基于铁路既有线顶进涵施工技术研究

摘 要：本文结合工程案例，首先介绍了施工方案选择，分析顶进涵施工工艺及质量控制，提出了注意安全事项。

关键词：铁路；既有线；顶进涵；施工技术

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

引言

近年来,在复线施工中,广泛使用了涵洞顶进施工技术。它是在保证既有线行车的条件下,采用顶、拉或顶拉相结合的方法,把涵洞的箱体顶(拉)入路基的一种施工方法。这种方法的优点是:不改移既有线的位置,不中断既有线行车,在施工中对行车的干扰少;缺点是:受气候影响大;如果准备不充分,将造成严重的后果。在兰新线电气化改造工程k1899+764.5框架桥施工中，采用的施工方案、措施合理，保证了顶进涵施工安全顺利，取得了良好效果。

1工程概况

本桥为1—10m钢筋混凝土框架桥，是为乌鲁木齐苏州路与北站路联络线改移后下穿乌西机务公司液化气罐车检修检验站及航油线而设。在既有线落道之前，既有线底下③、④、⑥号箱身预制顶进施工，其余现浇施工。线路采用d24型钢便梁防护，基坑底部2.5m范围垂直开挖，以上放坡开挖，以保证钢便梁挖井基础不外露。全桥共分为9节，顶程与顶力最大的为③箱身分别是：56m、1500t。 此框架桥穿越线路多、跨距长、施工工期短、施工难度大，是乌西站场改造的重点、难点工程。

2 施工方案

2.1 工作坑开挖

①基坑开挖。基坑开挖采用放坡开挖，基坑两侧按1∶1.5 的比例放坡，既有线右侧边坡开挖按 1∶0.75 放坡。

②基坑边坡支护。工作坑开挖，造成既有线路基边坡被挖除一部分，为确保路基安全，必须对边坡进行有效防护，采用挂网喷射10cm 厚混凝土的方法。

③基底加固。基坑底采取水泥浆液进行注浆处理，按设计进行孔位布置和注浆压力控制。

2.2 滑板、后背制作

2.2.1 滑板制作

工作坑开挖完成后在其中制作滑板，滑板中心线应与箱涵设计中心线一致。前端长度比箱身长1m，后端连接后背，宽度比箱身宽1m。

滑板应有足够的刚度和稳定性，用30cm 厚的C25钢筋混凝土制作，为防止涵洞顶进时滑板滑动或开裂，滑板每隔2m设一道地锚梁，地锚梁采用C20钢筋混凝土制作。为了确保涵洞在顶进过程中不出现扎头现象，滑板预制设1%的反坡。另外在滑板前端设置宽1.2m、深0.6m 的混凝土加固段，确保涵洞在顶进过程中，滑板前端不会出现被破坏的情况。滑板表面用 M10水泥砂浆顺坡抹面，确保滑板表面的平整度。

为了防止滑板与预制涵箱身底板相粘连，以及减少首次启动顶力，在滑板顶面铺设隔离层。隔离层做法如下：在干燥滑板顶面浇一层柴油、一层石腊油，厚3mm。腊油凝固后，在上面撒一层 1mm厚的滑石粉，滑石粉上再铺一层油毛毡。油毛毡接缝处压茬 0.2m并使接茬口朝路基方向，即顶进方向。

2.2.2 后背制作

后背施工：后背采用C20 片石混凝土，片石混凝土要严格按照规范要求的标准及设计的结构尺寸施工。后背梁施工：后背梁起着传递顶力的作用，将千斤顶的力传递到后背建筑物上，因此，后背梁结构必须结实坚固。后背梁采用 C30 钢筋混凝土制作，高 90cm，厚50cm，长8.6m。为了使后背梁与滑板行成整体，在后背梁内设连接滑板的连接钢筋，确保顶进时，后背梁能和滑板连成整体受力。在制作后背梁时，必须确定后背梁与预制框架涵的距离，要预留千斤顶和一块顶铁的长度。不同的千斤顶长度不一样，本涵使用的 200 T的千斤顶长度为1.5m，一块最短的顶铁长度为30cm，再考虑一些其他因素，本涵后背梁与框架涵身的距离设置为2.0m。

2.3 涵身预制

滑板制作后，在滑板上施做顶进箱涵的涵身。涵身预制的施工工艺是：安装涵身底板钢筋、立底板侧模、浇注底板、养护、立涵身内模、安装侧墙及顶板钢筋、立涵身外模、浇注侧墙及顶板、养护、拆模、施工涵身防水层。

顶进涵涵身预制不同于其他涵身浇注，特别应注意：涵身中心线、滑板中心线、顶进后涵位中心线三者共一直线；涵底前端设置船头坡，以便顶进时将高出涵底的土壤压入涵底，增加其承载力，防止扎头。

2.4 线路加固

采取24mD 型便梁进行线路加固。

2.4.1线路加固前准备工作

在开挖便梁孔桩支墩前，为了确保既有路基的稳定，在孔桩位置与既有线线路之间打设 Φ50 旧钢管桩，每端打设10根，间距为0.4m。

2.4.2 便梁支墩施工

便梁支墩基础设置：便梁支墩采用直径为1.0m 的挖孔桩。支墩孔桩布置：支墩孔桩为4根，支墩中心横向布置在距离线路中心2.2m 处。孔桩底必须低于涵洞基底1.0m。孔桩采用人工开挖，C25 钢筋混凝土灌注，孔桩灌注完毕后要等到其强度达到设计要求后才能作为承力结构。支墩孔桩桩顶标高必须严格控制。

2.4.3天窗点便梁施工

封锁点在时间上有限制，要确保既有线行车安全，应连续不断地进行作业，在施工前要据实际情况合理安排劳、材、机，精心组织。为保证在封锁点便梁施工顺利完成，可将架设钢便梁分为2个天窗点进行施工，利用第一个天窗将一片纵梁就位，另一片纵梁垫高，高出既有线枕木，给抽换枕木留出空间。第二个天窗，进行穿钢枕作业，再把另一片垫高的纵梁落下来与横梁进行连接。纵横梁安装完成以后，把纵横梁下的道碴挖除，安装其他的斜杆等联结部件，安装施工时，所有零部件上齐、拧紧。

在穿钢枕作业的过程中，需要注意，1、钢轨下垫胶板进行轨道电路绝缘，避免有关的行车电信号短路。2、插入横梁时注意对准主梁连接板，紧固扣件，垫好绝缘橡胶轨垫。

2.5 挖 土

顶进涵开挖一般采用随挖随顶。开挖施工时，施工人员应与车站值班人员加强联系，掌握列车运行情况，对线路随时进行检查养护。

基坑开挖前，在既有线路肩、边坡上打设一排P50钢轨桩，间距为0.4m，以涵洞中线对称布置，共计20根。开挖面底部不得超过预制涵身的底面。

2.6 顶 进

2.6.1顶进前的准备工作

做好顶进施工范围内的防、排水工作，增强土体稳定，尽可能避免雨季施工。检查预制涵身的混凝土强度，当混凝土强度达到 90%以上方可进行顶进施工。并在顶进前做好预制涵身的防水层施工。

施工技术准备工作主要包括对顶进前对滑板、后背混凝土质量、箱身中心线、高程复核；框架桥箱身的强度检查；对顶进设备进行检查；试顶时准备事项。

2.6.2顶进施工

顶进即是开动高压油泵，使千斤顶受产生顶力，推动箱身前进，每次的顶程，通常情况下为190~800 mm。箱身前进一个顶程后使千斤顶活塞退回，在千斤顶与既有顶铁的空隙处塞入新的顶铁顶紧，为下一次顶进做准备，重复进行上述的顶进过程，到涵身到达预定位置。

2.6.3 顶进施工中控制的重点

顶进过程中必须严格控制，以下几点需要特别注意：①涵身顶进起动后，刚开始为短距离空顶，这个阶段要掌握控制涵身顶进的轴线方向，不能产生超限偏差。②顶进涵沿正确方向顶入土体后，入土一半长度前要严格控制涵身中线、水平，及时观测纠偏；入土一半长度后，每次纠偏量要小，要避免涵身“扎头”。③顶铁、顶柱的长短搭配一致、位置一致、轴线一致。为保证顶柱的整体稳定性，隔 3~4m要在顶柱间设一道横梁，每顶柱间用方木顶紧，顶柱上填1m的土层压紧。④涵身顶进施工中必须对中线、水平安排专人进行观测，每 50cm顶程对中线及4个角的标高进行观测，避免出现顶偏及“抬头”、“扎头”现象。⑤顶进过程中要做好线路保养及防路基坍塌工作，线路加固区段两端必须派人防护，并设防护设施，加强对线路的观察，发现异常及时整修。

钢轨到位后，按规范要求加工，每根传力柱采用4根p50钢轨组装到一起， 再用20mm钢板进行固定，加工成传力柱；支撑横梁采用4根10米长p50钢轨组装到一起，再用12mm钢板进行固定，加工成支撑横梁。每间隔1.6米位置设置1个地锚梁、导向墩，在导向墩上安放扣梁，以稳固传力柱。

2.6.4箱身顶进技术参数· 顶进桥涵的顶力，应根据顶进长度、土的性质、地下水情况、桥涵外形及施工方法等因素，计算： p=k[n1f1+（n1+n2）f2+2ef3+ra] 式中： k为系数，n1为桥涵顶部荷载(包括土柱重及路面载), f1为涵顶上表面与顶上荷重的摩阻系数，此项系数与涵顶上表面的程度有关。若顶上荷重仅系线路材料时，可根据情况不同而采用下列数据：涂石蜡为0.17～0.34；涂滑石粉浆为0.30；涂机油调制的滑石粉浆为0.20；覆土较厚时用0.7～0.8；n2为涵体自重，f2为涵体底板与基底土的摩阻系数。此项系数依基底土的性质，经试验确定，无资料时采用0.7～0.8；e为箱涵两侧土压力;f3侧面摩阻系数，此项系数依基底土的性质，经试验确定，无资料时采用0.7～0.8；r为钢刃角的正面阻力。a为钢刃角的正面积。由于框架长度较大,将箱涵分段预制, 采用中间继顶法顶进, 以分散顶力。各节的顶力分配计算如下。 最前端一节的顶力: p1=( pkra )/l×l1+kra;其他节的顶力:pi=(pkra)/l×li。p－最大顶力（t） k－系数，取k＝1.2 n1－涵顶上荷载(t)。由于采用架空顶进，故该项为0； f1－涵顶部表面与顶部荷重之间的摩阻系数，取f1＝0。n2－框构自重（t）。n2＝ql＋10（t），式中q为单位长度涵身自重（t／m），l为顶进涵长（m），10（t）为机具、人群、刃角以及未能及时运走的土重等施工荷重。 f2－框构底板与基底土摩阻系数，取f2＝0.8。e－框构两侧土压力(t)。箱顶土压e1=ξγh1，箱底土压e2＝ξγh2 ，式中 ξ＝0.3，γ＝1.9t/m3，h1为轨底至箱顶高度，取h1＝1，h2为轨底至箱底高度，h2＝h1＋框构全高＝1＋h。 e＝（e1+e2）hl／2=0.285（2+h）hl(t) f3－侧面摩阻系数，取f3＝0.8。 根据计算，3#箱身设计最大顶力1500吨、顶程56米；4#箱身设计最大顶力1500吨、顶程54米；6#箱身设计最大顶力1400吨、顶程34.5米；千斤顶有效率按70%考虑。 计算： 1500吨÷70%÷200吨=3#箱身布置200吨千斤顶11台 1500吨÷70%÷200吨=4#箱身布置200吨千斤顶11台 1400吨÷70%÷200吨=6#箱身布置200吨千斤顶10台

2.7 恢复既有线路

涵身顶进就位后，及时对涵身与线路路基之间空隙进行沙砾土回填，施工翼墙，然后拆除加固防护设施。在拆除防护设施前，应保证道碴、上碴整道工具齐备，安排好抽出横梁的施工作业程序。抽出横梁，换成原有的轨枕，抽换一根随即上碴整道加固。全部横梁抽换后，对线路进行全面维修检查，确保达到正常运行的线路标准，报请运营管理部门恢复既有线路正常运行。

3安全注意事项

①顶进施工前应做好以下准备：与上级主管部门、线路管理部门审查鉴认施工方案，与线路管理部门签订好施工安全协议；到车站办理好施工封锁或慢行手续，按规定设置好防护；施工员、防护员、驻站联络员等关系行车安全的关键人员，必须经过培训考核取得合格证才能上岗；查明施工现场的隐藏设施及采取保护措施，设施管理单位负责人到场协助设施防护。

②建立顶进施工专项安全制度，设专职安全防护人员，设专职人员检查施工范围内线路，加强各工种之间协作配合，统一指挥。做好交接班工作，避免在交接不明的情况下盲目施工。

③施工人员与车站值班人员应加强联系，掌握列车运行情况，利用行车间隙，对线路进行检查养护、整道加固。

④列车通过时不得开挖及顶进作业。

4 结 语

综上所述，顶进涵洞的施工中认识到:只要根据具体的情况,技术部门制订详细、可行的施工方案;计划部门的合理安排,材料、设备的充分准备;安全部门进行切实、有效的安全防护、养护;其它有关部门进行积极配合,就能顺利的完成顶进任务,并取得良好的经济效益。

参考文献：

[1]霍连祥． 既有线顶进涵线路加固方法浅析［J］． 科技资讯，2011( 9) : 91-93．

[2] 霍连祥.既有线顶进涵线路加固方法浅析[J].科技资讯，2011，（9）.20