深圳广铁土木工程有限公司
摘要：在铁路高填方路基箱涵顶进工程中，通过采取D20便梁架空铁路既有线、白铁皮隔离涵洞上方土体、钢刃角带土顶进等措施，使顶涵顺利完成，达到了预期的效果。
关键词：高填方路基 带土顶进 白铁皮
下穿铁路既有线的箱涵施工，通常的方法是在铁路既有线上架设便梁，先开挖土方，然后顶进使箱涵就位。在高填方路基地段，箱涵在路基中的埋深很大，如果简单的套用通常的施工方法，就可能产生一些影响铁路行车安全的问题。如顶进时全断面开挖土方，必须加大轨道架空长度，否则难以保证便梁支座基础的稳定。箱涵就位后，涵顶回填量加大，便梁下大面积回填路基土方难以保证密实度，从而引起线路下沉，影响行车安全。因此，在高填方路基地段采用箱涵带土顶进是最安全与经济的施工方法。
1、工程概况
广州市北部水系建设西航道引水首期工程新建交通涵洞Ⅴ在京广线上行线里程K2255+505处下穿铁路既有线，顶进段长22m，与铁路正交，内净空尺寸为4.5m×3.4m（宽×高），矩形框架结构，顶、底板厚度为0.45m，边墙厚度为0.4m，采用C40钢筋砼预制。轨底至框架涵顶面填土高4.86m，路基土质主要为填筑土。采用D20型施工便梁对铁路既有线进行架空加固，见图1、图2。
2、 路基回填土密实度对线路稳定性的影响
箱涵带土顶进只需开挖箱涵同体积的土体。顶进中超挖的土方量有限，可以保证涵顶原路基土不动，不需要回填路基土方。在箱涵顶进就位后，拆除便梁前，只需要处理箱涵周侧超挖土产生的空隙就可以了，即用一定压力的水泥浆填充这些空隙。利用箱涵两侧上的预留孔压浆填充。
若采取全断面开挖土方进行顶进作业，箱涵顶进到位后，在便梁下回填路基土方，只能采取人工夯实或小型打夯机械，无法保证路基土方密实度。特别是大面积土方回填，且回填厚度较大的情况下，短时期内路基土无法密实。拆除便梁后，路基不均匀下沉，很容易造成晃车，严重时可能造成列车倾覆。因此高覆盖土下的箱涵更应带土顶进。
3、高填方路基地段顶进的分析及措施
3.1隔离白铁皮的加入及作用
在箱涵顶进过程中，要保持箱涵四周土体处于原位遇到一个问题：当箱涵快顶到位时，前面原状土无法挡住箱涵外周土受磨擦作用向前运动，特别是覆盖土的趋势更大、影响也更严重。以往当出现这种情况时都是在后方设置地垅将轨道、加固设施、管线拉住保持各种设备的横向稳定。
为解决覆盖土前移的问题，一个简单的方法就是从后方将土拉住，但土是一个松散体，唯有在箱涵与土体之间设置一层隔离物。本工程创新性的在箱涵顶面安装隔离白铁皮，将白铁皮拉住即可拉住白铁皮上的土体，根据此思路，决定将常规钢刃角的顶板分为前、后二块，两板钢板仍通过板下型钢或肋板组合成型，板间形成一条横向缝隙，隔离白铁皮根据顶板下型钢或肋板的间距分割成条状，将条状隔离白铁皮从顶板下经过顶板缝隙穿出刃角顶板。当刃角切入土体中时，隔离白铁皮即带入箱涵与土体之间，从后方将各条状隔离钢板拉住，随着箱涵的顶进，条状隔离白铁皮从前端得到不断补充，有效地将顶板上的覆盖土与箱涵进行了隔离。见图3。减少土体横向移动的机会，由于铁与混凝土的磨擦小于土与混凝土的磨擦，同时具有保护石蜡润滑层减阻的作用。
3.2便梁支座基础的稳定
顶进施工时，线路架空加固范围一般按最不利的边坡坍塌线来考虑，架空结构的支墩基础相应必须设在最不利的边坡坍塌线下。本工程箱涵采取带土顶进，试图完全保持箱涵周围土体处于原位，线路架空范围按1：1的安全坡度考虑，架空距离为18米考虑，采用铁道定型设备D20便梁架空铁路既有线（若全断面开挖土方进行顶进作业，则要满足相对保守的开挖安全坡度1：1.5的要求，则架空距离为27米）。
3.3钢刃角带土顶进的分析
带土顶进的前提条件：是必须设钢刃角，刃角顶部由箱涵顶部向前悬臂延伸出去，侧面挡板前沿斜度也要与所处土体稳定的边坡值相对应。钢刃角在顶进施工中保证挖掘面不坍塌的工作原理就是：当刃角与稳定边坡接触顶进时,即在土体中切出一个箱涵的外轮廓尺寸的工作面。刃角外轮廓的土分别由刃角顶板、侧板来托住和挡住（钢刃角顶板下、侧板内设置纵向型钢或肋板）。刃角下方的土坍塌成自然稳定的边坡，然后挖除刃角内的土方，每一顶程逐段先顶后挖，确保刃角切入前方土中，使“掌子面”坍塌后形成的稳定边坡坡顶仍在刃角范围之内，否则极易在刃角边向上形成“漏斗”，造成路基塌空，特别是在砂层和松散土层中这个顺序要掌握得十分严格，不然即在刃角边往上形成“漏斗”。
3.4带土顶进时的顶力
箱涵顶进的顶力计算是根据顶进长度、土质、地下水情况、箱涵外形及施工方法等复杂因素按公式计算出来的。
本工程箱涵顶部覆土厚度较厚，达4.86米，导致带土顶进阻力较大，设计最大顶力为1650t。在顶进施工中，一般是通过外涂石蜡降低摩擦系数来减小顶力的。但由于顶进时石蜡会与土体发生摩擦，特别是在砂类土中顶进时，石蜡被摩擦脱落后减阻效果会明显降低。
由于刃角的正面端面积较箱涵面积小许多。因刃角预先切入土中，所增加的正面阻力十分有限。加设刃角顶进土中后，箱涵顶进时正面的阻力主要由底板前端面土体被压缩所产生，因此消除正面阻力也仅只需要清除底板前端面处的土体，确保底板端面不与土体接触，当该处土体被清除一段，箱涵即被顶进一段，刃角也随之前进一段切入前方土中，再依次清除刃角范围内的土体、底板前端面处的土体、再顶。
3.5箱涵底板前端船头坡
在带土顶进设置“悬臂”刃角后，箱涵的扎头力矩增大，箱涵在顶进的过程中栽头的几率更大，要想增加抵抗扎头的力矩，加大箱涵底地基土的“被压缩”是最有效的办法。从理论上说，箱涵顶进前若将前方地面挖成与箱涵底同一平面，当箱涵向前顶进时，其地面应力逐渐增长压缩必然下沉造成“栽头”，在钢刃角“悬壁”带土的情况下，“栽头”的几率加大，箱涵底板前端船头坡应适当加大。
3.6带土顶进
采用钢刃角半强迫顶进，洞内挖土纵向严格按钢刃角的坡度进行刷坡，保证纵向坡的稳定，每掘进进尺控制在30㎝，待框架顶进并将刃角插入土体30㎝后，才能进行下一进尺的开挖。
框架高低方向的控制，我们已设仰角钢刃角，有5%的船头坡。当框架抬头时，挖土时，底板根据测量数据进行超挖，如果框架裁头，则带土顶进，船头坡将产生向上升的力，使框架爬升以调整其高低，方向调整则采取左右超挖和带土顶来调整，当框架向左偏时，则右侧超挖左侧带土顶进，反之则左侧超挖右侧带土。以上调整方法只能进行微量的调整，高低调量比顶进长度为1/100，方向调整量比顶进长度为1/100，所以在顶进时要勤测量，勤调整，顶进时，每进尺1.0m 须进行一次测量和调整。
4、 结语
以上施工措施在达成高填方路基地段箱涵带土顶进施工中得到了较为成功的应用。结合施工实践，提出了如下结论和建议：
4.1设置隔离白铁皮，思路解决后，对常规钢刃角稍作改进，实施起来，操作容易、方便、灵活，实用性较强。本次施工只是在顶板处进行尝试，隔离效果非常明显，仅顶进到位时前方出现少量土体的移动，可能是受箱涵侧墙对土体磨擦的影响，希望在以后完善相关理论计算及分析，并推广应用在侧墙。在箱涵与土体中设置隔离白铁皮，特别是在大宽度的箱涵及高覆盖土的顶涵中具有推广价值。
4.2钢刃角在顶进施工中具有一定的导向作用、土体掘进时的屏障作用，十分重要。为防止钢刃角被路基土压弯，必要时可做一定的检算。
4.3箱涵顶进作业要连续进行，不断顶进；应严格按照顶进挖掘的程序进行，严格禁止超挖，同时控制好顶速和进尺，加强量测。对顶进偏差要及时发现，及时纠正。纠正要逐渐进行，不能急于求成。
论文作者:邝开元
论文发表刊物:《基层建设》2017年2期
论文发表时间:2017/4/18
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