下穿铁路路基顶进框架桥方案是基于顶进法衍生的方案,以其优越性在涉铁项目中广泛应用。
该方案的技术雏形源于国外顶进施工技术的探索。1957 年德国在奥芬堡市的铁路线下,顶进了小型盒式钢筋混凝土框架人行通道,后续还创新施工方式构筑成框架桥式地下通道,成为该方案的早期实践。
之后英国在 1960 年采用激光制导推进方向并开发机械挖掘方式,日本在 1976 – 1977 年先后开发 URT 工法、PCR 工法,不断优化下穿铁路顶进施工的结构设计与技术手段,为框架桥顶进方案提供了多样技术参考。
我国于 1966 年由天津市政工程部门首次采用顶进法施工立交箱涵地道桥,通过先顶进箱型桥墩、再顶进桥面板的方式完成施工,这是国内下穿铁路路基顶进框架桥方案的早期应用。20 世纪 70 年代后,该方案开始广泛推广,施工形式从单孔、双孔顶进逐步发展出分离式多孔等多种形式,设备和工艺也不断改良,适配国内不同地质与铁路工况。
下穿顶进框架桥方案优点如下:
1.保障铁路运营安全
施工时可通过工字钢横抬纵挑等线路加固方式支撑轨道荷载,无需中断铁路行车,仅需在列车通过时短暂暂停顶进,能最大程度降低对铁路运输连续性的影响,避免传统开挖施工导致的铁路停运或大规模改道问题。
2.施工高效且成本可控
框架桥主体可在铁路一侧提前预制,待混凝土强度达标后再整体顶进,减少现场现浇作业的长周期等待。同时施工中土方挖填量大幅减少,还可通过对顶、拉顶等改良方式降低设备功率损耗,既缩短了施工周期,又节省了人工、材料及铁路改道等额外成本。
3.适配性强且安全性高
该方案适用于粘性土、砂土、卵石等多种地质条件,能应对不同跨度、斜交角度的下穿铁路需求。顶进前可对路基注浆固化,顶进中借助激光定位等技术监控位移和应力,配合滑板减阻、前端刃角导向等设计,有效避免路基沉降和框架桥偏移,保障施工过程与建成后的结构稳定性。
4.对周边影响小
施工工作面集中,无需大面积开挖,能减少对周边地表植被、建筑物的破坏。且施工过程中无明显噪音污染,土方作业量少也降低了扬尘和水土流失风险,契合城市及近郊等人口密集区域的施工环保要求。
一、铁路路基顶进框架桥方案要点
1)线路加固
线路加固采用D24施工钢便梁,以方便施工和保证铁路运营安全,钢便梁下每端设2根直径2.0m挖孔桩。钢便梁两端顶进影响范围采用工字钢及P50钢轨组成的纵、横抬梁加固铁路线路。
铁路路基防护应在框架顶进坑开挖前实施,边坡防护兼做顶进坑支护,框架端部不另做翼墙。铁路框架桥进口及出口方向均设Φ1.2m~Φ2.0m挖孔桩作为顶进坑的支护桩,桩顶设置冠梁。框架顶进完成后,支护桩作为框架端部翼墙。
2)框架顶力
根据框架桥的最大设计顶力选择相应的卧式千斤顶型号,并考虑多台备用千斤顶。
3)工作坑及后背
在开挖工作坑前应先进行后背桩施工,后背桩采用直径Φ1.2m冲孔桩,桩间距1.4m。后背梁采用不等厚C30钢筋砼,上设齿板并与滑板分开现浇。
4)滑板
滑板采用50cm厚C30钢筋砼结构,滑板顶设0.3%的顺坡,采用涂石蜡和黄油作为隔离层,以降低框架顶进时底板的摩阻力。为防止框架顶进时带动滑板滑动,在滑板下设置横向锚梁。为控制顶进方向,在滑板两侧设置导向墩。
5)框架顶具
传力柱采用C30砼,截面尺寸为50cm×50cm,长度分别为1.0m、2.0m和4.0m三种。横梁采用工字钢与旧钢轨组拼,也可根据施工单位现有设备选用。
6)井点降水
为保证工作坑的稳定,增强基底承载力,防止顶进时框架下沉,使顶进工作顺利进行,顶进桥梁施工前,应布置抽水井点。
二、施工方法
1)施工准备
工作坑施工前应先进行铁路设备的迁移改造保护等、路基开挖,然后开始工作坑开挖及防护。
2)施工程序
框架桥的顶进施工程序如下:
铁路路基加固防护——挖孔桩、支护桩施工——架设D24便梁、轨束梁等轨道加固、基坑开挖、排水处理——后背、滑板基底处理——浇筑后背、滑板——浇筑主体框架——安装顶进设备——地基处理、顶进——框架就位。
按上述程序施工完所有框架后,拆除轨道加固设备、恢复桥上设施,进行其他附属工程施工。
对铁路信号灯及其他通信电缆检查井进行迁改还建。

三、施工注意事项
1)确保施工质量是工程的关键,施工工艺和质量检查标准,除设计有特别要求外,必须按现行《铁路技术管理规程》、《铁路工务规则》、《铁路桥涵施工规范》、《铁路桥涵工程质量检验评定标准》等有关规范、规定办理,并从严控制。
2)施工单位应根据现场实际情况另行编制实施性加固施工方案,以作实际施工用。
3)各种材料成品和半成品质量均应严格按现行规范要求进行检验和试验。
4)混凝土施工:
①各部分截面应尽量一次浇筑完成,浇筑方式应认真研究确定,为防止混凝土开裂和棱边碰损,应待混凝土强度达到设计混凝土强度等级的70%后方可拆模。
②混凝土颜色应全桥保持一致,外露部分宜尽可能采用同一厂家同一品种的水泥,模板应采取措施确保表面光滑平整。
③混凝土配合比应通过试验确定,确保混凝土强度满足设计要求。
④混凝土养护要求保温、保湿、防晒、尽量减少收缩、温差的影响。
⑤应严格按现行施工技术规范要求,采取有效措施控制混凝土水化热,严防裂缝发生。
⑥应严格控制截面尺寸,施工误差应限制在施工规范容许的偏差范围之内。
⑦图中标高均未考虑支架的变形,对它们产生的弹性变形和非弹性变形,施工中应通过设预拱度予以消除。
⑧框架混凝土强度须达到100%设计强度后方可顶进施工。
⑨浇筑框架混凝土时可分两阶段施工,先浇筑底板至边墙下梗肋顶部,但施工缝不得在同一高度。当底板混凝土达到设计强度的70%后,再浇筑边墙及顶部混凝土。边墙施工缝应预埋连接短钢筋,并凿毛、清洗干净,先涂水泥浆再浇注后续混凝土。
5)施工前须结合道路平、纵断面资料,核实有关坐标、里程、标高(包括桥前后两端及桥中心点轨底标高)、道路与铁路夹角等数据。
6)顶进框架前端底板底部须设船头坡。可在钢筋绑扎前用1:30的楔形木块以塑料薄膜包裹后放在底板前端,待混凝土拆模时掏出即可。
7)在临时钢便梁与钢轨间须加设橡胶绝缘垫,以防轨道电路漏电而威胁行车安全。
8)各施工机械、设备和连接零部件等均不得侵入建筑限界。加固后吊轨顶面不得高出基本轨轨面25mm。
9)为防止轧头现象,除在框架底板前端预留船头坡、滑板顶面预留坡度外,在顶进过程中须随时测量底板标高,要求没顶一镐测量一次,以便随时检查框架轴线和标高,据以及时调整顶进方向和前端挖土深度。出现抬头时底板下超挖土(抬头量较大时,可超挖20~30cm的深度,宽度和箱身同宽),出现轧头时底板下少挖土。
10)在正式顶进前,必须先试顶,以检查顶进设备、后背、滑板及框架本身有无异常。若有异常时,须及时采取措施予以解决。
11)为防止顶进过程中左右误差,可采用侧墙处挖土调整,使一侧超挖,另一侧少挖或不挖,以形成一个抵抗力矩来调整。若纠偏不明显时,可在顶进各阶段采用变换两侧千斤顶位置、顶力与不同挖土等措施共同纠偏。
12)在框架底板尾部及后背梁施顶处,须加设钢垫板,以承受局部压力,并应在灌注混凝土钱预留螺栓孔位置。
13)在施工期间,要求列车以45Km/h限速慢行。
14)施工顶进应利用列车运行的间隙进行,严禁在列车通过时顶进箱身、挖土及开动卷扬机等操作,以防不测。
15)顶进时顶铁上严禁站人,并应注意观测顶铁的受力情况,以防顶铁崩出伤人。
16)框架就位后,应对框架表面进行必要的处理,将预留槽、孔用同标号混凝土补平,并将预埋螺栓等切除,使框架表面平整。
17)框架顶端墙与框架内人行道基座在框架预制时不浇筑,但需注意预埋筋埋入框架主体内,框架内放置人行道板的牛腿应在框架预制时一并浇筑。
18)施工单位应在施工前制定一套切实、完善的安全保障措施,以确保施工期间轨道路基、列车及人身安全。
19)施工期间应注意做好相关设备和各种管线的迁移、保护工作。
20)施工期间应加强与相邻车站和道口的联系,建立必要的施工制度和严格的作业程序,统一调度指挥。
(原文转自《特种桥梁》微信公众号)