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摘要：随着我国道路和铁路工程的不断发展，既有道路和铁路中时常需要改建或新建一些工程设施，进而对这些过程设施施工提出了新要求，即需要在不影响工程设施上方铁路或公路正常运行的条件下完成施工。目前，在下穿既有道路和铁路施工中，现有的D形便梁加固法较难满足大跨度框架桥涵的施工要求，而横抬梁、吊轨加纵加固方法则存在工程整体强度和刚度不足的问题。在确保上方道路和铁路正常运行的条件下，怎样保证下穿既有道路和铁路下框架桥涵工程的施工质量，显得十分必要。基于此，本文主要对下穿铁路顶进施工技术进行分析探讨。
关键词：下穿铁路；顶进施工；技术研究
1、前言
随着我国道路和铁路工程的不断发展，在一些已经运行的铁路或者道路中需要增建新的工程，由于是针对既有工程施工，因此对这些施工项目提出了更多的要求，需要在不影响既有铁路或公路工作的过程中完成施工。但在实际施工过程中往往会有一些特殊情况，比如上方的汽车或者列车在运行过程中会产生强烈的振动，从而导致下方施工工地的路基不稳定，导致路基坍塌，甚至会导致上方运行的列车内出现脱轨或者翻车，带来严重的安全隐患。当前在既有道路和铁路下穿施工过程中，还存在一些问题，比如横抬梁、吊轨加纵加固方法的整体强度和刚度不足。在具体施工过程中，应该要对施工技术进行研究，在确保上方道路和铁路正常运行的情况下完成下穿施工。
2、工程概况
该工程道路起点位于天津芦玉公路与津榆公路相交十字路口处，在原芦台立交收费站附近接回津榆公路，道路路线全长1.36km。该工程按一级公路标准设计。津榆公路芦台地道在K0+699.169处下穿铁路，道路中线与津山线交角约为45°，下穿铁路框构桥桥体按锐角55°设计，地道箱体长度35.889m。本次工程在下穿津山铁路框构桥两侧各修建80m长U型槽结构。
框构桥两侧各80m范围内设置为钢筋混凝土封闭防水的U型槽防护，U型槽两侧与钢筋混凝土挡墙相连。西侧U型槽设置起点为K0+601.224，终点为K0+681.224，总长80m；东侧U型槽设置起点为K0+717.113，终点为K0+797.113，总长80m，两侧U型槽共计160m。
3、顶进施工流程及步骤
3.1施工流程
框架桥涵顶进施工工艺主要流程：施工准备、施工场地清理、开挖工作基坑、框构主体预制、框构顶进、框构就位、拆除后背梁、恢复线路、施工完成。
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3.2施工步骤
3.2.1开挖工作基坑工作
基坑是预制和顶进框构结构的工作场地，其位置选取时需调查施工地区的地貌特征、地层结构、土质颗粒等，根据桥涵轴线长度，选取土石方数量最小、顶进施工长度最小的线路，在其侧边开挖工作基坑。该桥涵工程中，工作基坑开挖尺寸26.5-31.5m，其中顶进施工面按照1：1.5放坡，框构两侧按照1：1放坡。工作基坑开挖完成后，在其底板面由下至上分别铺设30cm厚碎石垫层、40cm厚C25钢筋混凝土滑板，2cm厚M10水泥砂浆抹面，3mm厚润滑层，最上方铺设一层塑料布。为满足施工中排水需要，在工作基坑四周设置1.5m深集水井，在其两侧设置30cm深排水沟。
3.2.2滑板施工工作
基坑开挖完成后，需在框构底板下方设置滑板，滑板是桥涵工程中的重要构件，其结构形式通常有两种，即后背梁整体式和后背梁分离式。滑板的高低应根据施工现场的地质条件而定，分为前高后低和前低后高。同时，为防止底板在顶进过程中产生滑动，在底板下方应设置地锚梁。该工程中设计滑板厚40cm，滑板混凝土采用C25，滑板下设置8道横锚梁，10道纵锚梁，锚梁宽50cm，高50cm。为增强顶进施工中的后背力，在滑板靠近后背处预留长逸1.5m的钢筋，深入至后背，待后背施工时，使滑板与后背一起浇筑形成整体。另外，为避免出现“扎头”现象，滑板顶面需按5译坡度做成前高后低。
3.2.3框架桥涵预制
框架桥涵预制前应在工作基坑的底板上做好定位测量工作，预制过程中还应注意在滑板和刃角处均应进行防润滑处理。该工程中，预制箱涵主体为双腔式现浇钢筋混凝土结构，主要材料为C35混凝土，箱身混凝土约2085m3，抗渗等级为P8，抗冻性F100，采用I级、II级钢筋，桥体预制时可先底板后墙身及顶板施工。为防止破坏滑板隔离层，在底板浇筑时应严格控制振捣深度；为防止框架桥顶进施工中出现“栽头”现象，在框架桥前端应采用船头坡，其制作方法是在结构底板前端2m范围内采用黄土制成高差5cm的船头坡形状，再铺上油毡，灌筑后便形成船头坡。
3.2.4后背墙施工
后背墙在桥涵施工中非常重要，常见的后背墙有重力式、板装式和拼装式，后背墙的结构形式应根据施工现场的地质和地形条件来选取，其中重力式和板装式最为常见。后背墙将决定整个桥涵工程的稳定性，因此后背强应具有足够的稳定性和抗压力。该工程中后背墙采用C20钢筋混凝土，在后背墙与千斤顶之间设置后背梁，后背墙后面采用M10浆砌石填充，形成后背，在顶进施工时提供顶力。
3.2.5线路加固框架
桥涵施工中，原有线路的路基易出现松动，进而使原有线路的高程及轨道距离参数都会出现不同程度的变化。因此在顶进作业前须对施工路段上方的原有线路进行加固处理，线路加固的一般方法有吊轨法、吊轨横梁法、吊轨纵横梁法。该工程中，线路加固采用2组D24施工便梁和P50钢轨吊轨横梁法对线路进行加固；下部结构采用8根人工挖孔桩支墩，桩径1.6m，桩长18.5m；为避免线路横向位移，线路末端采用4组P43轨枕木垛支承工字钢纵梁进行加固；同时，为增加线路整体稳定性和上方列车的行车安全，在线路两侧横梁上加装5根P50轨束梁。
3.2.6顶进施工
该工程中，根据桥体自重，顶进施工中顶力按照桥体自重乘以1.2系数，顶镐按60%的传递效率，根据最大顶力计算公式：P=K｛N1f1+（N1+N2）f2+2Ef3+RA｝，扣轨为50kg/m，故N1为1093KN；f1顶部模阻系数取0.3；N2框架桥主体自重约为58925KN；f2底板与土层之间模阻系数取0.7～0.8；E（两侧土压力）=1/2×γH2tg2（45°-Φ/2）×B=7805KN（取γ=18KN/m3，H=8.8m，Φ=30°，B=22.154m）；f3取经验值0.7～0.8，R正面阻力，一般砂粘土去500～550kPa；k一般取1.2。经计算最大顶力为P=82490KN，即8249t，所以共采用33台400t液压顶镐进行顶进施工。线路加固完成后，须进行试顶，待刃脚进入路基边坡时即可开始挖土。顶进施工中，采用小型轮胎式挖掘机进行开挖，挖土过程中应严格控制刃脚的入土深度在10cm上下。挖土过程中，应尽量加快挖土和出土速度，以保证桥涵箱体可以不断顶进。同时，开挖面的坡度应控制在1：0.8耀1：0.2之间，宽度应小于桥涵箱体外轮廓约10cm。当刃脚处挖土完成一进尺长度后，开动高压油泵，使千斤顶产生顶力，推动桥涵箱体前进，该工程中每次冲程最大顶距设置为50cm。桥涵箱体顶进后，在空挡处放置顶铁，以待下次开顶，直至桥涵箱体达到预定位置。
3.2.7顶进施工中注意事项
顶进施工中最大顶力不得超过设备满负荷的85%。顶进施工中，当顶进至既有线路下方时，顶进挖土尺寸应臆0.8m，并做到随挖随顶。顶进施工中应避免箱涵带水施工，顶进前须做好降水和排水处理。
4、测量校正及检测
顶进施工中，为准确掌握箱涵的顶进方向和高程，在箱涵后方需设置观测站，以观测顶进施工时箱涵的中线及水平偏差。观测站内可设经纬仪和水准仪各一台，设为纵向观测站；在箱涵4个角设置4个水平尺，以便高程测量；在箱涵一侧的前后端各设1个标尺以进行顶进方向的偏差测量。该工程中，桥涵顶程为49.8m；经测量，其高程顶进误差为130mm，满足设计要求不大于150mm；中线误差185mm，满足设计要求不大于200mm。
5、结语
文章通过津榆公路芦台地道津山铁路框架桥顶进施工法的介绍，验证了顶进施工法的优越性。实践表明，顶进施工法施工时间短，施工质量高，对既有线路影响范围小，在保证既有线路的正常运行条件下，利用顶进设备将预制好的构筑物逐渐顶入路基，被广泛用于地道桥、框架桥涵的施工中，具有较高的应用与推广价值。
参考文献
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[2]邓炜．下穿铁路顶进施工技术探究[J].城市建筑，2014（11）
[3]孙田柱．下穿既有铁路线的箱涵顶进施工技术[J]．建筑施工，2012（01）
[4]胡瑞灵．箱涵下穿铁路顶进施工技术[J]．中国市政工程，2011（02）
论文作者:孙海元
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/27
标签：桥涵论文; 后背论文; 铁路论文; 滑板论文; 工程论文; 基坑论文; 线路论文; 《建筑学研究前沿》2018年第3期论文;