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铁路既有线下顶进桥涵施工徐 桥 一 车 间周 庭既有线桥涵顶进施工工艺周 庭（徐州工务段徐一桥梁车间）摘要:既有线桥涵顶进施工,是解决施工与运输相互干扰和保证行车、施工安全的重要措施。为保证既有线桥涵顶进施工的工程质量及今后运用,提出了工作坑选择开挖、箱体制作、线路加固及顶进注意事项的施工方法。 关键词:桥涵施工;既有线路;顶进作业;施工工艺引 言当公路必须从既有铁路路基下通过时，对既有线采取必要的加固措施后，可采取顶入法施工通道桥涵。桥涵顶进施工的基本原理：桥涵顶进施工的基本方法是在路基外侧开挖工作坑，在坑内修建后背、砌筑滑板、铺设隔离层、灌注箱体，待箱体养护达到设计强度时，用千斤顶、顶铁（柱）等设备借助后背墙反力推进箱体前进，当箱体与既有路基接触后，开始挖运箱体断面以内的路基土，千斤顶完成一个顶程后，收回顶杆，接长顶铁，再继续顶进、挖土、顶进，如此反复作业，直致驱使箱身逐步移位到设计位置为止。顶进施工示意图见图1，施工流程见图2。路基轨道箱体设计位置滑板箱体顶铁千斤顶后背墙图1 桥涵顶进施工示意图降水开挖工作坑修建后背墙砌筑滑板铺设隔离层预制箱体养护安装顶进设备申请列车慢行计划顶进箱体线路防护加固线路挖运基土接长顶铁高程、位置控制箱身就位恢复线路拆除后背墙、做八字墙验 交放线图2 桥涵顶进施工流程图一、顶进施工准备1.1施工前应根据设计文件提出的施工方案结合现场情况、工期要求、工程量大小、机具设备情况选择合理的顶进方法，并应对顶进地点的工程地质、水文地质、埋置管路、电缆及其他障碍物等进行调查，制定顶进方案，编制实施性施工组织设计，进行现场测量，搞好“三通一平”。1.2桥涵顶进作业应将地下水位降至基底以下0. 51. 0m ,使工作面保持干燥无水。常用的降水方法有排水沟、集水井、射流降水和真空泵降水等几种。降水工作应在工作坑施工前进行,并同时做好工作坑周围地表水的防排工作。桥涵顶进施工应尽量避开预计施工，必须在雨季施工时应做好防洪及防雨排水工作。二、顶进工作坑和后背墙施工2.1顶进工作坑位置选择及施工2.1.1工作坑是预制和顶进桥涵的工作基地。顶进工作坑位置应根据现场地形、土质、结构物尺寸及施工组织需要，在保证排水和安全的前提下,尽量减少挖填土数量,并且缩短顶进长度。工作坑边缘距铁路应有足够的安全距离。工作坑应按箱身设计尺寸和标高、后背大小及工作净空决定。箱身底板前留适当的空顶长度。后背与箱身之间留安装顶进设备的空地。箱两侧根据结构、模板支撑方法、排水等预留适当宽度。工作坑的有效长度L和宽度B 用下式计算:：L = l + a + c + dB = b + 2e式中:L 为工作坑长度 mB 为工作坑宽度 m l 为箱涵长度 ma 为滑板伸出桥涵身长度及排水沟宽度,一般取1. 2 m ;c 为千斤顶长度和两片横梁高度之和, 另加0. 1 m调整空间;d 为工作坑宽度 mb 为箱身宽度 me 为滑板伸出箱身宽度及排水沟宽度,或搭立板脚手杆宽度 m2.1.2工作坑开挖前,其范围内的地上、地下障碍物应处理完毕。桥涵设计中线桩、工作坑的定位控制桩、标准水准点等必须经过复测,确认无误,加以保护。工作坑两侧边坡视土质情况确定坡比,靠铁路路基一侧的边坡保持缓于1 :1。工作坑底标高要严格依照顶进标高要求开挖，同时对开挖的路基边坡进行防护。在施工区域内挖临时性排水沟。工作坑底应密实平整,并有足够的承载力,如地基承载力不足,应予以加固。2.2 工作坑滑板的施工2.2.1工作坑滑板的施工原则：工作坑滑板中心线与桥涵中心线一致；具有足够的强度、刚度和稳定性，表面平整以减少顶进时的阻。2.2.2 工作坑滑板的施工方法：底板中线与框架中线一致,长度前端比框架长100cm ,后端与后背相联,两侧各宽60cm 。底板采用150# 混凝土现场浇注,下面设有碎石垫层10 cm ,为了避免在顶进时桥涵与滑板一起滑动，通常在滑板下设置几道扛滑横梁（浇注底板时每隔2. 5m设一宽20 cm 、深40 cm的地锚梁），滑板施工完毕后在其顶面上铺设润滑层与隔离层。为防止顶进时出现扎头现象,底板可做成3仰坡（前高后低）。滑板顶面平整度要求2m范围内凹凸不平差不超过5mm 。为消除框架启动后及空顶阶段的方向偏差,在底板两侧设方向墩,其构造可为钢筋混凝土或短钢轨。钢筋混凝土方向墩应深入滑板以下5080 cm ;外露部分在滑板以上约1015 cm。2.2.3润滑层与隔离层 润滑层一半用机油、石蜡和滑石粉；隔离层用塑料薄膜、油毡,其做法为:当工作坑底板顶面干燥后,先浇机油、然后浇一层石蜡油,厚约3mm 。（浇洒时,可在底板长度方向每米挂一道10 号铅丝,作为石蜡油厚度的浇洒标准,每浇完一格用木板刮平，铅丝拆出后的槽痕,用喷打烤平。）石蜡凝固后,撒一层1. 0mm厚的滑石粉,接着铺上一层塑料薄膜（隔离层铺设塑料薄膜效果比较好）,并使接茬口朝顶进方向。另外，再桥涵底板钢筋帮扎及混凝土振捣时严防隔离层及润滑层被破坏而造成滑板粘连。2.3 后背墙施工2.3.1后背墙施工的原则 顶入桥涵的后背，应根据现场条件、地质材料设备情况及强度、稳定性的要求，选择经济合理安全的形式，一般可选用板桩式（钢板桩或型钢）、重力式或拼装式等，对所需顶力小的顶管亦可采用原土后背：重力式后背墙的设计与施工可按一般砌体或混凝土挡墙进行，但应考虑桥涵顶入时所承受的反力，并使土体的静土压力线与顶力作用线一致；板桩式后背墙一般按顶端锚碇板桩进行设计，可根据地形、地貌及设备情况采用埋桩或打桩，但必须使千斤顶的施力点与墙后被动土压力的合力点一致；当发生最大顶力时，保持板墙稳定；与滑板联为整体的后背，其设计项力应从桥涵的最大顶力减去滑板的抗滑力。2.3.2后背墙的强度计算顶入前 后背应承受其后填土的水平推力 主动土压力 顶入时板桩式后背由桩后土的水平抗力 被动土压力 承受全部千斤顶的顶力 重力式后背则由结构自重与土的摩擦力及前刃角切土的阻力 顶力可按下式进行计算:P=kN1f1+(N1+N2)f2+2Ef3+RA式中：P最大顶力,KN；N1桥涵顶面上的荷载（包括线路加固材料重力），KN；f1桥涵顶面与其上荷载的磨擦系数，由试验确定；无试验资料时，可视顶上润滑处理情况，采用下列数值：涂石腊为0.170.34，涂滑石粉浆为0.30,涂机油调制的滑石粉浆为0.20,覆盖土较厚时用0.7 0.8;N2桥涵自重，KN；f2桥涵底面与基底土的摩擦系数，由试验确定，无试验资料时,视基底土的性质可采用0.70.8;E桥涵两侧土压力，KN；f3侧面摩擦系数，由试验确定，无试验资料时，视土的性质可采用0.70.8;R土壤对钢刃角正面的单位面积阻力，由试验确定。无试验资料时，视刃角构造、挖土方法、土的性质可采用：细粒土为500 550kPa; 粗粒土为15001700kPa;A钢刃角正面积，m2；k系数，一半采用1.2。2.3.3后背墙施工注意事项 为减轻顶进时对后背的压力，施工时可将滑板与后背墙整体浇注。通常做法是再滑板内设置一定数量的钢筋以承受拉盈利，并将这些钢筋深入后背梁内焊接锚固，墙背填土应分层夯实压密，以保证填土内摩擦角大于30。后背施工时应严格控制圬工砌筑质量，确保圬工的强度；钢轨桩后背钢轨应打入到设计深度。后背梁安装顶入采用横顶铁时，应使接触面保持垂直，不得有空隙，并须垂直于桥涵中线。另外，在施工中有时因地质情况表不佳，后背强度不够而需要加固时，可打钢轨桩进行加强处理（见图3），如果后背不牢靠，不仅影响顶进质量，甚至不能保证继续顶进到位而出现质量事故。图3 后背墙钢轨桩加固图三、桥涵预制3.1 钢筋加工及安装3.1.1 钢筋表面处理 钢筋表面的油渍、污渍、铁锈，应清除干净。钢筋弯制中发现开裂、脆断、回弹等异常现象应及时找出原因并加以处理。3.1.2 焊接焊接应采用闪光对焊。钢筋接头应设置在钢筋承受应力较小处,按设计和规范要求错开布置,闪光对焊接头在受弯构件的受拉区,同一截面不得超过50 % ,在受压区可不受限制。钢筋接头应避开在钢筋弯曲处,距弯曲点不小于10d（钢筋直径）,也不得位于最大弯矩处。 3.1.3 绑扎绑扎按设计要求并牢固控制钢筋位置,用直径0. 71. 2 (22 #18# ) mm的铁丝,按逐点改变绕丝方向八字形 交错扎结,或按双对角钱十字形方式扎结。为了加强钢筋骨架刚度及便于绑扎定位,绑扎时在底、顶板的上下层钢筋间每m2加设一根 16 的板凳筋。3.2 保护层保护层应符合设计图纸规定。钢筋与模板间应用与混凝土同等级的水泥砂浆块分散支垫。3.3 模板安装 框架立模应采用组合钢模板,接缝间镶嵌海绵条及粘贴封口胶进行防漏处理。框内支架采用6060 cm间距满堂钢管脚手架排列支撑。钢架每1. 2m高纵向、横向水平连接加固。管端安装可调节头,调节撑紧内模。边墙模板外侧用钢管纵向设每米1 根,水平方向每1. 2m设两根一道用钢管斜撑加固,模板安装时使刚架前端保持正误差,后端保持负误差,以利顶进,严禁出现前小后大的倒楔形（施工时可将两侧墙前端保持10mm的正偏差，后端保持10mm负偏差，以减小顶入阻力）。边墙模板每隔1m横向、纵向设置1根10 拉杆,并用同等混凝土强度的撑条撑紧,保证设计尺寸。3.4 框架预制3.4.1 测量定位 在工作坑底板上预制钢筋混凝土箱身,首先做好测量定位工作,使箱身、工作滑板和立交桥三者的中心线在同一条直线上。并在底板前端设船头坡,减少顶进阻力。3.4.2 施工程序框架预制施工程序见图4所示。在预制钢架时,刚架墙柱的施工缝不得在同一水平面上,上下错开不得小于0. 5m ,施工缝按规范要求处理。三孔连续刚架顶板灌注混凝土时要求连续进行,施工时宜从各孔跨中对称向墙柱处顺序浇注,最后合拢于各墙顶。模板加工测量放线安装底模绑扎底板钢筋钢筋弯制灌底板混凝土安装内模板养护绑扎侧墙及顶板钢筋安装外模板灌侧墙及顶板拆 模做防水层养护图4 框架预制工艺流程图3.4.3 混凝土养护混凝土浇筑12 h 内用湿麻布或草帘遮盖,并经常浇水。每天浇水次数以能保持混凝土表面经常湿润状态为准。混凝土的浇水养护时间随气温而异,在常温下1525 不得少于7 昼夜,干燥炎热天时应增加养护时间7 昼夜左右；冬季施工应采取防冻抗冻措施。3.4.4 防水层 顶入桥涵前宜在外表面喷涂石腊或其它润滑剂，以减小顶入阻力；顶板上设计有防水层时，应先铺设防水层，并在其上浇筑一层C20级混凝土保护层，然后在保护层上喷涂石腊或其它润滑剂，并在边墙两侧涂放水材料。3.5 顶管用钢筋混凝土圆管，其直径不宜小于1.5m管长一节不小于2.0m，管节宜在工厂预制；预制分节顶入桥涵时，每节桥涵的端面必须垂直于桥涵轴线；处于常年地下水位以下，以顶入法施工的通道桥涵,应用防水混凝土本体防水。四、线路加固4.1在桥涵顶进施工中，为确保既有线的行车安全和施工安全，必须进行线路加固。对线路的加固方式有加设吊轨、扣轨、横抬梁、钢轨束梁法、工字钢束梁法及D型便梁加固。结合我单位实际情况，现多采用D型便梁对既有线进行加固。4.1.1 D型施工便梁的特点及原理：D型施工便梁(简称“便梁”)是用在铁路既有线上施工时,加固线路、使线路轨道结构保持正常的几何形位,确保铁路线路正常运营而架设的临时结构,相当于一种桥梁结构。常用于既有线上的桥涵顶进和路基病害整治施工中。D型施工便梁分为D12, D16、D20, D24等四种型号,跨度分别为12.06m、16.08m、20.1m、24.12m,由纵梁、横梁、斜杆及连接配件组成。适用于在既有铁路线路或站场的桥涵施工中加固线路,保持既有线路的正常运营,确保行车安全。在不中断行车的情况下,利用它进行桥涵的开挖和施工,具有运输和拆装方便的优点。采用D型施工便梁进行线路加固的基本原理是:在桥位处既有线路两侧构筑便梁临时支撑,临时支撑达到设计强度后安装D型施工便梁,列车在便梁加固的既有线路上限速45km/h慢行,然后进行线下箱桥顶进施工。箱桥顶进就位后,拆除便梁,修复线路,列车恢复常速运行。4.1.2 D型施工便梁加固线路的优点：根据以往施工经验,框构孔径较大,顶上无覆土时,一般采用吊轨配合纵横抬梁加固线路,此种方法对大孔径箱体来说,难于保证线路的横向稳定,且挠度较大,混凝土枕要全部抽换成木枕,“u”型扣件数量大、种类多,并且抽换混凝土枕工作量大。线路加固工作量繁重复杂,既不经济也不安全。为了减少在顶进过程中线路变形,更好地保证既有线路的施工安全,结合现有的线路加固设备,线路采用“低高度便梁加固”的加固形式。采用便梁加固线路施工,设计限速可达60km/h,工艺所需设备简便,工艺简单,可使用于各种地质情况,应用地势条件不受限制,能够确保既有线在顶进立交桥施工中的行车安全,箱涵主体的质量容易控制,同时解决了超高型箱涵顶进时的线路加固问题。五、框架顶进5.1 准备工作 顶进作业开始前应组织有关人员,全面检查顶进前必须做好的准备工作。如检查箱身混凝土强度 必须达到设计强度 、线路加固情况,各项准备工作经检查无误后,方可进行正式顶进作业。5.2 试顶对框架进行试顶作业,试顶工作以顶动箱身为止。试顶完后经全面检查,如各部位情况均属良好,便可进行正式的顶进作业。5.3顶进作业施工要点：顶进法的传力设备，如顶铁、顶柱和横梁可采用铸铁或型钢焊接而成；顶柱亦可采用钢筋混凝土制作（现我单位施工时顶铁多为钢轨焊接而成）。安装顶铁时应与顶力一致，并与横梁垂直。顶程较长时，顶柱与横梁应用螺栓固定。5.4方向和高程调整在顶进中,箱涵有可能会产生偏心,因此要在顶进中随时进行纠偏调整,确保顶进方向正确。通过油顶增减单侧顶力来实现桥身左右方向的调整,用开挖底面调整纠正桥身“扎头” 或“抬头”。在一侧刚架顶进就位以后,另一侧的刚架顶进更要加强方向观测,确保刚架合拢就位误差在允许范围之内。5.5顶进作业时的注意事项5.5.1桥涵顶入前的准备工作：检查照明、顶入、排水设施安装情况，并试运转；会同有关部门对加固的线路进行验收；统一顶进作业指挥信号；作好观测准备。5.5.2桥涵顶入挖土时应注意：挖土工作必须与观测紧密配合，根据偏差情况随时改变挖土方法；顶进作业在列车间隙进行，列车通过时严禁挖土顶进，施工人员应离开土坡1m以外，发现有危险的塌方影响行车安全时，应迅速组织抢修加固。5.5.3顶管施工应在工作坑内安装导轨 以保持管节顶入方向和坡度 导轨材料必须顺直 安装时应牢固并严格控制高程、内距和中心线，导轨高程及内距允许偏差为2mm, 中心线允许偏差为3mm，管节外径距枕木面不得小于20mm。首节管节安放在导轨上，应测量其中线和前后端高程,合格后方可顶入。 5.5.4为了保证安全,应设置专业人员对列车作业下路基纵横方向的边坡及施工区的情况进行监控,保证施工人员及机具安全,并派专人经常检查线路加固措施、各部连接螺栓,发现松动移位及时紧固纠正。5.5.5顶进作业时要严格观测线路几何尺寸并做好记录，高温季节施工应做好防胀措施。六、顶进过程中可能出现的问题及处理措施6.1 后背变形过大,开裂、破坏 后背墙虽是桥涵顶进中的临时设施,但确是整个桥涵顶进施工的重要组成部分,后背的施工质量好坏对桥涵顶进施工顺利与否关系极大。当在顶进中发现桥涵不前进,后背压缩位移,或纵向传力柱向上隆起外崩,这都是后背破坏的征兆。对于在顶进过程中发生的后背破坏,要制作二次后背或根据实际情况打钢轨桩进行加固,在试顶时发生的后背破坏,要拆除进行加固。6.2 桥涵顶进线路发生横移在桥涵顶进过程中,如发生线路横移,用千斤顶整体抬起线路,加强横梁支撑,并迅速挖掉中间支点桩周围土体,消除土体对桩的侧压力。6.3 桥涵底板与滑板粘连当发生滑板粘连时,要把桥涵端部底板的两角挖开,放置千斤顶顶起桥涵,然后继续顶进桥涵,使桥涵与滑板脱离。6.4桥涵扎头桥涵顶进扎头分为顶进过程中和顶进就位后, 桥涵顶进扎头分为顶进过程中和顶进就位后, 如果在顶进过程中出现扎头,通常做法是在滑板前端设过渡段,换填砂卵石、泥结碎石,或打入挤实桩, 以增强滑板前端土壤承载力减少“扎头”。“扎头” 较严重时可在“船头坡”下铺垫混凝土预制板抬坡顶进,或将地基超挖20cm30 cm , 然后回填碎石并铺砂取