)過(guò)程中地層破壞，抑制地鐵隧道上浮。頂進(jìn)挖土要和框架橋頂進(jìn)循環(huán)進(jìn)行，每次頂進(jìn)和挖土進(jìn)尺最大不超過(guò)0.8 m，開(kāi)挖卸荷要采取小范圍逐步推進(jìn)施工，較小的卸荷量可以降低大范圍開(kāi)挖卸荷對(duì)鐵路運(yùn)輸安全的影響作用。頂進(jìn)挖土與框架橋頂進(jìn)同步向前推進(jìn)，框架橋上方鋼錠塊配重亦同步加入，逐步小范圍推進(jìn)方法，配重與卸荷土層重量同步置換，減小了大范圍開(kāi)挖卸荷對(duì)地鐵運(yùn)輸安全的影響。

3 工藝流程及安全控制

3.1 工藝流程

施工準(zhǔn)備→地鐵仿真模擬分析評(píng)估→框架橋及后背預(yù)制→底板上方鋼錠塊加載配重→防護(hù)體系施工→鐵路線路加固和地鐵軌道防護(hù)→框架橋頂進(jìn)施工→第三方監(jiān)測(cè)→框架橋就位→恢復(fù)鐵路及地鐵軌道結(jié)構(gòu)→工后評(píng)估。

3.2 安全控制

因項(xiàng)目施工時(shí)，頂進(jìn)箱涵上穿地鐵施工方法無(wú)以往施工經(jīng)驗(yàn)可借鑒，為確保各項(xiàng)技術(shù)措施及施工方法的可靠性，根據(jù)新建工程相關(guān)設(shè)計(jì)文件和施工工序?qū)扔芯€結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全評(píng)估。在安全評(píng)估實(shí)施前，調(diào)查與檢測(cè)地鐵隧道結(jié)構(gòu)實(shí)際情況，為安全評(píng)估提供現(xiàn)狀實(shí)測(cè)參數(shù)和下一步工程實(shí)施提供依據(jù)，并為該段線路的后期運(yùn)營(yíng)和安全提供技術(shù)支持?，F(xiàn)狀調(diào)查及檢測(cè)的主要內(nèi)容為：盾構(gòu)區(qū)間主體結(jié)構(gòu)；道床結(jié)構(gòu)；橢圓度及限界測(cè)量；軌道現(xiàn)狀調(diào)查與檢測(cè)；線路現(xiàn)狀調(diào)查與檢測(cè)。本次安全評(píng)估的范圍沿選取地鐵線路縱向150 m，線路橫向140 m，土層厚度50 m，所依據(jù)的是新建工程與既有工程相對(duì)位置關(guān)系及影響范圍。

依據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)新建工程施工對(duì)既有地鐵盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)及軌道結(jié)構(gòu)的安全性影響進(jìn)行分析。圖1(a)展示的是箱涵頂進(jìn)過(guò)程豎向變形云圖，圖1(b)展示的是橫向變形云圖，頂進(jìn)箱涵對(duì)軌道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了1.422 mm的上浮變形，軌道結(jié)構(gòu)的橫向最大變形為0.247 mm。

圖1 隧道結(jié)構(gòu)變形結(jié)果

根據(jù)本工程風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)與地鐵相對(duì)位置關(guān)系，新建工程處于對(duì)既有線路的顯著影響區(qū)范圍內(nèi)。模擬計(jì)算所得：允許值70%<軌道變形值<允許值100%，施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)為一級(jí)。根據(jù)評(píng)級(jí)結(jié)果對(duì)施工提出相應(yīng)建議：(1)施工過(guò)程中對(duì)軌道進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)，采取軌距拉桿、警示標(biāo)和位移樁等防護(hù)措施；(2)在施工過(guò)程加強(qiáng)采用自動(dòng)化與人工監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方式對(duì)既有線及其結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測(cè)，；(3)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量與施工工序。

3.3 框架橋及后背預(yù)制

(1)框架橋預(yù)制

首先選定在鐵路和地鐵保護(hù)區(qū)外的某一特定位置開(kāi)挖工作坑，根據(jù)現(xiàn)狀土質(zhì)，設(shè)計(jì)文件等要求，對(duì)基底進(jìn)行換填，然后制作鋼筋混凝土滑板。工作坑邊坡嚴(yán)格按照要求施工，對(duì)邊坡采取掛網(wǎng)錨噴混凝土護(hù)面等措施。制作滑板隔離層，采用滑石粉上鋪2 cm厚M15砂漿作為隔離層，隔離層靠近鐵路一側(cè)，在制作船頭坡時(shí)，船頭坡在沿中線長(zhǎng)度方向1.5 m，高度10 cm。然后工作坑內(nèi)預(yù)制框架橋，預(yù)制框架橋?qū)﹁F路和地鐵運(yùn)營(yíng)無(wú)影響?？蚣軜?yàn)殇摻罨炷羷偧苈?lián)體式結(jié)構(gòu)類型。首先施作鋼筋混凝土底板，底板與墻體的水平施工縫位于底板頂向上高出200～300 mm為宜。墻體與頂板采用滿堂紅碗扣式腳手架，配合鋼-木組合模板支撐體系一次澆筑成型，模板采用對(duì)拉螺栓方法加固。框架橋?qū)俅篌w積混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋骨架的綁扎，模板支撐體系，澆筑前混凝土原材料與配合比；澆筑過(guò)程中坍落度、入模溫度及振搗；澆筑完成后養(yǎng)護(hù)，均屬于框架橋預(yù)制的控制重點(diǎn)?？蚣軜蝾A(yù)制完成后，其頂板自下而上施做聚氨酯防水涂料冷涂2°，SBS防水卷材熱熔鋪設(shè)，澆筑C40鋼纖維混凝土。

(2)后背預(yù)制

后背采用工字鋼樁后背，合理選用工字鋼打拔設(shè)備，將工字鋼逐根打入到制定高度，采用成品12 m/根，I45b工字鋼；然后施做鋼筋混凝土后背梁；使用輪胎式壓路機(jī)配合挖掘機(jī)對(duì)后背結(jié)構(gòu)填土并碾壓密實(shí)至預(yù)定高度。

3.4 防護(hù)體系與線路加固

為防止土體開(kāi)挖造成地鐵隧道的上浮變形采用鋼錠塊進(jìn)行地板配重。按照常規(guī)框架橋頂進(jìn)施工方法，在工程實(shí)施影響范圍內(nèi)設(shè)置防護(hù)樁、支撐樁及抗橫移樁組成的鐵路三樁體系。采用水泥水玻璃漿液對(duì)鐵路路基與基底地層注漿，注漿效果為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.8 MPa。

框架橋頂進(jìn)施工過(guò)程中采用扣軌橫縱梁加固方法對(duì)鐵路線路進(jìn)行線路加固，線路加固施工工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 線路加固流程圖

為了保證地鐵結(jié)構(gòu)與軌道安全，施工全過(guò)程中依據(jù)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行線路調(diào)整，保證軌道幾何尺寸滿足行車要求；在施工影響范圍區(qū)段安設(shè)作業(yè)警示標(biāo)和解除警示標(biāo)，在需要軌道防護(hù)段的軌道正線上安裝軌距拉桿。

3.5 框架橋頂進(jìn)施工

施工過(guò)程中采用了60臺(tái)500 t頂鎬，其間距為0.6 m，每個(gè)頂鎬的平均頂力約為340 t。頂柱尺寸大為4 m、2.4 m、1.2 m、0.6 m、0.3 m、0.1 m。在頂完4 m后需要更換4 m頂柱，頂柱橫梁一般8 m一道。在頂完4 m后在頂柱上需要回填2 m高的覆土，以防止頂柱彈起。采用挖掘機(jī)在框架橋孔內(nèi)挖掘頂進(jìn)前方土體，開(kāi)挖面坡度控制在1∶0.5～1∶0.8，框架橋前方底板底距離開(kāi)挖面坡腳控制在0.4～0.8 m范圍挖土。開(kāi)挖面不宜長(zhǎng)時(shí)間暴露，要隨挖隨頂，，不可超挖、逆坡挖土。在開(kāi)挖過(guò)程中，各孔挖土步調(diào)要一致，挖土要均勻，還需要有相關(guān)的專人指揮，以避免施工混亂所導(dǎo)致的挖土步調(diào)不一致等現(xiàn)象的發(fā)生。列車通過(guò)時(shí)不挖；框架橋頂進(jìn)時(shí)不挖；發(fā)現(xiàn)塌方跡象時(shí)不挖；頂進(jìn)期間如遇降雨，要做好臨時(shí)處理，停止挖土和頂進(jìn)，用塑料布蓋好掌子面。

3.6 變形監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)由頂進(jìn)箱涵中線與地鐵10#線中心交角向兩側(cè)50 m范圍內(nèi)每10 m布設(shè)1個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，之后每25 m布設(shè)1個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。

3.7 框架橋就位

頂進(jìn)箱涵頂推至預(yù)定位置后，橋體兩側(cè)的路橋過(guò)渡段采用M10漿砌片石，而后進(jìn)行橋體前刃角補(bǔ)墻、鐵路重力式擋墻、橋上鋼筋混凝土電纜槽及鋼欄桿的施工。

3.8 恢復(fù)鐵路及地鐵軌道結(jié)構(gòu)

頂進(jìn)箱體就位后拆除國(guó)鐵的線路加固：先拆除縱工鋼，再拆除橫工鋼，必須隔一拆一搗一，同時(shí)回填石碴，隨時(shí)保證線路狀態(tài)合格，最后拆除扣軌。拆除線路加固后，整修線路達(dá)標(biāo)，多遍搗固。地鐵10#運(yùn)營(yíng)平穩(wěn)后需要拆除軌距拉桿，恢復(fù)地鐵軌道初始狀態(tài)。

3.9 工后評(píng)估

在工程竣工后一年進(jìn)行工后評(píng)估工作，對(duì)已經(jīng)完成的施工對(duì)地鐵盾構(gòu)結(jié)構(gòu)的影響；即根據(jù)工后安全性影響評(píng)估結(jié)果，應(yīng)明確箱涵頂進(jìn)工程對(duì)既有十號(hào)線結(jié)構(gòu)的影響變形程度、有無(wú)損傷及損傷狀態(tài)的定量描述，并提出是否繼續(xù)監(jiān)測(cè)、是否需要對(duì)既有地鐵結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理及處理措施等建議。

4 結(jié) 論

(1)城市中心區(qū)道路頂進(jìn)箱涵上穿運(yùn)營(yíng)地鐵下穿運(yùn)營(yíng)鐵路施工的主要技術(shù)措施包括地鐵安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、框架橋及后背預(yù)制、底板上方鋼錠塊加載配重、防護(hù)體系施工(三樁體系、鐵路路基注漿、基底地層注漿)、鐵路線路加固和地鐵軌道防護(hù)、框架橋頂進(jìn)施工、施工監(jiān)測(cè)、框架橋就位、恢復(fù)鐵路及地鐵軌道結(jié)構(gòu)。

(2)根據(jù)地鐵結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化，在箱涵頂進(jìn)過(guò)程中，，對(duì)影響范圍進(jìn)行配重。通過(guò)三維建模數(shù)據(jù)分析可知結(jié)構(gòu)豎向最大上浮量為1.422 mm。在實(shí)際施工過(guò)程中，最大上浮量為1.66 mm，控制值為2 mm，預(yù)警值1.4 mm。通過(guò)采取有效的技術(shù)措施來(lái)控制地鐵隧道結(jié)構(gòu)的上浮，同時(shí)保證了鐵路結(jié)構(gòu)的安全，從施工過(guò)程及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化，較為成功的完成了施工任務(wù)。項(xiàng)目的成功實(shí)施為類似工程提供寶貴的工程經(jīng)驗(yàn)。