大跨度框架桥顶进下穿运营铁路施工关键技术

大跨度框架桥顶进下穿运营铁路施工关键技术

边方超

中铁六局集团北京铁路建设有限公司 北京市海淀区 100036

摘要：

当今社会随着地方经济的高速发展，平交道口已经不能适应铁路与道路交叉道口的行车要求，采用平改立的方式解决铁路与道路交叉问题在城市发展中，受地形条件所限制，采用道路下穿既有铁路的方式，成为了较为普遍的施工方法，既可以保证铁路不中断行车的情况下进行施工，同时又有投资少，施工工期短等优点。

关键词：大跨度框架；顶进；线路加固；施工关键技术

引言

在施工过程中，桥体顶进成为工程施工的一个重要环节，顶进过程中框架桥轴线偏差较大时，导致道路位置方向出现变化，致使道路的通行条件不能充分发挥，从而影响道路的正常使用，因此，本文主要对大跨度框架顶进下穿运营铁路施工关键技术进行了有效的探讨。

1、工程概况

1.1工程概况

本工程位于北京市昌平区，为昌平新城创新中路与京包铁路的相交处，本框架地道桥中心线与铁路交点为铁路里程K37+367.5，道路中心线与铁路的交角为45°，与框架桥结构主体交角为46°，框架桥孔径为9.5m-13.5m-13.5m-9.5m四孔框架地道桥。框架地道桥沿公路方向总长为53.93m，沿铁路方向总长为71.18m。框架地道桥设计最大顶力为25083t，顶程为63.4m。

1.2工程地质

本次勘察期间在钻孔中观测到地下水。地下水静止水位埋深为2.2~3.5米，地下水类型为第四系潜水，含水层为②粉质黏土层。

1.3工程特点

1.3.1施工范围内地下水位较高，施工降水难度较大。施工中必须严格按照设计要求布置降水井，有效的控制水位，为框架桥预制和顶进施工创造条件。

1.3.2框架桥持力层为粉质黏土层，地基承载力120kpa，框架桥宽而长，在此地层上顶进，高程控制难度较大，易使桥体产生“扎头”现象，根据以往经验，采取接长纵向地基粱（或滑板）和设置船头坡的施工方案来控制桥体高程。

1.3.3框架桥主体前沿与桥体轴线夹角为46度，线路与桥体轴线夹角为45度，前沿不能同时进入加固体系，因此在前沿进入加固体系前，需对进入桥体横梁及未上桥横梁支点及时进行加固；框架桥顶程长、自重大、顶进重量较大，给桥体顶进增加了困难，且桥体方向不易控制，桥体顶进过程中加强顶镐及备镐的布置。

2、框架桥主体预制流程

绑扎底板钢筋、浇筑底板砼-养护-支内模-绑扎侧墙及顶板钢筋-支外模-浇筑侧墙及顶板砼-养护-拆模-桥身防水施工

3、线路加固方法

1、线路加固采用扣轨加纵横梁加固方法，采用P50轨扣轨；框架桥桥体中心线与线路中心角度为45°，共计扣轨长度为112.5m，扣轨方法采用3－5－3扣。横梁工字钢采用I40b，长度为24m, 间距按0.9设置，加固长度为112.5米，在穿横梁工字钢时，其下设稳定的枕木垛支垫，横向工字钢与枕木用U型螺栓及扣板联结，并垫木板防止联电，接头钢板连接并施焊。纵梁工字钢为I45b 型，设置成双根一束，线路两侧各一束,共布置两道I45b纵梁,但不能影响限界,里边采用扣轨连接。为保证桥体顶进施工时，桥上营业线路不产生横向移动，在铁路西侧路基外侧设置平行于铁路线路方向的挖孔抗移桩23根，直径为1.25m，桩长为17m，间距为4.0m，桩上冠梁总长92m，利用冠梁靠背顶住横梁工字钢，以确保桥体顶进时线路不横移，保证铁路运营安全。为了保证线路稳定减少顶进阻力，在横梁工字钢下放置特制小滑车，小车安放间距为2m～3m，小车上放短枕木、短木板及木楔。

2、防横移措施

①保证线路方向的方法：将线路采用拉锚固定，并在箱体顶面每两米预埋一个套环，桥体顶进时用10吨倒链牵拉线路，当桥体顶进穿越线路时用倒链锁定工字钢纵梁或三扣扣轨，另外一端固定在牵拉地锚上，随桥体顶进调整倒链长度，控制线路中线，防止线路发生横移。

②横梁I40b工字钢端头顶在抗移桩纵梁工字钢上, 整个线路与扣轨、扣轨与横梁工字钢都通过U形卡子已经联成一个整体，通过抗移桩纵梁的作用使横梁不发生移动，继而保证整个线路不会发生大的横向移动。

③为减少顶进时的阻力，防止线路产生横移，每道横梁下垫小滑车。

④顶进时防护：

顶进过程中的线路加固支垫和调整，顶进过程中的线路加固既要保证行车安全，又要保证箱体顶进时受阻最小，来车时打紧木楔，确保线路方向，水平，高低符合要求，顶进时打松木楔，使工字钢下铁滑车发挥作用，横梁与箱体之间空隙用枕木墩，木楔，铁滑车支垫，每顶进1～2米设一排支垫，主轨下必须支垫。

⑤拆除线路加固、恢复线路：

桥体就位后立即组织人员和机械拆除线路加固设施。桥体就位后立即整修线路，并上道碴，抽一根横抬梁，上一根枕木，同时用电镐把道碴捣固密实，然后再抽另一根，并拆除扣轨，要先拆除中间扣轨，再拆两边。拆除后立即抬到线路界限以外， 并堆放整齐，避免钢轨弯曲侵入界限，障碍列车运行，造成事故。

4、框架桥顶进

根据桥体中心线与线路夹角，并根据最大顶力合理配置顶镐数量，框架桥共布500t液压顶镐65台，备用15台。

4.1.顶进后背

顶进后背采用钢筋混凝土后背，后背混凝土强度为C25，后背长共计53m，单个后背长度为26.5m（出土马道设置在工作坑中间），混凝土后背高2m，滑板以下0.7m，滑板以上1.3m，后背后面采用支护桩支护，桩直径1.25米，桩长24米，滑板以上8.1米，滑板下15.9米，桩顶设1m*1.25m通长冠梁。顶进后背如图所示：

4.2顶力计算说明

计算中桥涵顶部荷载把所有加固体系荷载、线路荷载以及桥面作业人员等活荷载全部计入，所以计算中桥涵顶部荷载比实际荷载大。

桥体正面阻力部分面积是按顶进时三面吃土40㎝计算，而且实际顶进时，两侧刃角吃土量不会超过10㎝。

4.3顶进后背检算

顶进后背检算是按一般桩板式挡土墙进行检算，对于混凝土后背，其刚性角为45°。被动土压力按朗金公式计算。

被动土压力系数：

λp=tg2(45°+35°／2)=3.69

T=25083/53=474t

按 T= γH2λp=474t

得需要的背后填土高度

H= = = 11.94（m），

由此得出桩后填土高度不小于12米，设计桩长为25米。后背梁与支护桩连接紧密，顶力由后背梁直接传递至整桩背后填土。

检算被动土压力，墙顶上填土坡面按45°。

支护桩设计参数，支护桩高25m，桩后为原状土，填土夯实。

Pd=γξhKp=1.9×1×25×3.69=175.28t／m

Ep=175.28×25×1.25/1.50=3651t／m> T =474t／m

由此得出，桩体长度由被动土压力决定的抗折强度确定，足以提供桥体顶进所需的被动土压力。

4.4顶力分析

在计算框架桥顶力时，桥面荷载及桥体正面阻力面积取值中本身包涵了一定的安全系数，而利用朗金公式计算本身已经包含了1.46～1.6的安全系数，因此，顶进后背能够满足该框架桥顶力要求，而且有足够的储备顶力。

另外，顶进设备配置时，500t/台级的顶镐按300t/台级考虑，顶柱400t/根级的按300t/根考虑，计算时已考虑了足够的储备，因此，该框架桥顶进时顶进设备及顶进后背所承受力大于框架桥顶进需要的顶力，所以，顶进设备配置及后背设置能满足桥体顶进要求。

桥体顶进过程中每班安排5名监测人员对桥体中线及高程进行监测，通过监测结果知道顶进作业。每次顶进都进行中线和高程测量，中线随时观测，水平高程每顶一镐一测，将测量结果及时通知顶进施工负责人，作到及时调整，从而控制桥体顶进的水平、方向。

5.结束语

本工程下穿段铁路线较为复杂，针对不同的线路特点采取不同的加固保护方式，施工前通过数值模拟对拟采用的加固方式进行安全评估，实测结果验证了数值模拟成果的可靠性。工前的数值模拟还能发现原设计存在的薄弱环节，及时对设计方案进行优化，因而是十分必要的。

参考文献

[1]孙琳。下穿既有铁路框架桥施工技术研究[J]。全文版（工程技术）。2016（4）:16.

[2]梁钜红.顶进技术在铁路框架桥施工中的应用[J]。中国高新技术企业（上旬刊），2017（3）:113-115

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