“以新顶旧”铁路框架桥施工技术难点分析

“以新顶旧”铁路框架桥施工技术难点分析

李钦

北京铁建工程监理有限公司北京市100055

随着城市规模的不断扩展，既有交通容量已不能满足城市发展需求，而新建道路与桥梁则需要消耗更多的自然与社会资源，因此利用已有道路，对其进行扩建成为近年来城市发展的主要选择。其中，又因为铁路安全的重要性以及铁路运输的不可中断性，使与铁路交叉的桥梁改造成为道路扩建工程的关键控制节点。如何在尽量减少铁路运输影响的前提下，实施道路桥梁改造，是施工过程中要面临的一个重大课题。利用新桥顶出旧桥就是在这种环境下出现的施工工艺，能够比较完美的解决上述问题。

下面我就以实际工程为例，对新桥顶旧桥的施工工艺技术难点进行分析。

1工程概况

本工程现有道路与铁路交叉处原为1-7.0m下穿框架桥，桥长24.6m。铁路为双线电气化铁路。由于不能满足城市行车要求，现对既有桥梁进行拓宽改造。规划拓宽道路采用四孔连体式框架桥结构，净跨7m-12m-12m-7m，顶进过程中，利用新桥将旧桥顶出。

规划新桥与旧桥顶板顶面标高相等，距铁路下行线钢轨底0.8m，距上行线轨底0.94m。由于两桥的高度不等，新桥底板标高比旧桥低0.84m，旧桥与新桥东侧边孔相对。

2技术难点

本工程采用顶进法施工，顶进工艺在实际运用中已经积累了大量工程经验，成为下穿铁路框构桥的传统做法，工艺已非常成熟。本工程的难点在于利用新桥在顶进的同时将旧桥顶出。经过分析主要存在以下两项技术难点：

2.1既有桥阻力大

既有框架桥投入使用接近10年。考虑到旧桥使用时间较长，顶桥完成后的注浆影响，尤其是新桥与既有桥的顶进方向相反等因素的影响，旧桥顶出的阻力将会非常大。采取何种减阻措施有效减小顶出阻力，是本工程要解决的第一个难题。

2.2新旧桥高差大

新桥底板厚度为0.95m，但其较既有框架桥低0.84m，两桥底板重合部分高度仅为0.11m，这对将新桥作为后背并利用中继间法将旧桥顶出提出了问题。因此如何设计旧桥后背，克服两桥高差，是本工程需要解决的第二个难题。

3施工情况

3.1框架桥顶进准备工作

框架桥顶进前需要进行一系列准备工作，为框构桥顶进提供条件。框架桥顶进前需要完成以下工作。

首先在基坑外侧使用高压旋喷桩作为止水帷幕形成全封闭止水，并在基坑内四周和铁路两侧路基坡脚处均设置井点降水，将地下水位降至底板以下1m。后背桩采用钻孔灌注桩，路基防护桩、支撑桩及抗横移桩则采用挖孔灌注桩，以减少对铁路运营的影响。为提高路基稳定性，防止塌方，还要采用水泥-水玻璃浆液对路基进行注浆加固。同时，进行基坑开挖、滑板制作和主体预制工作。路局施工计划下达后，即可开始铁路设备拆改以及线路加固的施工。本桥线路加固采用3-5-3扣轨，工字钢横抬纵挑的方法加固，加固总长度87.5m。

3.2框架桥顶进施工

3.2.1框架桥顶进施工工艺流程

框架桥“以新顶旧”的整体施工工艺针对上面提出的两大技术难点，重点分析既有桥准备工作中的减阻措施，以及与新建框构桥一体的“旧桥”后背设计原理。

3.2.2既有桥顶进准备措施

因旧桥与新桥顶进方向相反。旧桥迎着新桥顶进端为刃角补齐部分。为避免可能出现的强度不足的问题，应将既有框架桥原来补齐的底板进行凿除。在既有桥底板通长布置一道钢箱，在底板受力面布置钢板，使底板受力均匀。在既有桥东面一侧的边墙上补一块挡土钢板，防止顶进过程中这一侧路基的坍塌。

3.2.3既有桥减阻措施

（1）侧面：既有桥由于投入使用时间长，桥体两侧边墙与路基存在粘结情况，在顶进前需进行松动，防止顶进时顶力过大旧桥带动路基造成失稳。为减少旧桥与土体之间的摩擦力，将旧桥两侧外墙处土体用洛阳铲每隔30cm挖孔径为15cm通长的孔，使接触部分松动。

（2）底面：既有桥底板同样存在与地基粘连情况，在框架桥底中间位置开挖一条导洞，导洞宽2m，高1m，开挖过程地基稳定。

（3）顶面：将桥顶面道砟清除，在既有桥与线路加固横梁之间加小滑车，减少顶进时轨面带给框架桥顶面的摩擦力。

（4）正面：对地基采用特殊处理措施，在旧桥前端设置接收滑板。接收滑板为C20钢筋混凝土结构，厚度30cm。滑板顶面涂抹润滑隔离层。旧桥顶出后沿滑板前进，底板与滑板的润滑层接触，减小顶进阻力，可以确保旧桥平顺移出，新桥顺利就位。

通过以上措施有效解决了第一个“既有桥顶出阻力大”的技术难题。

3.2.4新建框架桥顶进准备措施

（1）旧桥顶出后背设计

计算既有桥顶力与安全系数

根据《桥涵顶进设计与施工》中公式计算既有桥顶力：

P=1.2×[N1f1+（N1+N2）f2+2Ef3+RA]

根据以上公式，带入实际数值计算顶力P为1450t。

旧桥顶出时的单位顶力为1450t/7m=207t/m，后背强度按照牛腿进行计算，并考虑2.5倍的安全储备。牛腿设计情况如下：采用C40钢筋混凝土结构，顶宽2.2m，底宽3.2m，高1.5m，受力面布置一块2cm厚的钢板，避免结构局部受压。

Fvk≤β·（1-0.5Fhk/Fvk）·ftk·b·h0/（0.5+a/h0）

Fvk＝2070000N<6773068N满足牛腿裂缝控制要求

安全系数＝6773068/2070000＝3.27

（2）根据计算结果设置后背

施工时为了保证旧桥、新桥之间的合理传力，在新建框架桥底板做钢筋混凝土后背作为牛腿，并布置千斤顶和传力杆，新建框架桥东面一侧做成整体刃角。

通过以上分析和措施解决了第二个“新旧桥高差大”的后背设置技术难点。

3.2.5顶进施工

在新框架桥和既有框架桥之间安装顶镐，设置成中继间，利用牛腿作为后背。顶旧桥每次顶出小于1m，收回千斤顶，挖除新建桥底板前端的土，顶进新桥。以此循环，直至顶进就位。

顶进过程中应加强监控量测，随时注意顶进方向和高程的调整。每顶一次或列车每通过一次都应及时检查和校正线路的水平、轨距、轨顶标高和行车动态下的挠度变化，并在下次列车通过前调整好。

3.3既有桥拆除

新桥就位，既有桥顶出后，就地破除并运走。破除期间，应在对应侧铁路路基上布置一排临时防抛网，防止碎碴飞溅，影响铁路运营安全，防抛网高度为4m，布置在距铁路安全范围以外。

4总结及建议

城市的发展及改造过程中，顶进法施工是有效降低资金投入，减少资源占用的优选方案，尤其是此案例中利用新桥将旧桥整体顶出再拆除的方案，有效解决了顶进阻力大与新旧桥高差大两大技术难点，值得在今后类似工程中推广和应用。

但在本工程的实施过程中，经过经验总结，还存在可提高和改进的方面，主要有以下两点：

（1）旧桥的顶力经计算为1450t，实际顶出时最大顶力达到2200t。这种结果首先说明后背强度考虑了较大安全系数——3.27倍较为合理，但同时也说明既有桥在经过多年使用后，即使采取了多项减阻措施，与地基的粘连作用依然很强。

建议今后在此类工程中可应用触变泥浆润滑层减阻技术。顶进前在既有桥边墙两侧和底板下孔洞注入一定量的触变泥浆。触变泥浆具有流动性，在运输与灌注过程中为胶状液体状态。灌注完毕，经过一段时间静置后泥浆固结，可对土体起到支护作用。当框架桥顶进时，扰动后的泥浆又呈现胶状液体状态，在框架桥与土体之间起到润滑减阻作用。整个顶进过程中触变泥浆的状态变化，将固体间的直接摩擦转变为固液间的滑动摩擦，能够极大地减小桥体与路基土体间的摩阻力，进一步确保顶进施工的顺利实施。

（2）本工程中，既有桥平面与原设计基本一致，对角处沉降值分别为2cm、4cm，姿态保持较好，在旧桥顶出时较顺利。若旧桥存在较大扭偏，则可能出现顶进启动时桥体扎头、抬头等问题。因此，可将旧桥顶出一侧的接收滑板适当伸入到既有桥底一定长度，使顶进启动后既有桥可平顺的进入滑板，避免桥体姿态出现较大偏差，不能顺利顶进的问题。

以上是针对本工程的经验总结及建议，希望能对今后类似工程提供借鉴和参考。