大型铁路站场内框架桥顶进对接及质量控制研究

摘要：常州市五一路立交桥下穿常州戚墅堰车站内既有京沪线及其北侧新建沪宁城际高铁线和其南侧新增货场线。由于沪宁城际高铁先行开通，并且线下桥位处框架桥已经现浇预留完成，为了实现下穿既有京沪线框架桥能一次性顺利顶进对接沪宁城际高铁线下框架桥，本文通过现状调查和理论分析，制定切实有效的基坑围护方案，合理布置便梁基础以及优化顶进顺序和操作步骤等技术措施，并要求施工全过程加强观察和监测，有效控制了铁路站场范围内大跨径框架桥长距离顺利顶进对接的精度，确保了既有京沪线的正常运营安全。

关键词：站场；框架桥；顶进；对接；控制

中图分类号：F540.3 文献标识码：A 文章编号：

0引言

随着铁路和交通运输的快速发展，框架桥顶进技术已广泛应用于普速铁路、既有线改造、增建二线以及公路和铁路平交改立交工程中，但在大型城际铁路站场范围内实现框架桥长距离顶进对接，并确保既有铁路的不间断安全运营，国内类似工程实例尚少。

常州市五一路是常州市城市建设规划中的一条城市次干道，于戚墅堰车站处下穿既有京沪铁路线和新建沪宁城际高铁线及新增货物线。依据铁路进度安排，新建沪宁城际高铁线下框架桥需先行浇筑施工，而其它框架桥则需要和它顺利对接。为了保证繁忙高速的京沪铁路不间断照常运营，既有京沪线下的大跨径框架桥顶进必须一次性就位，如何控制其顶进精度及质量，成为本类工程的设计难点和重点。本文就以常州市五一路下穿京沪铁路立交桥工程为例，通过分析并制定安全可行的技术措施和严密的施工组织，来研究和探讨对该类框架桥工程的顺利对接及质量控制，以供借鉴。

1工程概况

1.1既有京沪铁路情况

桥址位于常州市戚墅堰火车站内，立交桥与京沪线相交，铁路中心里程为K1298+023.04。铁路南侧为基本站台，既有京沪下行线与到发线间为中间站台，货物线北侧为煤场和货站。由南向北分别为到发线、京沪上行线、京沪下行线、到发线、调车线、调车线、货物线共计7条，其中沪宁上、下行线钢轨为60kg/m，两股到发线和两股调车线钢轨均为50kg/m，一股货物装卸线钢轨为50kg/m。范围内铁路均为直线，线间距依次为5.08m、4.85m、10.06m、5.02m、5.02m、5.1m。北侧到发线与货物线之间有一组渡线位于立交桥顶，渡线道岔中心里程分别为京沪线下行K1298+029.6和京沪线下行K1297+984.6，因桥梁施工需要架设临时便梁过渡，而该处有道岔不能架设便梁，故必须将该组渡线临时迁移。工程结束后，原位恢复该组道岔，不影响既有车站内线路股道有效长。

1.2新建铁路线情况

根据铁路规划，需拆迁戚墅堰车站北侧既有铁路煤、货场，改建为4股沪宁城际高铁线，南侧需新增3股铁路线及7.0m宽的站台。立交共穿越14股道线。按照铁路进度安排，新建沪宁城际高铁线先行开通，线下框架桥现浇施工完成。

1.3工程地质和水文地质状况

本场地属长江下游冲、洪积平原区，地势平坦，地面高程为3.08～3.38m左右，地层分布较稳定。地层自上而下依次为：

①层为填土，层厚0.8～1.6m。

②层为粘土，软～硬塑状，含铁锈斑点，层厚4.4～5.2m，地基土基本承载力σ0=180kpa。

③层为粉质粘土，褐黄～灰色，软塑状，中等压缩性，层厚7.2～8.0m，σ0=110kpa。

④1层为粘土，灰绿～褐黄色，硬塑状，夹少量粉性土，中等压缩性，σ0=200kpa。

场地表层地下水属潜水类型，稳定水位深度在地表以下0.8～2.0m。地下水对混凝土无腐蚀性。

本场地为Ⅱ类场地，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，地基土属中软土。

根据本工程勘探，在深度20.0m范围内，不存在大面积饱和的砂土和粉土，因此可不考虑地震液化影响问题。本场地内未见不良地质现象。

2顶进框架桥设计

立交桥规模为4-8×4.9框架桥，箱身采用分离式框架结构，净宽布置为8m+8m+8m+8m，箱身结构净高4.9m，箱身总长70.22m。根据现状条件和工程需要，分三段施工，分别为现浇段、顶进段和现浇段，具体为：18.25m现浇段+0.03m缝+43.53m顶进段+0.03m缝+8.35现浇段（顺接城际）+0.03m缝+城际对接段，接缝处设橡胶止水带，为排水的需要，箱身设计成5‰坡度。

箱身顶至轨底的高度不小于80cm，箱身斜交斜做。由于箱身斜交及箱顶有道岔，箱身两侧设浆砌片石过渡段，为保证桥梁两侧铁路线路质量，沿线路方向适当增加过渡段长度。

根据计算，箱身地基采用Φ50cm高压旋喷桩加固，施工采用架设D24型施工便梁顶进施工，工作坑设在南引道侧。

图1框架桥横向正截面（单位：cm）

3现状调查及理论分析

3.1现状调查

3.1.1建设单位要求

（1）根据常州市城市道路建设规划，常州市五一路下穿京沪铁路立交工程需尽快建成，施工工期紧。

（2）根据铁路规划和进度安排，沪宁城际高铁必须于2010年7月1日开通，既有京沪铁路需保证不间断正常运营。

（3）立交工程施工中务必保证周边居民、管线和建筑物的安全，且必须满足景观和环评要求，实施难度大。

3.1.2工程现状

（1）根据工程规模，大跨径框架桥顶进工作坑既大又深。

（2）基坑周边各类管线及建筑物情况极其复杂。

（3）立交工程位于戚墅堰车站内，穿越铁路股道数多。

（4）施工期间繁忙高速的京沪铁路照常运营。

（5）设置防护设施空间局促。

（6）顶进框架需与新建沪宁城际高铁线下框架顺利对接。

（7）既有线下整体框架长43.53m，长距离顶程。

（8）需多次架设便梁，合理布设便梁基础，避免与京沪铁路接触网支柱基础相抵触，确保运营安全。

（9）大跨径框架桥长距离顶进施工需要详细的顶进说明、顺序和操作步骤，严格控制顶进对接误差。

（10）立交处于软塑状的粉质黏土，基本承载力110KPa，且地下水丰富，水位高。

（11）满足景观、安全和环评要求。

（12）其他，如气候条件、物资供应等。

3.2理论分析

针对现状调查，我们可以做出以下分析：

（1）必须满足建设单位和铁路部门对工期和质量的要求；

（2）为保证京沪铁路不间断运营，确保安全，需确定施工工艺，并进行铁路加固和防护，框架桥必须一次性长距离顶进完成。

（3）框架桥顶进工作坑既大又深，需制定基坑防护措施方案，做好框架桥顶进工作坑围护设计，控制好开挖土体滑移及沉降，确保周边管线和各类建筑物安全，保证框架桥顶进就位误差。

（4）必须研究讨论制定合理的便梁基础布设方案，综合考虑接触网支柱迁移及其基础布置，避免两基础相互抵触，影响列车运营安全和工程实施。

（5）立交位于戚墅堰站场内，施工空间有限，框架顶进顺序和操作步骤至关重要，需要研究并制定合理方案，严格控制顶进对接误差。

（6）地质、水位情况，可以按常规方法处理。

其中，确保铁路运营安全及框架顶进工作坑防护和便梁架设及框架顶进顺序和操作步骤成为影响框架桥对接控制精度的主要因素，也是本工程的设计难点。

4采取的技术措施

4.1切实有效的基坑围护方案，确保铁路运营安全

根据铁路部门要求，京沪铁路不能中断运行。框架顶进工作坑设于铁路南侧，基坑顶距车站到发线距离为16.5m，开挖深度为8.5m，根据现场调查，该段土质较差，地下水位高，并且周围建筑物较多，满足不了放坡条件，因此采用在工作坑周围密打Ф1.0m钻孔灌注桩支护，中心距为1.2m，并且在桩角处4m范围内采用Ф70cm搅拌桩密实搅拌对基底进行加固，厚3m，以提高基底对钻孔桩的抵抗力，在桩顶浇筑帽梁将基坑周围所有的钻孔桩连成整体，提高钻孔桩对土体的抵抗能力。然后采用垂直开挖的方式分两次对基坑进行开挖，第一次开挖3m，布置降水设备，然后再行开挖。

基坑降水首先采用在基坑周围，钻孔桩外侧密打Ф70cm高压旋喷桩，桩与桩咬合20cm，形成止水帷幕，然后开挖3m后，在工作坑内布置11口Ф30cm×20cm深井和8套井点，对工作坑进行降水，待地下水位降至基底以下1m后，进行工作坑的第二次开挖，挖至距基底标高还剩30cm时，用人工对基底进行整平（见图2）。

图2顶进工作坑平面图（单位：cm）

在铁路边坡上埋设多个监测桩，每隔6小时测量一次标高及位移，检查铁路边坡是否有变化。一旦发现变化，立即采取加固措施，保证铁路安全。

4.2合理布置便梁基础

框架桥在顶进过程中需要穿越7股道铁路线，采用D24型施工便梁架空线路，经研究，最优架设顺序为甲t甲4甲1甲2和甲3（甲2和甲3共用），共须移梁4次。为了减少便梁架设孔数和节约工期，将北侧的一股货物线拆除，并且将北侧第二股货物线封闭，用220的“H”型钢架空，故共计架设施工便梁5孔，便梁架设采用375高位架设，便梁施工在慢行点内施工，并要进行应力放散。

（1）便梁基础的布置

便梁基础共制作4组，从北京到上海一次编号为1#、2#、3#、4#，其中1#、2#为条形基础，2#基础为共用基础，在京沪下行线和到发线的中间站台处将条形基础断开，以避免和接触网支柱基础相抵触，且给接触网迁移留够足够空间。其他的便梁基础采用C25钢筋混凝土块形基础，厚度为1.3m，尺寸为：线路外侧2×2m，两线间为2×4m。条形基础采用假设D16型便梁施工。

（2）架设便梁

5孔便梁同步架设，在架设上下行线便梁时，由于上下行线间距不足，仅为4.85m，故在这两条线上采用偏架法架设（上行向南侧偏移7cm，下行向北侧偏移7cm），以满足架设便梁的要求，其它线的线间距满足架设便梁的要求，按正常方式架设。

（3）移动便梁

同步拆移5孔便梁，甲t向甲4移动时，采用人工移动，甲4向甲1及甲t向中孔移动时，采用卷扬机移动。

4.3优化顶进顺序和操作步骤

甲t、甲4、甲1在顶进前，线路南侧和北侧的箱涵就位线处，为了避免箱涵顶进就位后，两侧路基塌方，影响行车安全，因此采用Ф1.5×18m的人工挖孔桩对路基进行支护。

（1）顶进顺序：

甲t甲4甲1甲2甲3。

（2）出土方式：

采用北侧拉槽出土，拉槽深度为距便梁的主梁底3.5m，宽度满足小型挖机的作业半径为宜，两侧放坡1:1，拉完槽以后对箱涵就位处的基底用Ф70cm的高压旋喷桩加固，间距1.1m。

图3框架桥顶进作业流程图

（3）顶进方式：

采用带土顶进，每挖1.05m，则顶进1.05m，禁止超挖。

（4）接长滑板：

为了保证甲2和甲3顶进就位后的精度，故甲2和甲3的顶进挖土采用大开挖后接长滑床板进行顶进。

框架顶进就位后，立即用C20片石混凝土进行三角坑回填，然后回填道碴，恢复线路（见图3）。

5结果和效益

鉴于本工程的特殊复杂性，设计专门要求在施工过程中全程做好记录和进行第三方监测。根据《铁路桥涵工程施工质量验收标准》，顶进允许偏差：中线

常州市五一路下穿京沪铁路立交工程采用超大深基坑顶进框架桥以及合理有效的技术措施和施工组织方法，成功控制了铁路站场范围内大跨径框架桥长距离顺利顶进就位的精度，既确保了既有线正常运营和安全，又缩短了施工工期，并且避免了周边管线和各类建筑物大范围拆迁，节省了大量施工成本和拆迁费用，取得了显著的经济效益。

6结语

常州市五一路下穿京沪铁路立交桥已经开通运营了2年，目前结构安全稳定，各系统运行良好，使用单位非常满意，获得了地方政府和社会各界的高度评价。本工程在大型铁路站场范围内下穿立交桥工程中非常具有代表性。本工程的设计和探索，更打破了同类型下穿铁路立交工程超过40m顶进距离无法控制一次顶进就位的僵持局面，积累了丰富的工程经验。

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作者简介：

马亚峰（1982- ），男，工程师，2007年毕业于北京交通大学桥梁与隧道工程专业，工学硕士。