江海高速公路下穿新长铁路顶推施工工艺

周伟 陈功 刘世同

1 工程简介

江都至海安高速公路是江苏省高速公路网规划“五纵九横五联”中“横三”的重要组成部分。高速公路主线桩号K87+450～K88+210段落下穿新长铁路,全长760 m(包括箱体及引道)。道路中心线与新长线交点公路里程K87+814.812,铁路里程K346+235.312。箱体采用预制顶进的方式进行施工,顶板厚0.95 m,底板厚1 m,侧墙厚0.95 m,上梗肋尺寸1 m×0.35 m,下梗肋尺寸0.3 m×0.15 m;两孔箱身相互分离,中间设0.1 m的沉降缝。工程所处地区地质条件不佳,施工地段所处位置为低洼的水塘及农田,土体含水量大,承载力及土体的粘结力低,基坑开挖极易造成塌方;箱体单箱重量3 357 t,箱体施工定位精度要求高,顶进过程中控制难度大。

2 施工方案

2.1 总体施工顺序及规划

总体施工顺序为:首先进行临时设施建设、场地平整、基坑开挖及顶进箱体预制等,同时在顶进涵预制及养生阶段做好箱体顶进的准备工作,即线路的加固、高压旋喷等工作;既有线路下方箱涵顶进就位后,同时现浇剩余两节箱涵,并做好三角区回填;最后进行线路恢复、护轮轨安装及附属工程的施工。

2.2 高压旋喷桩施工

本工程桩基数量为424根,φ 50 cm,桩长18 m,在线路两侧各两排呈直线形布置。高压旋喷桩施工在线路边坡坡脚进行,桩顶标高为箱体设计底标高,在施工时桩头超打1 m,保证成桩质量。旋喷桩施工钻孔采用旋转式钻机,单管旋喷注浆加固,注浆前全面检查注浆设备与材料,拌浆操作人员严格按配方配料,正式注浆后连续作业,保证成桩质量,相邻桩体的作业间隔时间不应少于48 h,间距不小于1.5 m,根据设计桩为密打直线形布置的情况,现场采用间隔跳打法施工。

2.3 基坑降水、工作坑排水

1)基坑降水。工作坑开挖前对基坑进行降排水处理,对工作坑范围内进行清淤,施工便道及加工场地范围进行清淤后换填。降水采取以深井降水为主,局部采用轻型井点降水的方法。开挖前在工作坑的外侧按一定间距设置深井,开挖后根据深井降水效果考虑是否设置轻型井点。箱体顶进阶段在线路另一侧增设深井。2)工作坑排水。工作坑外侧设置河塘截水围堰,工作坑内部设置排水沟及集水井。在工作坑的四个拐角设置集水井,集水井中积水通过水泵向附近水塘排水,派专人对坑进行抽水,确保坑内干燥。

2.4 开挖方式

1)基坑开挖。工作坑土方采用机械挖土,提前布置深井降水。根据设计图纸及现场地质情况,挖土深5.6 m左右,路基侧作用边坡大于1∶1.5,后靠侧采用拉森钢板桩支护,边侧采用1∶1.5放坡。2)顶进时线路下方土方开挖。当箱体强度达到设计及规范要求、线路加固完毕后立即进行顶进施工,箱体顶进24 h连续作业,确保最短时间内完成箱涵顶进。为防止路基塌方,两侧根据土质适当放坡。线路下方土体开挖采用机械进行,人工配合,挖土时严禁超挖,列车通过时停止一切作业,设专人24 h对便梁支座及线路边坡进行观测及防护。

2.5 滑板及后靠制作

2.5.1 滑板制作

滑板设置采用20 cm厚的C20混凝土面层,10 cm厚碎石垫层;为增加滑床板与基坑底的摩擦力,在滑板内设置间距为4 m的防爬锚梁,尺寸为0.4 m×0.2 m,滑板内设置钢筋网,防止顶进过程中滑板开裂。

2.5.2 后靠

后靠制作采用钢筋混凝土分配梁结合拉森板桩及后靠配重压土而成。后靠分配梁采用C20钢筋混凝土制作;其截面尺寸为1.5 m×2 m,分配梁与滑板连接成整体,其底标高在滑板顶面以下0.5 m。

1)顶力计算公式:

其中,P为最大顶力,kN;N1为桥涵顶部荷载,取值为0 kN;N2为桥涵箱身自重,顶进段按 15 m长箱体计算,取值15 176 kN;f1为桥涵顶部表面与顶部荷载之间的摩阻系数;f2为箱身底部与基底土的摩阻系数,取0.7;f3为侧面摩阻系数,一般取0(由于采用全断面开挖,边挖边顶的施工方法,可不考虑侧面摩擦力);E为箱身两侧土压力,kN;RA为钢刃角正面阻力,取0;K为系数,取1.2摩擦系数。

2)后靠验算。箱涵最大顶力P=12 748 kN,桩后土压力作用高度H=h+y=7.2 m,钢板桩后填土被动土压力:

2.6 箱体制作

1)箱体分节制作。因箱身较长(33.18 m),自重大(约 3 357 t),桥址所在地地质情况差,地下水位高,顶进施工较易产生“扎头”,就位偏差大等现象,为确保箱体准确就位,分三节制作。首先于线路东侧开挖工作坑预制顶进段箱体(长度15 m),顶进到位后在线路两侧现浇两节长度为9.09 m的箱体。三节箱涵间接缝采用埋设钢销剪、PE1橡胶止水带,缝内填充聚乙烯低发泡填充板,内侧塞RS弹性密封膏,外墙贴外贴式止水带。2)混凝土工程。采用商品混凝土,箱涵分两次浇筑,第一次浇筑箱身底板;第二次浇筑箱身边墙及顶板混凝土。框架预制完成并达一定强度后,可进行防水层制作。框架顶防水层采用TQF-Ⅰ型,为氯化聚乙烯防水卷材、聚氨酯防水涂料及钢纤维混凝土保护层共同构成。

2.7 线路加固

箱体顶进前做好线路加固:首先采用2组D16型便梁、1组D24型便梁临时加固线路,同时施工三处便梁基础钻孔桩及钢筋混凝土条形基础,此时便梁支墩采用简易支座,D16型便梁相对于条形基础居中架设,D24型便梁偏向长兴侧;第二步进行新沂侧箱体顶进,该侧箱涵顶进时线路采用2组D16型便梁,1组D24型便梁加固,D24型便梁架设在钻孔桩及条形基础上,两侧各采用1组D16型便梁联架;第三步进行长兴侧的箱体顶进,该侧箱涵顶进采用,1组D24型便梁,1组D16型便梁加固线路,其中D24型便梁一端架设在就位后的箱涵顶部,另一端架设在条形基础上,同时采用1组D16型便梁联架,见图1～图3。

线路加固共设置三处钻孔桩及条形基础便梁支墩。条形基础尺寸为18 m×3 m×2 m,每个条形基础下方设4根φ 1.0 m钻孔桩,桩长36 m。便梁架设至线路恢复阶段,线路设置慢行防护,铁路行车限速45 km/h。

2.8 箱体顶进

箱体分三节制作,采用顶入法施工,箱体长15 m。先顶进新沂侧箱体,再顶进长兴侧箱体。最大顶力为15 176 kN,配备200 t千斤顶。配备数量为:N=P/200/0.7=11台。为防止箱涵顶进出现扎头现象,滑床板施工时沿顶进方向设置1%上坡。

完成顶进设备安装后,进行试顶工作,以顶动箱身为止,试顶时加强箱身中线、水平和纵向位移的观察,同时还要注意观察后背和底板的变化。顶进作业开始前全面检查箱身混凝土设计强度、线路加固情况、后靠、现场照明和液压系统及试验情况、记录人员的组织和仪器装置、施工人员与铁路行车单位的联系情况。上述工作经检查完备后,方可试顶,使箱身与底板分离。当试顶检查一切正常后,即可进行正式顶进作业。

3 经验

1)高速公路下穿铁路施工,施工方案组织复杂,协调工作量大,必须精心准备,周密计划,充分协调,才能确保施工顺利开展、铁路行车安全。2)择优选定施工能力强、经验丰富的专业施工队伍,配备具有施工经验,责任心强,胜任岗位的专业管理人员及数量足够、类型适用、状况良好的施工设备,是确保施工质量的前提。3)后靠验算、顶进前对箱身设计强度、线路加固情况、照明和液压系统试验情况、与铁路行车单位联系等各项工作的检查以及后续试顶工作,是确保顶进施工质量的重要环节。