湿陷性黄土地区高速公路下穿铁路既有线大行程顶进框架桥施工技术

湿陷性黄土地区高速公路下穿铁路既有线大行程顶进框架桥施工技术

蔺,江

（中铁二十局集团第六工程有限公司   西安  710032）

摘 要：近年来，中国经济蓬勃发展，铁路、公路建设进度突飞猛进，公路下穿铁路交叉已经得到了快速的应用，然而下穿顶进施工对既有铁路运营有着一定的安全风险，由于框架跨径大、顶进距离长使得顶进过程中出现顶管受力不均匀等，容易出现抬头、扎头等现象。

本文以黄蒲高速下穿包西铁路立交桥工程施工为例，介绍框架桥顶进法施工技术在既有线铁路施工中的应用。

关键词：既有线铁路  框架桥顶进  架空

1 工程概况

黄龙至蒲城高速公路(白水至蒲城段)于公路里程K77+176.4处与包西铁路相交，交叉处铁路里程为包西铁路蒲城东-西社区间K787+902.5，交角87°，桥位处既有包西铁路以路堤形式通过。

表1框架桥结构尺寸表

框架桥主体设计C40混凝土1207.6m3，顶进重量为3213.6t，顶进总行程41m，包括线外顶进20m，线内顶进21m，最大顶推力4820.4t。

2 既有线铁路架空顺序及原理

框架顶进首先要解决的是对既有铁路的架空，通过支撑桩、D型便梁、钢横梁将铁路轨道架空，实现了将受力体系由铁路路基转换至支撑桩和纵横梁组成的架空体系上。顶进过程中，既有铁路路基横向穿入4道横抬梁，一端放置于远端的抗横移桩上，一端架设在框架桥顶面，此时整个上部压力由横抬梁传递给4根抗横移桩和框架桥。顶进完成后，更换Ⅲ型轨枕回填道碴，然后抽取横、纵梁，恢复线路。铁路架空图见下图。

图1铁路架空图

3 施工控制分析

（1）框架预制时，滑板的滑动层施工尤为重要，如果因为滑动层施工质量问题，容易造成框架无法顺利顶进。

（2）根据实际地质情况，控制滑板前端土层预留高度，保证框架脱离滑板滑落至原土层后，力矩中心移至框架结构尾段，会因外部受力对结构高程及偏位控制有所影响。

（3）由于在顶进框架桥范围内设置有支撑桩，破除桩头后，控制桩头高度的同时采取一定的措施来助力框架顶进滑动。

（4）后背梁虽是临时型工程，但却是整个框架顶进的重要组成部分，后背施工的好坏直接影响到顶进能否顺利展开。

（5）随时进行框架高程、偏位的测量，出现偏差及时进行调整，保证偏差在允许范围内。

（6）本框架顶进总行程41m，随着逐步的顶入，顶管长度增加，受力不均匀易造成顶管上挠或者侧弯。

4 框架顶进施工控制

4.1滑板、隔离层

滑板顶面平整度直接影响顶进效果，表面凹凸不平，顶进过程中施工阻力越大，可能使得框架与滑板粘连。因此在底板浇筑前，采用网格加密高程桩控制滑板顶面高程，同时用3m水平尺精确控制平整度，保证滑板顶面平整度误差控制在3mm以内。当滑板混凝土初凝后，用磨光机对混凝土面进行收面，防止收缩裂缝，收面完成后再次用3m水平尺精确控制平整度在要求范围内。

为了保证框架桥能顺利从滑板上滑动脱离，需要减小框架与底板间摩擦力，在底板上设置润滑隔离层，采用石蜡与机油调制的滑石粉浆作为润滑剂，在其上铺设一层塑料薄膜构成了润滑隔离，这种方式制作的润滑隔离层相对成本小，施工简单方便，滑动效果好。

表2 常用润滑剂摩擦系数

4.2后背结构

后背是顶进时的重要受力结构，主要承受千斤顶、顶铁顶管传来的水平推力。所以要求后背具有足够的稳定性和刚性，当顶进达到最大顶力时，后背梁不能产生太大的弹性变形或者位移。因此满足后背梁自身要求的同时，基底基础、背后土体要一致，压缩均匀。由于本工程工作坑为挖方路堑，地质类型属黄土，该地区石料紧张，因此采用了钢筋混凝土后背，直接背靠原土可分担一部分顶力，同时将后背钢筋与滑板钢筋连接成整体，提高了顶进时后背稳定性。

图2后背结构

4.3顶进设备配备

N=Pmas/（T.η）

式中：N-需用千斤顶台数；Pmas-计算最大顶力；T-千斤顶额定推力；η-千斤顶的功率系数。

采用一次顶进法，框架采用500t顶镐行程800mm，功率数按0.7计。代入公式: N=4820.4/（500×0.7）=14（台） 

确定采用500吨顶镐14台，备用2台，共计16台。

4.4顶管、千斤顶平面及水平高程控制

顶进时，千斤顶轴线与顶管轴线重合，且千斤顶顶点位于底板水平中线，千斤顶均匀布设在框架宽度范围内，严格控制千斤顶、顶管、框架底板同轴线，且顶管、千斤顶与框架底板、后背始终保持垂直。

图3框架涵顶进示意图

4.5顶进时扎头及抬头的预防及调整

为了避免框架离开滑板时，由于从刚性基础进入柔性地基，端头容易出现扎头现象，应在滑板的前端设置不大于5‰的抬头，避免了一开始就出现扎头而难以进行调整。同时在滑板前端设置碎石垫层，起到过渡作用，随后根据测量数据进行适当的调小抬头。

由于预制框架位于下游，顶进方向为上坡，因此顶进过程中框架所受阻力较大，容易出现扎头现象。在挖土时，使挖土段地面略微上坡，保证顶进按照线路设计线路上坡方向前进。当出现了轻微的抬头后，通过降低前端基底高程调低端头，不宜一次调整到位，否则还会因为自重使重心偏移导致扎头增加调整难度。

4.6针对大跨径长行程框架顶进时顶管失稳、上挠等的控制措施

由于本项目框架桥与既有铁路斜交，且为双孔大跨径框架桥，顶进行程达41m，因此随着顶进行程的增加，顶铁及顶管承受的力会越来越大，过程中会因为每个千斤顶受力不均匀而出现顶管上挠或侧弯。在顶管尾部与后背间采用56#型工字钢“H”型放置，加强后背整体均匀受力。顶管接长时对同组顶管不大于6m进行横向连接，以保证整体性，且起到横向限位作用。为了防止顶力不均匀导致顶管上挠，施工时在已安装好段落顶管上覆盖1.5m土压实，依靠土体自重给予管节竖向压力，增加了稳定系数。

4.7支撑桩桩头破除及采取的助滑措施

因线路架空框架范围设置了12根支撑桩，需要在顶进过程中逐排进行破除，首先采用绳锯对桩体进行切割，然后采用风镐对桩头进行凿平，严格控制桩顶略低框架基底设计高程，确保桩头表面平整的同时，在桩顶撒布细沙，以增加框架在桩顶范围内的有效滑动。

4.8其他措施

顶进过程中应边顶进边测量，随时进行框架高程及偏位检监测，根据监测结果进行调整。

做好基坑外防排水措施，避免雨水流入基坑使得基底土体塑性增大，进而影响顶进稳定性，容易出现扎头现象。

后背结构虽然为临时工程，但是其强度及刚度影响着整个顶进施工，因此在施工后背时，要保证后背混凝土振捣密实，浇筑完成后及时养生，在顶进时达到设计强度。

顶进过程中，由于框架给予横抬梁顶进方向推力，通过横抬梁将水平推力传递钢便梁，再传递给横梁，可能会发生线路横移，因此顶进时，在横抬梁尾端设置导链锚拉在框架预埋锚环上，通过倒链的反向拉力保持架空体的水平平衡受力。

框架预制时，尽量保证前端外放宽10cm，即就是前宽后窄，形成楔形，以利于顶进。另外控制跨架外墙身错台，以免因错台截面增加顶进过程中的阻力。

顶进过程中框架桥对土体的挤压“吃土顶进”，实现了基底原状土的压实，消除了一部分土的湿陷性。

框架桥范围湿陷性黄土覆土厚度在12~14.5m，基底设置的12根支撑桩基深入非湿陷性土层约6m，桩体与土层的摩擦作用、非湿陷性土层共同对框架桥起到了支撑作用。

5 结束语

框架顶进技术在现有工程施工中比较成熟，但不同工程类型、施工特点又使得过程中的控制措施有所侧重点。施工中出现扎头、抬头、后背顶力不足、顶管抗弯抗挠度小，使得施工过程中容易出现不同程度的偏差，因此在施工前做好预控措施，过程加强监测，随时进行调整，保证顶进顺利进行。

本文根据参建的黄蒲高速公路下穿包西铁路顶进框架桥，历时14天完成了顶进任务，节省工期6天，解决了在顶进时框架抬头、扎头，以及顶管上挠和侧弯，降低了施工难度，节省成本约100万元。通过本项目所采取的技术方案及措施，安全顺利将框架桥顶进到位，偏差控制在允许范围内。

参考文献

[1]李家稳主编.地道桥设计与施工.北京：中国铁道出版社，2015.

[2]陕西省蒲城县黄蒲高速下穿包西铁路立交桥工程施工图.中铁第五勘察设计集团有限公司，2018.

[3]周水兴等编著.路桥施工计算手册.北京：人民交通出版社，2001.