中铁一局铁建公司 陕西咸阳 712000
摘要：随着铁路营业线施工安全，城市交通需求，原来的小孔径立交框架桥设计已无法满足交通现状要求，对立交框架桥需要进行扩孔改造施工。文中结合阳安线既有铁路立交改造施工实践，对施工工艺进行了优化和完善，阐述铁路营业线立交涵施工工艺、作业方法、地质情况、技术要求，供类似工程参考。
关键词：铁路营业线；框架桥；工便梁；施工
1概述
目前在既有铁路下采用架空顶进的方法施工立交涵已被广泛采用。实践证明，在既有铁路下采用顶进法修建立交涵具有占地少，对城镇交通影响干扰小，且适宜城市建筑风格的特点，并且确保铁路运行安全。为确保既有线行车及施工安全，施工时必须对既有线路进行线路加固。在正线上主要以D型便梁应用较为广泛，目前D型便梁有12m、16m、24m，但是当顶进跨度超过便梁长度时，D型便梁已不适应施工的需要，因此工便梁架空施工便由此而生成为施工的方便工艺。
2工程概况
本涵里程（阳安线）为K74+700处，为立交而设。孔径为：2－12.0m箱型桥，桥长5m。本箱型桥位于直线上，与既有阳安线正交，顶进设计5m，现浇段长度5m，线间距14.36m，两箱形桥间设置挡墙。顶进段现浇段框架高度10.6m，宽19.36m，长5m，边墙厚1.1m，顶板厚0.8m，底板厚0.9m，净高8.5m。主体框架采用C35钢筋混凝土，箱形桥内净高要求4.5m（回填素土），在素土面上设20cm厚C20砼防磨层，出入口翼墙及基础为C30砼。顶进施工采用16m+16m+16m+16m施工便梁架空，支点桩为直径1.5m和1.2m两种、深度12m的人工挖孔桩、抗移桩、防护桩。
3顶进施工方案、方法及工艺
3.1线路架空
3.1.1总体架空方案
本桥在阳安线右侧（增建二线侧）预制。采用I120工便梁和H70型梁组合架空组成进行架空，架空长度64m。I120工便梁设置在距离线路中心2.2m的位置，每组纵梁采用H20钢枕联结。主架空区纵梁下每间隔8m设置直径1.2m支撑桩，形成纵梁的硬支点。横向两个支撑桩上于轨底设置H70型加强横抬梁，横抬梁于线路右侧延伸出纵梁中线位置4.5m，便于箱身顶板尽早顶进到横抬梁下；横抬梁于线路左侧延伸至I45b抗移桩冠梁上，防止顶进期间线路横移。箱身顶板预埋钢筋拉环2排，在顶进时用倒链和钢丝绳联接线路和箱身，防止线路横移。加固线路期间列车限速45km/h，慢行区间为K73+900- K75+500，慢距：1600m。
3.1.2架空步骤及注意事项
支撑桩、抗移桩施工
参照设计单位依据设计规范和具体地质情况提供的阳安二线施桥参08进行施工：
抗移桩：D=1.2m L=15m 3根
支撑桩：D=1.5m L=15m 4根
支撑桩：D=1.2m L=15m 14根
挖孔桩施工采用人工挖土方，运输采用人工小推车运输，根据有关规定属于Ⅲ级（营业线慢行）。施工计划报路局审查通过后，随路局月度施工计划附件下发后方可施工。
支撑桩和抗移桩施工参照《既有线防护参考图》-阳安二线施桥参-08。
在既有线旁进行挖孔桩作业，要确保行车和人身安全，须在列车间隙时进行，先在挖孔桩位轨面下，设置D1.2m、深1.0m的钢护筒做挖孔工作坑。孔内出土采用简易手摇式辘轳提升，人工搬运至既有线路路肩外侧，不得侵限。现浇钢筋砼桩，人工挖土采用C30钢筋混凝土护壁。
抗移桩及支撑桩混凝土采用砼输送泵输送至孔口位置，施工时要确保行车安全，不得侵限，孔内采用串筒下料。
3.1.3 线路加固、架空
3.1.3.1 准备工作
与铁路局相关设备管理单位签订安全协议及施工配合（监护）协议，并对可能受影响的相关单位或部门的设备进行迁改并采取有效的防护措施。完成铁路两侧支撑桩、抗移桩、冠梁、后背，框构预制，孔桩及冠梁混凝土强度必须达到设计要求。
线路加固前组织人员对框构桥施工范围内线路进行一次全面整修。
3.1.3.2纵梁架设
纵梁由I120工便梁组成（16m*2+16m*2），总计架空长度64米。纵梁接头处由上下夹板两组及腹板一组的同等强度连接构件联结。架设纵梁顺序由阳平关向安康方向延伸，先进行阳平关方向1组16m和1组16m I120工便梁的架设，后进行剩余1组 16m、1组16mI120工便梁的架设，纵梁螺栓必须连接紧密、支撑稳固。安装纵梁前现场技术员用水平仪测量支撑桩，按要求控制桩顶标高。在第一片纵梁安装到位前，作业人员要先在纵梁线路段枕木孔中每间隔3米安置H20钢枕木1根来连接、稳定纵梁。I120工便梁吊装时，设专业人员进行现场盯控，并利用“施工封锁点”分两次封锁线路，每次120分钟。封锁点前100T吊车、作业人员和架空材料在线路右侧就位。
①、第一个天窗点架设2组16m工便梁：封锁该处线路，施工人员提前就位，备足工器具，在线路两侧铺垫木枕和钢枕，接到封锁命令后，轨道车将纵梁依次吊起放在线路路肩相应支点位置上，施工人员及时将两组纵梁与钢枕木联接牢固拧紧。纵梁安装完成到位后，现场施工负责人要和工务段现场配合人员一起检查纵梁的位置和线路的安全，通知驻站联络员登记消点开通线路。
②、施工封锁点架另外2组16m工便梁：封锁该处线路，施工人员提前就位，备足工器具，接到封锁命令后，轨道车将工便梁依次吊起放在线路路肩相应支点位置上，作业人员及时将2组工便梁与钢枕木、与之前安装就位得纵梁联接牢固拧紧。纵梁安装到位后，现场施工负责人要和工务段现场配合人员一起检查纵梁的位置和线路的安全，通知驻站联络员登记消点开通线路。
3.1.3.3拨枕木孔位碴穿设H20钢枕
工便梁纵梁两间，用H20钢枕木连接，L=4.96m，按砼枕间距，每孔砼枕穿一根钢枕。安装H20钢枕利用天窗点进行施工，预计要点240分钟，首先设好施工防护。穿钢枕时从两头向中间穿，开挖一格穿一根，穿一根上紧一根，与钢轨连接面位置垫木板和橡胶皮垫，碰头连接的两个端头用高强螺栓与纵梁上紧，其扭距应该达到110N·m。如此反复逐次施工。严格控制水平和方向，确保行车安全。
3.1.3.4横抬梁安设
铁路线路架空位置横抬梁要用3组同样强度的H70型钢，长度16米，间距8米，每组1根。横抬梁在线路右侧延伸出右侧纵梁中心线4.5m，在线路左侧延伸出左侧纵梁中心线3.2m于抗移桩冠梁上，横抬梁在两侧纵梁之间的距离为4.3m，因此，一片横抬梁总长16m，采用H70型钢等强度夹板和高强度螺栓联结。横梁位置到位一根，就位一根，加固一根，与支点桩上的纵梁用U形螺栓上在一起。为防止贴路横向移动，横梁应顶在抗移动桩上的工字钢冠梁上。横抬梁与基本轨之间垫竹胶板和橡胶垫，避免基本轨与横抬梁之间的互相接触。
3.1.3.5日常维护与线路控制
线路加固完毕，要按规定时间检查线路的方向、水平、轨距及螺栓扣件有没有松动，机具材料是不是侵限等，做到每过一趟火车检查一次线路，且要做好检查录。过程中要随时检查，上紧松动的螺栓。
铁路的横向控制：因为钢枕木上都有钢轨扣件，钢枕木和纵梁相互连紧，使铁路固定在工便梁之间，不会发生横向移动。
按照以上安全措施，纵梁、横梁、线路形成了一个整体的结构，可以确保铁路线路的不变形。
3.2箱涵体顶进
待所有顶进的设备安装、调试好，通过试验顶进后，检查顶进的设备都没问题，才能进行正式的顶进施工。
顶镐设备的配置，次箱形桥顶进的涵体预制段尺寸为（5x27x10.6）m，箱身自重908.75吨，最大顶力为958吨，单位顶力为35.5t/m，采用14台工作顶力为200吨的顶镐对称布置，分布在箱身底部两边边墙梗肋部和中间，并预备2台顶镐。
最大顶力按下式计算：
P=K*[N1*f1+（N1+N2）*f2+2*E*f3+RA]=1.2*[0*0.3+（0+910）*0.8+2*（1.8*（10.6+1）^2*5*tg2（45°-30/2））/2*0.8+0]=957.07t
按P=K[N1f1+（N1+N2）f2+2Ef3+RA]式计算。
式中：P—最大顶力（T）；
N1—桥涵顶部荷载（T）；
f1—桥涵顶部表面与顶部荷载之间的摩阻系数，本桥取0.3；
N2— 桥涵箱身自重（T）；
f2— 箱身底板与基底土的摩阻系数，取0.8；
E— 箱身两侧土压力（T），利用朗金土压力公式计算；
f3—侧面摩阻系数，取0.8；
R— 钢刃脚正面阻力，取55T/ m2；
A—钢刃脚正面面积（m2）；
K—系数，取1.2。
E=γH2Btg2（45°-φ/2）/2
式中：γ—土容重，本桥为粉质粘土，取1.8t/ m3；
H—框架高+板顶至轨底高度，本桥为11.6m；
B—框架边墙长度，本桥为5m；
φ—土壤内摩擦角，取30°
3.2.1 开顶前的准备工作
箱型桥顶进施工依据铁办文件《铁路营业线施工安全管理办法》规定属于Ш级施工。按要求向铁路集团业务部门上报施工日计划，按规定进行施工登记、消记。
1、安装和调试顶进设备
箱身和后背墙施工完后才能安装顶进设备。把传力杆和液压系统油管电路等设备按要求安装联结好，检查没问题后开启千斤顶空顶进退各一次进行调试，如有问题随时检查维修，直到达到顶进状态。
2、铁路线路检查
开始顶进前必须对线路加固情况进行全面的检查，检查线路是不是按照审批的施工方案加固措施执行，检查部件有没有侵线的情况，检查扣件有没有松动脱落。
3、设置观察站并安装观测仪器
为了精确把握涵身顶进的方向和高程，要在顶进的后面布置观测站，用于后背变形的观测。
顶进前，沿线路纵向测量正常情况下轨面每间隔2m的高程；顶进时，每顶进一程，都用水准仪测量轨面高程，发现偏差，立即进行调整，确保营业线行车安全。
3.2.2顶进作业
1、试顶和箱身起动
试顶目的是继续检查一下顶进设备是否正常，顶力是否均匀，后背、滑板及箱体有无异状，并使箱身与滑板分离。
顶进实验时，油泵要慢慢加压，每次加压后还要稳定10分钟，并对设备及滑板、后背梁等发生的突变情况进行检查。油泵升压大小和间隔时间按下表。
2、顶进
顶进作业过程：是指开启高压油泵后千斤顶产生顶力，通过传力杆，借助后背墙的反作用力，推动箱涵主体往前移动。箱身前进后，回镐使千斤顶复位，然后在空档处安放顶铁，以便下次开镐顶进。依次循环往复，直到箱身就位。顶进时注意以下几点：
⑴箱身起动后，开始为空顶，但此时需要注意控制好涵身前进的方向，以免前进时涵身发生偏差，造成调整方向困难。
⑵涵身沿准确方向进入土体后，至涵身入土1/2长度前，是顶进孔道定型阶段，此时一定要严格控制中线偏移和水平高差，不间断观测，发现偏移要及时纠正、调整。
⑶涵身入土超过1/2长度后，要注意防止箱身“扎头”，箱身底板需吃土顶进。
⑷安装顶铁、顶柱要做到三个一致，即轴线一致、长短搭配一致、位置一致。为减少顶柱自由长度和增加稳定性，每间隔4米顶柱长设横梁一道。每行顶柱间用方木顶紧，顶柱上填一层50-100cm厚的土层并夯实。
⑸为确保营业线安全，顶进施工时采用少挖多顶的方法，每次开挖顶进长度控制应控制在30-40cm。
⑹顶进过程中要随时对中线、高程、油表读数、千斤顶开动台数、顶力、顶进时间、顶进距离等观测、记录，以便分析和为下一次挖土顶进时采取纠偏措施提供依据。
⑺顶进挖土
涵内挖土采用挖掘机开挖、装载机运土、人工配合的方法，分上下两层进行，要在涵身内设置挖土中间平台。中平台采用木制结构，安装在涵身前头侧墙螺栓固定的型钢上。挖土按每米工作面2人布置劳力。挖土按一下施工方法施工：
a、每次挖掘挖土控制应在30-40cm，禁止超挖。开挖面宽度、高度比涵身外部尺寸小10cm，保证吃土顶进，以便于方向的控制。
b、挖土边坡不应大于1：0.8比例，挖土时应掌握坡度的平顺，自上而下开挖，禁止掏洞取土或出现倒坡，不利于安全。
c、箱身底面应预留高出5-10cm厚度的土层不挖，使底板吃土顶进，减少“扎头”。
d、挖土工作利用火车通过间隙进行，当有火车通过时，要立即停止挖土，作业人员马上离开施工区域。发现机械设备有故障不能顶进时，要马上停止挖土，维修机械。
e、挖土工作必须与观测工作密切配合，根据测量数据偏差分析，再决定挖土方法。
⑻运土车道搭设
运土车道采用活动架空车道。活动车道采用枕木架空，上面铺枕木作为路面。枕木前头架在涵身底板尾部的枕木垛上，枕木垛跟涵身一起前进，后头架在顶柱枕木垛上。当前进一定距离，枕木离开枕木垛后，拆除路面枕木，继续在顶柱上往前搭设枕木垛，再搭上路面。出土时，自卸汽车倒行至出土车道上，挖掘机将挖出的土装在车上由自卸汽车运走。
3、涵体顶进出土的安全保证办法
顶进挖土要执行四不挖制度，即火车通过时不能挖土，涵身顶进时不能开挖，有塌方迹象时不能开挖，施工机具发生故障时不能开挖。
4、纠偏与防“抬、扎头”措施
a.箱身前端设置船头坡，船头坡的长度为0.5m，坡度1：10。
b.涵体顶进过程中抬头时，要及时采用涵体前头底板位置适当超挖的方法，依据涵身顶进高程变化形势，慢慢超挖一直到设计的高度位置要求。
c.涵体顶进中心方向控制。按要求在滑板上设置导向墩，且在结构与工作坑边坡间夯填土；顶进时候要适当调整两边顶力方向；随时顶进随时测量，配合方向纠偏人员进行调整，确保顶进方向的精度。
d.顶进前，技术人员做好入土各阶段的转矩计算，作为各阶段顶力调整的依据。
5、临时支撑桩拆除
拆除现场施工人员必须经过专业知识培训，并经考试合格方可进入现场施工；施工现场必须由现场施工负责人统一指挥，严格遵循拆除方法和拆除程序；施工现场必须设置醒目的警示标志，闲杂人员不能进入施工现场。作业人员进入施工现场，必须要佩戴安全防护用品，安全帽要扣紧帽带。
拆除下来的材料要及时清理外运，堆放在指定场地；施工现场应做到材料堆放整齐，周围通道保持畅通。
对影响顶进施工的临时支撑桩采用人工配合机械（破碎锤）拆除，拆除支撑桩时，要自上而下，禁止垂直交叉作业。
3.2.3在顶进过程中应注意以下事情
1）箱身在工作坑底板上前进时，要严格控制涵身的中心，涵身一径开始挖土，就要加快挖土和出土的速度，昼夜倒连续施工，确保涵身顶进不间断。
2）每班交班前，要检查顶进设备是不是保持良好状态，掌握涵身前进的方向及高程情况后，才能开始继续顶进。在顶进过程中，要一直做好记录。
3）施工要在火车运行间隙时间内进行，不能在火车通过时施工。
4）涵身前进时，顶柱和后背墙位置不能有人，防止顶柱弯起崩出或后背意外伤人。
5）涵身位置允许偏差：中线误差不能大于200mm，高程误差不能大于顶程的1％，涵身向上不能超过150mm，向下不能超过200mm。
6）顶进过程中如果中线发生偏差，一是在偏离的一边少挖土，而另一边要多挖一些土，要不就是调整两边顶力。
7）顶进时候，应该挖一段、顶一段。挖好的作业面不能长时间暴露，严禁超前挖土。
8）顶进时，每当油泵油压升高5—10MPa时，要立即停止油泵作业进行观察。当油泵压力有异常变化时，要及时处理。
3.2.4顶进方向和高程的调整
涵身开始在工作坑底板上顶进时，当涵身前头顶出底板1／3位置后，因为涵体本身的重量，一般会容易造成底板前头部位的土壤压缩，此时涵身头部已经到线路位置，由于活载的作用，导致底板端部沉降出现裂纹，涵身开始扎头。在涵身重心移出工作坑底板后，扎头会更明显。所以当涵身继续前进时，尾部脱离滑板前后，一般情况下底板会断裂，涵身后部会下沉，使前进坡度慢慢向上，然后会比较平稳地前进，一直到就位。在这个过程中，为了防止方向及高度误差，除加强观测外，还要及时校正。
1.纠正箱涵体“抬头”的方法：
a.检查涵体底部是不是向上翘起过大，可以适当调整挖土的深度，来纠正箱身“抬头”的现象。
b.两侧挖土宽度不够，容易造成箱身“抬头”，所以在两侧应该适当的多挖土。
c.箱身“抬头”量不大时，可以把开挖面挖到与箱身底面一样平。如果“抬头”量较大时，那就在底板前超挖20-30mm，宽度与箱身尺寸一样，在顶进中慢慢调整，在没有达到设计高程时，便应根据情况停止超挖以免又造成箱身“扎头”。
2.防止箱身“扎头”措施及纠正箱身“扎头”的方法：
a.箱身底面应该预留高出5～10cm厚度的土层不挖，使底板吃土顶进时，能减少“扎头”。
b.可以将工作底板做成小量的仰坡，减少“扎头”。
3.3附属工程
箱形桥的附属工程主要为两边的浆砌片石铺砌、检查梯，排水等施工过程中应该按设计及规范要求施工。在箱身主体顶进到位后随时进行既有线两便的八字墙施工，待涵洞两侧八字墙全部施工完毕后，才能拆除线路上的架空设备。涵背回填两侧对称均匀填土，人工配合机械分层夯实，及时按设计要求和规范规定做好碎石垫层、浆砌片石铺砌、检查梯等附属工程。
顶进段压浆：顶进过程中会对结构边墙两侧路基产生扰动，采用压浆对扰动路基进行加固处理，增加路基密实度。
若顶进过程中路基土体塌方较大，在箱体两侧各5m范围内路基采用Ф42mm钢花管，平行四边形布置，间距100cm，孔深根据现场情况决定。为保证注浆效果，先注周边孔，后注中间孔，防止浆液过多失散。
注浆压力采用0.3Mpa，水泥浆数量按所需注浆土体体积的5%计。
线路注浆施工，按照《铁路营业线施工安全管理办法》（铁办〔2008〕190号）需提前报施工计划。施工期间设专人防护，与驻站联络员及时联系，列车来临之前停止施工，人员及设备全部撤离下道。
3.4拆除架空设备及铁路恢复工作
（1）箱涵顶进完成后，要及时对架空范围的线路进行恢复施工。
（2）拆除架空前，应该提前准备粗砂和道碴，和熟练的操作人员突击上道碴，拿内燃镐捣固实，使枕木底落在实处，然后再拆下一道梁工作。
（3）所有拆除架空的施工必须在施工要点内设置好线路防护后进行施工，施工结束后45km/h不小于12h，60、80km/h各不少于24h，最后恢复正常速度。
（4）拆除架空设备应该按以下步骤开始施工
1）第一步拆除纵梁，第二步拆除横梁，由一头向另一头按顺序每根去掉横梁，而且应该及时对混凝土枕木位置的线路进行捣固，涵顶位置要捣固实在，涵身两边的回填部分路基因顶进时造成的空隙也要捣固和养护。
2）施工结束架空拆除后，要立即组织人员对架空位置的铁路线路补充道碴，修整道床，捣固、恢复线路标准。拆除架空体系、恢复线路常速前现场要储备足够的道砟，恢复线路常速必须经工务段验收合格并确认后，方可向路局提报撤除慢行申请。
4营业线施工安全措施
施工前，必须与相关设备管理单位签订安全协议，详细了解调查施工范围内所有地下线缆的埋设情况，必要时技术人员到场指导人工开挖探沟探明地下线缆位置及埋深，并根据现场实际情况，按照设备管理单位的要求，实施防护或迁改。
现场防护桩开挖时，如接触网杆、拉线基础或电杆距挖孔桩距离在5m之内，严禁取土开挖，若需要施工请于设备管理单位联系，现场确定加固方案后方可施工如接触网杆、拉线基础或电杆距挖孔桩距离在10m以外，施工不受影响，施工中如果发现异常及时联系设备管理单位进行处理。接触网杆位于既有线线路右侧。
5既有设备保护措施
施工区域内涉及有既有地下光电缆和供电专业（含接触网支柱、电力电杆）等行车设备的，由建指组织设计院、监理单位和设备管理单位现场共同踏勘，进一步细化制订迁改或防护方案，并严格按制订的迁改或防护方案实施到位，经指挥部组织上述单位验收合格后方能进行正式的土建施工。
1、在开挖工作坑前，请监理及有关设备管理部门给予配合，对施工区域内既有地下光电缆和供电设备（含接触网支柱、电力电杆）等现场共同踏勘。
2、探测后，将埋设在既有路基边坡上的缆线人工挖出，放至于地表并采用彩条布包裹，名设置明显的标示，并排专人24小时看护，施工完成后将线缆原位填埋。
6钢轨防胀及应力放散措施
在箱型桥架空处所两段各100m长范围内线路钢轨采用海绵冷水降温防止胀轨（海绵厚度不小于50mm，嵌入轨头下颚与轨底间，在轨底穿上“U”型卡住海绵，9时至17时派专人浇水，使海绵一直处于含水饱和状态），保持轨温不能超过35℃，否则应及时喷水降温。
无缝线路地段尽量可能避开高温季节顶进施工，如确需要施工，架空线路作业前，必须进行应力放散，放散锁定轨温必须达到50°以上。
7结语
阳安二线增建第二线阳平关至安康段K74+700处2－12.0m箱型桥，2018年3月10至4月30日，仅用10d时间就完成顶进施工。施工中对顶力及后背墙进行了受力计算，合理组织施工，确保了施工质量，严格执行安全保证措施，确保了营业线施工安全，对临近营业线同类工程施工具有一定的参考。
参考文献
[1]《铁路营业线施工安全管理办法》（铁运〔2012〕280 号）。
[2]《客货共线铁路桥涵工程施工技术规程》（Q/CR 9652-2017）。
[3]《铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB10415-2003）。
[4]《铁路工程施工安全技术规程》（TB10401.1-2003）。
[5]《普速铁路工务安全规则》铁总运{2014}272号。
论文作者:林军伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年6期
论文发表时间:2019/7/8
标签：线路论文; 枕木论文; 底板论文; 铁路论文; 作业论文; 位置论文; 高程论文; 《建筑学研究前沿》2019年6期论文;