何伟
中铁十二局集团第四工程有限公司 陕西西安 710021
摘要：在吉图珲高速铁路图们北站站场改造过程中，为地方规划道路预留通道在既有线下设计了富强2#框架桥，该桥为2-15m框架桥，结构全长33 m，桥体总宽35.6m，总高8.5 m，采用顶进方法施工，最大顶力8796t，顶进总行程41.79m。工作坑开挖前采用在基坑四周井点降水的方法，将地下水位降至滑床底板1m以下。框架桥顶进期间，采用了I115工便梁做纵梁、H70型钢做横抬梁与H20钢枕组合架空既有线路，用C25钢筋混凝土挖孔桩做支点进行线路加固的方案，一次顶进就位。
关键词：大孔跨；框架桥；顶进；施工技术
引言
随着经济不断发展，城市路网密度不断提高，但交通不畅已成为阻碍经济发展和制约人民生活水平提高的因素。造成交通不畅的主要原因是日益增加的机动车数量已超过原有城市道路的规划发展，特别是铁路与公路大量的平交道口更是成为城市道路的重要拥堵点，因此“平改立”已经成为改善城市交通状况，确保交通安全的一项重要工作任务。框架桥以它整体结构性好，刚度大，建筑高度低等优点大量在“平改立”中采用，而顶进施工方法以它对行车影响小、施工快速、技术和经济效益较好的优点，在下穿铁路既有线的施工中有很大的应用优势。
1、工程概况
富强路2#框架桥桥位处有3条铁路线，自北向南下穿牡图线（MTDK5+512）、液化汽线（施工前拆除）、长图线（CTDK521+144.836）。牡图线与长图线中心距13.42m，长图线与液化气线中心距4.77m，牡图线与液化气线中心距4.35m。桥体中线与牡图线、长图线正交90°，该桥孔跨类型为15m+15m双孔框架桥，顶板厚1m，底板厚1.1m，边墙、中墙厚各1m，结构全跨度33m，桥体总长度35.6m，总高8.5 m，净孔高6.4m，采用顶进方法施工，顶进总行程41.79m，其中空顶行程9.6m。地下水位为0.5～3.0米，地下水、地表水对混凝土无侵蚀性。
2、主要施工工艺及方法
首先在工作坑四周设置管井降水，地下水位降至滑板下1m后，开挖工作坑，修筑滑板，在滑板顶面上铺设隔离层，预制钢筋混凝土框架桥，期间封锁线路架设工便梁，穿横抬梁、钢枕，加固后既有线路，行车限速45km/h。框架桥混凝土达到设计强度时，安装顶进设备，进行框架桥顶进施工作业，当顶进前方挖土完成一个顶程后，开动高压油泵，使顶镐产生顶力，通过传力设备，借助于后背的反作用力把框架桥向前推进，待推进一个顶程后，在空挡处放顶铁，挖运出一个顶程距离，以待下次开顶，如此循环进行，直到整个框架桥顶进就位为止。
图1 框架桥顶进施工流程图
3、基坑降水
根据水文地质资料桥址处地下水位为0.5～3.0米，地下水水位较高，工作坑开挖前需对基坑进行降水。结合现场实际地质情况，采用管井降水的措施将地下水位降至滑板下1m。
3.1管井降水设计
⑴基坑总涌水量计算：根据基坑边界条件选用以下公式计算：
q为单井允许最大进水量（m3/d）；
rs为过滤器半径（m）；
l为过滤器进水部分长度（m）；
k为含水层渗透系数（m/d）。
通过计算得井点管数量为40个。综合考虑涌水量、地层渗透性，结合基坑形状共布降水井44眼，井深15-20m，井径380mm，每个井里放置1台1.0KW水泵，降水井布置见图2。
图2 井点降水平面布置图（单位cm）
3.2降水井施工
⑴降水井采用冲击钻机成孔，成孔直径Φ550mm，中间安装外径Φ380mm的无砂混凝土井管。
⑵井孔冲击成型后，通过单滑轮，用绳索提起井点管插人井孔，井点管的上端应用木塞塞住，使无砂混凝土井管居中，同时要防砂石或其他杂物进入，在井点管与孔壁之间填灌碎石滤层，碎石填入井内前要筛净，不能含粉末。
⑶填完碎石滤层即刻抽水逐个进行冼井，将φ15～30mm的胶管插入井点管底部进行注水清洗，直到流出清水为止。
⑷井位一般距基坑2.0m左右，遇障碍物可适当调整。井深误差控制在±0.5m。
4、线路加固
沿铁路纵向设置56m长I115工便梁做纵梁，工便梁接头处采用高强度螺栓连接。设置4组横抬梁，横抬梁采用H70型钢，每组2片，单根横抬梁总长度32m。枕木间每孔穿一根H20钢枕，组合架空线路，纵梁支点设在C25钢筋混凝土挖孔桩上。架设便梁、穿横抬梁和钢枕时必须封锁线路，利用封锁点内进行。
4.1便梁支墩挖孔桩施工
便梁支墩采用直径1.25m钢筋混凝土人工挖孔，共计42根挖孔桩，其中32根挖孔桩距既有线中线2.15m，施工过程中对线路采取U型加固措施。U型加固措施具体如下：纵梁设二组，每组2根I32工字钢并排焊成一个整体放置到枕木垛上，在纵梁范围内的枕木间穿I32工字钢横梁，横梁直接搭到纵梁上，纵横梁间采用U型卡连接，将加固范围内纵横梁形成一个整。同一线路两侧的支撑桩要跳桩开挖。
支撑桩施工顺序参照图3顺序如下：
图6 挖孔桩施工线路U型加固平面图（单位：mm）
4.2工便梁安装
⑴纵梁采用I115型工便梁，梁长L=56m，梁跨组合采用12m+12m+8m +12m+12m，接头联接板采用等强度联结，由上下夹板两组和一组腹板组成。
⑵工便梁汽运至至现场采用轨道车运输、架设。工便梁架设前先将2片12m梁联接成1片24m梁，在每片便梁两端位置先穿入2片以上钢枕，以便于便梁就位时随即与之连接，保证其稳定性，确保行车安全。纵梁吊装到位后，每片纵梁用联接板进行连接成整体，纵梁下垫木板进行调整高度。每架设1片纵梁与钢枕联接固定1片。检查纵梁限界、线路状态，清理现场保证安全开通。
4.3横抬梁安装
线路架空横抬梁采用4组H700×300型钢，L=32m，横抬梁采用等强联接，即在横抬梁端部顶面、底面及肋部，用高强螺栓和钢板联接，横抬梁顶面、底面钢板四周焊接加强。穿C、D、E、F排桩上横抬梁，横梁直接放置在挖孔桩上，若需要标高调整则采用枕木垛调整。横抬梁与便梁之间采用U型扣件联接，横抬梁一端架设在挖孔桩上，一端搁置于框架顶端。
4.4钢枕安装
按混凝土枕间距，每孔混凝土枕穿一根钢枕，L=4940mm，穿钢枕时要按工务“隔六穿一”的原则，开挖一孔穿一根，穿一根加固一根，与钢轨接触面垫好绝缘板，如此反复逐次施工，严格控制水平和方向，确保行车安全，其两端与纵梁联结，联结方法采用高强螺栓与纵梁联结拧紧。
5、桥体顶进
5.1开挖工作坑
工作坑顶进端边坡均采用1：1.5，侧边边坡采用1：1，后背端边坡采用1：1，顶进端坑底距既有线中心距离为20m。长度＝前端空顶长度＋顶进框构长＋顶镐长度＋后背梁厚度＋后背厚度＋后端工作面，宽度＝顶进框构全宽＋两侧工作面宽度＋两侧集水井和排水沟宽度。
⑴修筑滑板：滑板采用C25号砼灌筑，厚20cm。滑板修筑前在其下部地基上夯填20cm厚的碎石层。为增加抗滑力，滑板下每3米设地锚梁一道，与滑板一同浇灌。地锚梁上底30cm，下底30cm，高45cm。地锚梁直接挖槽浇注，不需支撑。滑板砼要求振捣密实，表面应尽量光滑平整，高程误差不宜超过±3mm。
滑板布置示意图
图7 滑板布置示意图
（2）设置润滑隔离层：
润滑隔离层由润滑层和塑料薄膜组成，其作法是：待滑板顶面干燥后，浇一层石蜡油，厚约2mm。浇洒时沿滑板长度方向每米挂一道铁丝，作为石蜡厚度的浇洒标准，每浇完一格，用刨光的直木板马上刮平，铁丝拆除后的槽痕用喷灯烤熔整平。石蜡油凝固后，撒一层0.5mm厚的滑石粉，继着铺一层塑料薄膜，薄膜接缝处压茬20cm并使茬口朝路基方向。为防止绑扎钢筋时破坏塑料薄膜，在塑料薄膜上铺一层油毛毡。
5.3后背施工
后背组成为后背梁、钢筋混凝土后背和浆砌片石后背填土三部分，后背梁为C25钢筋砼，在挖好工作坑后与滑板一起施工。
5.4预制框构
在工作坑底板润滑隔离层上预制钢筋砼框构，首先要做好测量定位工作，使框架身中心线、工作坑底板中心线和顶进中心线三者均在同一条直线上。框构预制的施工流程是：绑扎底板钢筋→安装底板模板→灌筑底板砼→养护→安装侧墙、顶板内模→绑扎侧墙、顶板钢筋→安装外模→灌筑砼→养护→拆模→作框架桥防水层。
为防止顶进时出现“扎头”现象，预制框构时其底板内作4%的船头坡，船头坡在底板砼灌筑前用土坯制成。
5.6路基加固
考虑到路基范围内以砂卵石地质为主，顶进前对线路路基进行高压旋喷桩加固，地基处理深度为基底以下2.0米，框架桥正面和两侧各10m范围内。人力缓慢移动至挖孔桩远离铁路侧桩边，由专人指挥，用水平尺和定位测锤校准桩机，使桩机水平，导向架和钻杆应与地面垂直，倾斜率小于1.5%。为了避免钻机发生倾倒，在钻机底盘处打入钢筋，对底盘进行固定。高压旋喷桩钻杆与竖直方向角度在0-90度之间，角度增量为0-15度，孔距1.0-1.5m，扩散半径为0.5m-1m。浆液采用水泥浆，配合比为水泥：水=1：1.2。
5.7顶进
5.7.1顶进设备
1）顶力计算
顶力计算按桥规第2－386条（2－132）式计算：
P=K[N1f1+（N1+N2）f2+2Ef3]
P=1.2[200×0.3+（200+7100）×0.8+2×894×0.8]=8796 t
式中：P－最大顶力（t）
K－系数，取K＝1.2
N1－涵顶上荷载（t）。（采用架空顶进时，该值为0）
f1－涵顶部表面与顶部荷重之间的摩阻系数，取f1＝0.3。
N2－自重（t）。N2＝Q L＋10t，式中Q为单位长度涵身自重（t／m），L为顶进涵长（m），10t为机具、人群、刃角以及未能及时运走的土重等施工荷重。
f2－底板与基底土摩阻系数，取f2＝0.8。
E－两侧土压力（t）。桥顶土压e1=ξγH1，桥底土压e2＝ξγH2，式中 ξ＝0.3，γ＝1.9t/m3，H1为轨底至桥顶高度，取H1＝0.9，H2为轨底至桥底高度，H2＝H1＋桥全高＝0.9＋桥全高。
E＝（e1+e2）H L／2=（0.51+5.4）×8.5×35.6/2=894 t
f3－侧面摩阻系数，取f3＝0.8。H=8.5.（桥高）。
⑵根据顶力计算，配备320T油压顶镐42台，备用5台，顶进时用增减顶镐调整顶进方向；顶柱长度要相应配套；顶镐的安放保持与桥体轴线顺直一致，每完成一个循环就要更换或填补不同规格的顶柱，顶柱每隔8m设置一道横向联系梁，增强顶柱横向稳定。
5.7.2.试顶
对线路加固的情况及顶进设备的检查完成后开始试顶，试顶以顶动框架桥为止。试顶顶力约为顶桥结构自重的0.4倍左右，使顶镐同步逐渐加压，每次升压后稳定5分钟，并对设备、滑板、后背梁及桥体进行检查。在加压过程中，如油压突然下降，一是表明桥体已经脱离滑板开始移动，此时可继续顶进。二是后背或桥体出现变形，此时停止顶进，分析变形原因，采取加固措施。因此在试顶时要加强框架桥中线，水平和纵向位移的观察同时还要注意观察后背和底板的变化。
5.7.3.正式顶进
框架自重及箱身较长所需顶力大，为保证顶点位置不被顶坏，在框架后端两侧范围内加设δ=10～15mm钢板，钢板按框架底板立面满铺。当桥主体顶进至横抬梁下时，在桥体顶板上沿轴线方向安放钢垫板，为防止破坏已施做的防水层，在顶板上放置钢板，其上放小滑车，支撑在横抬梁下面，沿线路方向每隔4m放一组小滑车，形成一排。小滑车与横抬梁之间的空隙用木楔或枕木加木楔的方式楔紧，保证滑车在钢垫板上滚动，滑车的方向与桥体顶进前进方向一致。滑车安装好后，继续向前顶进，当顶进到框身范围内的支撑桩跟前时，先拆除支撑桩，再继续向前顶进。随顶进过程不断增加滑车，以保证横抬梁跨度始终在计算最不利跨度以内为原则，以此类推，直至顶进就位。为保证线路安全，同时避免上部荷载过多由小滑车车轮承担，沿线路方向每两个小滑车之间的混凝土枕下顺混凝土枕的方向放枕木若干层形成枕木垛，与小滑车一并承受上部荷载的压力。顶镐的最大行程为1.2m，每次取土50-60cm时，启动油泵开始顶进，根据经验一般24小时顶进2-3个循环，顶进距离150-180cm。具体工艺流程如下：
图8 顶进工艺流程图
（1）安放顶柱
①安放顶柱必须保持与顶桥轴线顺直一致，每行顶柱和顶柱要与千斤顶成一直线，各行长度应力求一致。
②按顶进长度随时更换或填补不同规格的顶柱。为了保证顶柱的受压稳定，达到8m时设置一道横梁，使传力均匀及横向稳定。顶进时应注意观察顶柱受力情况，为防止崩出伤人，在其上填土碾压。
③与框架底板和后背梁接触的横梁顶柱，如有间隙必须用适当的薄铁板楔紧，要求所有顶柱必须楔紧。
（2）测量工作
①在顶进过程中，框架桥每前进一顶程，即应对框架桥的轴线和高程进行观侧。并要详细做好记录，如发现偏差应及时通知顶进指挥人员采取措施，纠正编差。
②施测过程，对水准基点及标尺等要经常检查，核对位置如有变位或过大误差时要及时校正。
（3）挖土
顶进挖土采用挖掘机机挖土、刷坡，自卸汽车运土，开挖边坡不得陡于1：0.75，做到“短进尺、快开挖、勤顶进”，严格控制一次土方开挖的数量，避免路基塌方造成事故。
桥体起动后，控制好其顶进方向，在滑板上空顶。当框架前刃脚接触路基边坡时，开始挖土运土，当前方挖土宽度达50～60cm时即开动油泵，使顶镐推动桥体前进。待顶镐顶完一个行程回镐后，在空档处安放一个不同规格的顶柱，等待下次开顶，如此反复直至桥体就位。
在顶进过程中，挖土人员与观测员紧密配合，随时根据顶进偏差情况改进挖土方法，测量人员要每顶一镐都要进行中线及水准测量，并详细做好记录，发现偏差及时采取措施纠正。
6、拆除线路加固设备、恢复线路
⑴桥体就位后立即组织人员和机械拆除线路加固设施。
⑵拆除顺序为：桥侧夯填→补充道碴→从一侧拆除钢枕、横抬梁同时补充道碴并修整→ 拆除纵梁→ 起道并整修线路→线路稳定整修→恢复正点运输。
⑶桥体就位后立即整修线路，如桥两侧有超挖或塌方现象，要回填砂石级配料，直到夯平填实为止；随即补充道碴，要捣固结实，利用“封锁”点抽撤钢枕、横抬梁，按隔六抽一的原则，抽一根横抬梁或钢枕，复位方正一根轨枕，同时用电镐把道碴捣固密实，然后再抽另一根。
⑷纵梁下道前，每片纵梁要留两根钢枕用来稳定纵梁，待纵梁下道后再全部撤除。
⑸便梁下道施工程序同便梁上道。
⑹顶进结束恢复线路后12小时内限速45km/h，限速60Km/h 24小时，限速80Km/h 24小时，限速120Km/h 24小时后恢复正常行车速度。
7、结束语
在保证不间断铁路安全运营的前提下，将一座庞然大物下穿既有铁路顶进就位，就其施工难度、技术含量、安全风险性而言，对参建各单位的压力不言而喻，对设备管理单位配合施工也提出了更高的要求，通过富强路框架桥的顶进施工的成功实施，为同类型桥涵的施工组织提供了重要技术参考和安全控制宝贵经验。
论文作者:何伟
论文发表刊物:《基层建设》2015年14期供稿
论文发表时间:2016/1/12
标签：框架论文; 滑板论文; 线路论文; 底板论文; 后背论文; 滑车论文; 枕木论文; 《基层建设》2015年14期供稿论文;