铁路顶进桥涵施工技术探析

铁路顶进桥涵施工技术探析

尹卫平

中铁六局集团有限公司

摘要：随着我国铁路的发展，为确保人身及行车安全，既有铁路平交道口陆续被取消，桥涵顶进施工应用越来越广泛，顶进施工是一种作业环节多，施工环境较为复杂的施工项目，顶进施工技术的把关至关重要。鉴于此，结合京沈客专北京朝阳枢纽酒仙桥北路框构顶进工程对铁路桥涵顶进施工技术进行了探析，通过施工准备、工作坑、滑板及后背、桥体顶进方面指出了其技术要点，为后期同类工程借鉴。

关键词：施工准备、工作坑、滑板及后背、桥体顶进

1 .工程概述

酒仙桥北路框构桥为三孔（17.34+13.01+17.34）m钢筋混凝土框构，既有东北环线线位范围内框构采用顶进方式施工，京沈左右线线位范围内框构采用现浇方式施工，本桥位于北京市朝阳区将府公园内，施工里程为DK17+689.73，对应东北环线里程为BHDK40+693.43，既有东北环线线与框构轴线交角θ为112°41′47″。框构桥体工作坑设置在既有东北环线东侧，靠近基坑侧既有铁路路基边坡采取1:1.5坡度放坡。基坑支护采用钢筋混凝土钻孔灌注桩进行防护，基坑防护桩外侧设置2－φ60㎝止水帷幕高压旋喷桩，基坑及路基范围采用管井降水。路基采用水泥浆液注浆加固，注浆范围为框身范围以及框构两边墙外缘外侧各10m，加固深度为自路肩以下2m起至框构底板底以下2m。

2. 施工技术探析

该工程采用一次性顶入法施工，桥体整体预制完成后在尾部设置千斤顶，借助后背反力，将多孔桥体一次顶入铁路路基的施工方法。

2.1施工准备

开工前，施工现场做到三通一平，即：水、电、路三通和施工现场平整。

2.1.1临时驻地

结合本工程所投入人员及机械设备等实际情况,办公区、生活区及钢筋加工区均布设在空旷征地范围内，办公区、生活区分离设置。

2.1.2临时便道

本工程工作坑、钢筋及模板加工厂、料场均设置在既有东北环线铁路东侧，征地范围内修建一条施工临时便道与既有酒仙桥北路顺接。

2.1.3临时用水及用电

本工程使用商品混凝土。施工用水、生活用水每天约35吨，利用城市用水。考虑到施工降水、钢筋对焊和顶进桥体用电量较集中，现场施工用电专门安装一台480KVA变压器（必要时采用发电机）。

2.1.4施工通讯

现场管理人员每人配备手机一部，有条件安装固定市话和传真电话时安装一部，桥体顶进时配备对讲机20部。

2.1.5铁路设施过渡

框架桥施工范围内涉及铁路通信、信号电缆等设施，提前与铁路局设备主管单位取得联系，制定过渡方案，施工前迁改移完毕。

2.1.6硬隔离防护

邻近既有线施工采用硬隔离全封闭防护，防护网高1.2m，采用混凝土基础浇筑，混凝土型号C25，基础深45cm，长宽各30cm，钢管埋深35cm。禁止人员机械施工期间越过绿色栅栏施工。施工前，既有栅栏需改移。

2.1.7营业线手续

该工程进行桩基、基坑开挖及主体预制施工，施工前须办理邻近营业线施工监督计划；线路加固及拆除和更换桥枕施工时须慢行点内封锁线路，天窗点内施工（施工作业期间，限速45km/h；施工结束后，第一列限速45 km/h不少于 12小时，后限速60 km/h、80 km/h各不少于24小时、后恢复常速）。要点施工前，应与铁路局相关业务单位办理好申请审批手续，得到批准之后方可进行施工。

2.2工作坑

2.2.1 工作坑布置

预制和顶进框构桥的工作坑，根据线路情况、现场地形地物、周围构筑物及施工需要，在保证排水和安全的前提下，选择在施工场地宽敞、供料方便和顶进距离短的铁路一侧。 当穿越铁路时，靠铁路一侧的工作坑边坡坡顶距最外侧铁路路基坡脚不得小于1．5m，边坡的坡度应小于1：1，其余边坡坡度应根据现场地质条件确定。工作坑边坡应进行稳定性验算，当边坡不稳定、或坑边建筑物基底压力线进入工作坑内、或边坡不能按规定开挖时，应进行基坑支护设计，基坑支护设计应符合现行标准的规定。工作坑的尺寸应根据框构桥的长度、宽度、后背尺寸、顶进方式和操作空间确定；并应在桥体底板前留出模板支架位置或空顶长度，在底板和后背间宜留出2m～3m布置顶进设备。桥体两侧可视结构高度模板支设方法、混凝土浇筑方案、排水情况等预留出满足施工需要的工作宽度。基底地基承载力应满足受力要求，不满足时，对基底进行加固处理。工作坑运土的坡道位置，宜避开后背路基土的顶进受力范围。当受条件限制、不能避开时，坡道边坡应进行支护^[1] 。

根据现场调查，新建京沈线位于既有东北环线东侧，根据现场实际条件，拟建工作坑位于东北环线东侧，配合后期现浇框架施工，施工范围内场地较为平整，施工前需临时征地及迁改部分树木，其中临时占地542㎡，道路改移临时占地3533㎡。

2.2.2降 水

铁路桥顶进施工范围内，保持干槽施工，工作坑底四周设排水沟和集水井，坑顶周围有防排地表水的措施。根据水文地质情况，进行降水设计，通常可采用排水沟集水井或井点降水等，降水除满足顶进施工要求外，对降水后出现路基和周围建筑物下沉应有预防措施。

酒仙桥北路框构中桥基坑四周及线路西侧设止水帷幕，止水帷幕采用2－φ60㎝高压旋喷桩，桩间距设计为40㎝，桩与桩咬合20㎝，桩长16m，基坑四周及线路南侧共计1743根。该工程地下水为第四系孔隙潜水，含水层主要为第四系细砂和粉土层。勘测期间地下水位埋深4.4～6.3m（高程26.26～28.43m）。框架桥基底标高为22.87m，地下水位比设计基底高5m。根据现场的地质水位条件，采用管井降水，出土口设7口降水井，基坑四周设12口降水井，线路东西两侧各设10口降水井，共计39口，距离既有东北环线最近为4.5m，降水井钻孔直径φ400mm，井深15.0m。

2.3滑板及后背

2.3.1滑板

滑板可根据地基承载力、桥体重量和顶进方法选用钢筋混凝土滑板、混凝土滑板、砌筑片石滑板和灰土滑板等，并满足预制桥体所需的强度、刚度和顶进时的稳定性要求。滑板底部可根据土质情况设碎石和灰土垫层。混凝土滑板厚度宜为0.2m。根据土质情况，滑板底与框构桥设计中心线一致。根据线路使用及土质情况，滑板做成后低前高的仰坡。滑板顶面平整光滑，可用水泥砂浆抹面。滑板底面与土基接触部分设置防滑锚固措施，亦可在滑板下设锚梁，并验算框构桥在顶进起动时的滑板抗滑移稳定性，滑板抗滑移稳定性验算应符合下面的规定。

混凝士滑板在桥体起动时的抗滑移稳定性可按下式进行验算。

（Gu+nAR）/N ≥1.3

式中

N--桥体启动顶力(kN)宜取桥体自重的0.6-1.0倍；

G--滑板自重及其顶面上荷载(kN)；

μ--滑板底面与土基间的摩擦系数，应视基底土的性质经验确定，当无试验资料时，可采用下列数值:粘性土宜为0.25-0.30;亚粘土宜为0.30-040;砂类十宜为0.40;砾石类土宜为0.50；

18. -锚梁正面土基抗力(kN)，可采用土壤的允许承载力；

A--锚梁正面受力面积(m²);

n--锚梁数量。

当控制框构桥顶进入土方向时 在滑道两侧应设置钢筋混凝土或钢制方向墩，其间距宜为3-4m，并应深入滑板以下 0.6m-0.8m，且在滑板以上外露0.2m， 与桥体间预留出导梁垫片位置。方向墩和滑板应浇筑成一体，并满足强度、稳定性的要求。当后背反力不能满足框构桥顶进要求时，可将滑板和后背梁用受力钢筋连成一体。

2.3.2后背

顶进框构桥的后背应包括后背梁、后背墙及后背填土，后背须满足强度、稳定性的要求，并按最大顶力进行后背设计，并按一次性使用验算各种受力状态下的稳定性。后背形式可根据现场条件、设计顶力、地质、地形及材料设备，选择板桩式、重力式或拼装式。后背的设计抗压强度应满足顶进前后背填土的水平推力及顶进时传递到后背梁的最大顶力。后背留有补强余地。当后背水平反力不足时，可将后背梁和滑板联成整体，后背水平反力应从框构桥最大顶力减去滑板抗拉力。后背布置宽度应根据其单位宽度提供的土抗力及设计顶力确定（含斜桥纠偏顶力），其位置应与千斤顶布置相对应^[1]。

2.3.3酒仙桥框构滑板及后背设置

本工程滑板及后背梁采用商品混凝土。浇筑滑板（垫层）水平光滑。以杠尺（2m）检测，平整度控制≤5mm。用网格法控制水平，滑板做成平坡。滑板的润滑隔离层按设计文件设置，为更有效的使桥体与滑板隔离，工作坑底板用M10砂浆抹面，厚度不大于2cm，平整度力求最佳，再在其上涂刷3mm厚的机油，滑石粉，要求表面光洁平滑，框构底板浇筑前铺塑料布一层以减少顶进摩阻力。在浇筑底板时，使其与工作坑底板有效隔离，防止粘在一起，以免启动顶进时发生困难^[1]。滑板施工中，两侧设置导向墩间距5m，并在滑板前端设置底板船头坡，船头坡高5cm，长2.5m，沿框架箱体轴线方向布置于底板的前端。

2.4顶进

2.4.1顶力计算

框构桥顶进启动的顶力应大于桥体自重产生于滑板上的粘结力、真空吸附力及静摩阻力。启动顶力系数宜取0．6～1．0；对顶拉法顶力系数宜大于1．0；在滑板上空顶顶力系数宜为0．2～0．6。

根据下式计算顶力：

P=K[N1f1+（N1+N2）f2+2Ef3+RA]

式中：

P表示最大顶力（kN）；

N1表示桥涵顶部荷载（kN）（包括线路加固材料重量）；

f1为桥涵顶部与顶部荷载间的摩擦系数；

N2为桥涵箱体自重，包含机具、人群、刃角以及未能及时运走的土重等（kN）；

f2为桥涵底板与地基土的摩擦系数，无试验资料时可采用0．6～0．8；

E为桥身两侧土压力（kN）；

箱顶土压力为e1=εγH1；

箱底土压力为e2=εγH2；

H1为顶进时箱涵顶的覆土厚度；

H2为顶进时箱涵底的覆土厚度；

f3为侧面摩擦系数，无试验资料时可采用0．6～0．8；

R为刃角正面阻力（当无试验资料时，砂质黏土可采用500kN/m2～550 kN/m2，卵石土可采用 1500 kN/m2～1700kN/m2）；

A为刃角正面面积（m2）。

2.4.2顶进设备配备

顶进设备包括顶进液压系统和顶力传递两部分。顶进液压系统包括高压油泵、控制阀、调节阀、电气集中控制台、油路、压力表、油箱、千斤顶等。顶力传递设备按顶进方法分别由顶铁、顶柱、横梁组成；或由传力支墩、拉杆和拉梁组成。顶力传递设备根据根据最大顶力和顶程确定所需规格及数量。千斤顶的工作顶力可按额定顶力的70%进行计算，并应按最大顶力和纠偏顶力综合确定配备数量。顶入法传力设备中的顶柱和顶铁可采用型钢组焊，按长度1、2、4、6m和 0.1、0.2、0.3、0.6m等几种规格，并根据千斤顶和后背位置进行布置。顶柱和顶铁每4-8m长设置一道钢横梁。当顶程较长时，顶柱与横梁用螺栓联结成受力框架，并在其顶上压重或填土，填土高度宜为1m-1.5m并碾压密实。

根据酒仙桥框构桥体中心线与线路夹角，并根据桥体自重合理配置顶镐，投影面积788.67m2，最大顶力：8187.705t，顶程37.58m。配置500t级（实际顶力按300t考虑）顶镐共需28台，现场配置30台，备用2台。根据顶力和顶程需要流量为63L/min的高压油泵2台，现场配置3台，备用一台。 连接板每隔6m设一道，断面尺寸（0.4×0.4m）；大横顶梁12m一道，断面尺寸0.40×0.7m。顶铁由长度6m、4m、2m、0.5m、0.2m、0.1m组成，断面尺寸0.4×0.4m。顶铁拆装，采用吊车配合^[5]。顶进土方共计11732.5m3，3个桥洞出土，安排3台装载机，3台挖掘机，12辆自卸翻斗车。

2.4.3启顶

顶进实施是整个工程的重要环节，因此，框构桥顶进前必须进行试顶，并设有专人观察情况。试顶顶力不能过大，一般是桥结构自重的0.8-1.2倍，开始启动时不能突然增到最大顶力，应逐渐加压，开泵后，每当油压升高5-10MPa时，应停泵检查一次，发现异常及时处理。每升压一次要稳定几分钟,并派专人对设备及滑板后背和框构进行检查，如一切正常，方可加压正式顶进。在加压过程中如油表突然下降，表明框构与滑板脱离，框构开始向前移动^[5]。

预顶时严格控制方向，防止偏离中心线给顶进工作带来困难（预顶时对称桥轴线均匀布镐）；刃角吃土后预顶完毕。本框构桥空顶顶程为5.39m，挖土顶程32.19m。

2.4.4顶进及挖土作业

2.4.4.1工序

挖土一清底一顶进一测量标高及方向一调整及纠偏一进入下一顶进循环一顶进就位

2.4.4.2安全质量标准

1、顶进过程中应随时测量标高、中线，发现偏差及时调整。桥身每前进一顶程，即对轴线和高程进行观测，做好记录，如发现偏差应及时通知负责人采取措施，纠正偏差。

2、桥身底板后端安装与底板等高通长2cm厚的钢板，以免局部受压，挤坏结构底板砼。

3、挖土进尺及坡度应根据土质和线路加固情况确定，不超挖。一般情况每次挖掘进尺约2m左右为宜。土质不好时，即每挖一顶程的土方，应立即顶进箱身，使箱身紧贴开挖面。开挖面与水平面夹角不大于60°，保证开挖面不发生坍塌，在施工中要放坡开挖，严禁超挖。

4、挖土工作必须遵守下列规定：

①严禁倒坡挖土（挖土坡面与水平面夹角不大于60°);②在列车通过时严禁挖土；③机械设备发生故障时不得继续挖土；④交班前不挖土；机械挖土设专人指挥；⑤较长时间不顶进时不挖土；⑥挖土时如发生塌方，应迅速抢修加固；⑦挖土作业必须设置专职观测人员，监视开挖面变化，挖土人员必须戴安全帽。

5、桥身左右偏差时的纠正措施

①用增加一侧千斤顶的顶力来调整。如向右偏时，则增大右侧的千斤顶油量。②用后背顶铁来调整。如向左偏，则在左侧传力柱端增加一块钢板。③在导向墩与框构桥身之间加垫木来调整。向哪边偏，哪边就加垫木。④、在开挖时，可在一侧超挖，一侧欠挖来调整。如向右侧偏，则右侧欠挖，左侧超挖。

6、桥身“抬头”的纠正方法

①两侧挖土不够宽，易造成“抬头”现象，可在框构桥两侧适当超挖。②在桥底板下适当超挖土层，使其下降。

7、桥身“扎头”的纠正

①吃土顶进：挖土时，开挖面基底保持在桥身底面以上8-10cm，利用船头坡将高出的土壤压入涵底来纠正“扎头”。②如土质松弱时，可换填20-30cm厚的卵石或片石等方法加固地基，增加承载力。

8、框架桥顶进施工允许偏差。中线：一端顶进为200mm，两端顶进为100mm。高程：顶程的1%，且＋150,-200mm。

9、顶进设备操作人员由经考试合格的路工担任，顶镐启动时，人员必须撤离基坑，严禁施工人员接近或跨越顶铁，不准在顶铁和后背上站人。

10、当防护员通报来车时，应停止作业。

11、作业前，应在电务人员配合下，提前做好光电缆防护工作。

3结束语

综上所述，在铁路建设中应用广泛，铁路桥涵的顶进施工技术的应用比较广泛。在熟悉铁路桥涵顶进施工技术要求和施工规范的基 础上，不断规范施工作业和提高顶进施工技术水平，不断的积累经验，确保铁路施工的建设质量和安全，为同类工程提供借鉴。

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