框架涵架空顶进施工

郑 伟

(黑龙江哈铁工程建设有限公司，哈尔滨 150001)

架空顶进框架涵较传统路基涵洞工程具有结构性能优良、工期短、安全可靠且对既有线运营影响小、恢复快等优点。近年来，架空顶进法广泛应用，已成为既有线平改立工程首选工法，施工工艺日臻完善。全国铁路六次大提速对该工法提出了更高的要求，针对安全、工期、工后线路动、静态不平顺等问题，架空顶进工法急需进一步改进完善。

笔者先后在哈尔滨铁路的哈长线、滨洲线等多处架空顶进框架涵工程中从事施工技术工作，对架空顶进施工有了较系统、充分的认识。

1 框架涵架空顶进施工组织、注意事项

框架涵架空顶进施工组织如图1所示：

1.1 准备工作

施工前应做好充分的准备工作。

专职管理员应做好全方位计划、协调工作，组织好作业人员，明确相关责任制度、管理规定、应急方案，确保工程款项就位并有效分配。

专职技术员应收集齐全该工点水文、地质、人文、历史等情况，核实图纸是否齐全，校对设计图纸。做好相应技术交底、仪器整备工作。钢筋、混凝土组料、配合比均须试验检验合格方可采用。

专职采购、设备管理员应准备齐全相关机具、输送渠道，联络好工程所需水、电及后续材料供应渠道。检查核验机具使用状况，并做好充分的预留备用及应急机具渠道。

专职施工员应做好充分预想、准备，熟悉技术交底，确认所需机具、人员就位状况。布置作业场地，安排搭建临时房舍。

1.2 基坑开挖

基坑开挖前，应充分调查了解工地水文、地质情况。边坡坡度、基坑尺寸、支护体系、防排水措施应符合设计要求、规范要求和工作便利的需要。预备妥当，准确测量放样后即可开挖基坑。施工中要妥善保护好定位桩、基底及顶进后背土壤。挖至设计深度，做好排水工作。后续工作无法跟上则须预留一定深度待后续作业准备好再挖，而不要一次性直接挖至设计深度。超挖部分宜夯填石料或加厚滑板补齐设计深度。

1.3 滑板、隔离层制作

基坑开挖后应快速制作滑板以保证坑底土壤强度。滑板采用C20钢筋混凝土，厚20cm,视地质情况设仰坡。滑板表面应平顺、光滑，底部设防滑锚梁，防止顶进作业时滑板跟随框架移动。

润滑隔离层应采用多层组合结构，宜为3mm石蜡、1mm的滑石粉、塑料薄膜。加强保护，严防薄膜划裂及雨水浸泡隔离层。

1.4 后背制作

框架桥顶入时所需的顶力必须克服桥身重力产生于滑板上的摩阻力、周围土的摩阻力及前刃角切土时的阻力。顶力可按下式进行计算：

P=k[N1f1+(N1+N2)f2+2E f3+RA]

式中：

N1—桥涵顶面上的荷载(包括动载)；

f1—桥涵顶面与其上面荷载的摩擦系数，涵顶部喷洒石蜡加润滑油，可取0.26；

N2—桥梁重力；

f2—桥涵底面与基底土的摩擦系数，一般采用0.72；

E—桥梁两侧土压力；

f3—侧面摩擦系数，桥表面涂刷石蜡和润滑油，取0.26；

R—土壤对钢刃角正面的单位阻力，一般取1 500KPa～1 700KPa；

A—钢刃角正面的面积；

K—系数，一般取1.2。

根据上述方法计算顶力并借鉴其他顶进桥施工的成功经验，顶进后背应力争牢靠。

可选择钢筋混凝土结构后背，长宽厚视现场情况确定，宜按2∶1选取后背基础、外露比例。顶进后背后方反压夯填土加固，以增加后背支撑力。地质恶劣、后背无支撑时，可采用滑板后背一体形式，即将滑板、后背浇注成一个钢筋混凝土整体结构。然而，钢筋混凝土整体结构耗材大，完工拆除不便，预顶时，反作用力大极易崩坏。

1.5 框架预制

(1)预制框架的施工工序。

绑扎底板、下1/2边墙钢筋→立模→浇注底板、下1/2边墙混凝土→养护→绑扎上1/2边墙及顶板钢筋→立模→浇筑剩余边墙及顶板混凝土→养护→拆模→(安装钢刃脚)→制作涵身防水层。

钢筋和模板的选用、钢筋的绑扎、模板的支立均须符合设计与施工规范要求。

(2)混凝土施工。

可分两次浇注。先浇底板、1/2边墙，再浇剩余边墙和顶板。严格依照设计混凝土配合比配合材料，搅拌、输送、振捣混凝土均须严格符合规范要求。

(3)钢刃角制安。

钢刃角采用工字钢和钢板焊接组成，工字钢预先埋于混凝土内。

1.6 架空桩制作

多采用人工挖孔桩结合军用便梁(工字钢)架空轨排的方式施工。

架空材料应选择优质工字钢，并根据规范验算构件强度、挠度、梁端剪力，全部合格才能使用。

架空桩为人工挖孔灌注桩，宜使用方桩或条桩，主副桩间距尽量减小，则可作为后续八字墙施工挡土抗滑桩，稳定路基边坡。

1.7 框架顶进

框架桥架空顶进施工工序：

架空→挖土→清底→测量→开机→顶进→换顶铁→顶进、测量校正→重复顶进施工。

利用公式nkPi≥P计算出千斤顶的总台数(k为顶力利用系数，一般取0.7，Pi为单个千斤顶的设计顶力)，另考虑备用千斤顶。依前进或扭动方向均匀布置千斤顶，顶铁、框架间加插木板等柔性板保护框架。挖土必须符合规范，阶梯掘进，视现场土质按经验确定前方掘进尺度。

注意事项：

(1)规范架空过程，指派有丰富经验的专业施工员组织架空。工字钢布置均匀，支垫紧密化一，避免受力不均。架空期间线路防护员定期检查木垫胶垫是否松动，及时更换。

(2)每次开顶前及交接班时都应检查油泵等液压系统有无故障、挖土是否符合要求、顶铁安装是否合格、后背有无变形等情况。

(3)顶进过程中，箱体前进一定的顶程后，应经常检查箱体的中线和高程情况，如发现偏差及时采取措施纠正。

(4)顶进过程要密切观察传力柱和压力表读数的变化情况，如发现传力柱有弯曲、拱起等变形或压力表的读数突然增大的情况，要立即停止顶进，回油松顶查明原因。

1.8 后续施工

框架就位后，后续施工应紧跟步伐。

其工序为：填料、捣固→拆架空、养护线路→八字墙基础施工→八字墙翼墙施工→涵洞路面、挡墙→整理。

此时路基受到较严重的扰动，拆架空后填料沉降厉害，须派专人看护，组织人员轮班起道、补碴、捣固。既有线行车应限速慢行通过，待路基稳定后逐步提速。

八字墙基础开挖时易发生塌方险情，须采取一些加固措施。

2 施工过程中常见问题及处理方法

2.1 预顶不动

顶进施工前，需对框架松动预顶，可能出现预顶不动问题。强行增加顶力易造成机具设备损坏、后背崩跨等连锁反应，不利后续顶进施工。

滑板不平、隔离层损坏、框架与滑板黏结等易引发预顶不动问题。

预顶不动应采用防治结合方法处置。滑板浇筑时力争平整，纵向水平或达到防“扎头”预设好的仰坡坡度。施工中应妥善保护好隔离层，不得长期泥水浸泡。预顶不动时应注意方式方法，不可强行加大顶力，保护好后背。

宜选取框架扭矩大的位置置千斤顶(一般为框架尾部侧向置千斤顶)，扭动框架。则无需过大顶力即可达到松动目的，同时又保护了顶进后背。该法应用于海南西环线K143+370工地(成因：后背土为人工填土，支撑力不足)，成效显著。

2.2 后背崩跨

松动预顶及顶进施工时，后背不牢靠、不稳固则易引发后背崩跨问题。临时加固或重制后背影响工程进度，浪费人力、物力、财力。同时影响既有线行车，存在一定安全隐患。

后方支撑力不足，强行松动预顶、顶力超标、受力不均等原因导致顶进后背崩跨。

顶进施工过程中后背位移幅度大时，应采取一些加固措施。如布置钢轨桩、枕木、木桩、反压土方等。

2.3 顶进偏向及低、抬头

顶进施工时，框架偏向、“扎头”、“抬头”，无法达到预期位置，影响工程质量、工期。尤其是“扎头”问题，易导致框架进退两难，处理起来极其困难。

顶进时受力不均、地质不均、作业不当引发顶进偏向、“扎头”、“抬头”问题。

顶进偏向、“扎头”、“抬头”问题也应采取防治结合方法处置。

施工前，收集工点区域充分完整的地质水文资料；多次预想假设，对可能出现的偏向、“扎头”、“抬头”提前警视预防，可预设坡度防“扎头”。

顶进施工时，专职技术员实时测量计算，监控框架运动状况，及时提醒专职操作员。专职操作员按技术员要求操作液压千斤顶顶进框架。

发现偏向时应及时施加偏心扭矩纠正框架前进方向；发现轻微“抬头”现象时，及时要求掘土作业人员适当调整掘土底面深度；发现轻微“扎头”现象时，采用反压土、斜插钢板等方法抬高框架前方底面高程。“扎头”明显时则需紧急处理，框架前方赶制斜向支撑滑坡。混凝土凝固时间长不宜采用。枕木取材便利，价廉质优，适合“扎头”抢险，然而枕木摩擦系数过大，需布置滑轨。框架前方横铺枕木成斜坡(抬高量略大于“扎头”程度：剩余就位距离)，并在枕木上分布纵向滑轨，填土夯实缝隙。如图3所示：

该方法被采用于海南西环线K154+185(5m×4.5m)框架涵顶进施工抢险作业(成因：雨水充沛，当地黎民阻工，致框架前方土质长期雨水浸泡松软)。经济、快速、有效，框架就位良好，未影响既有线行车。

3 工后线路动、静态不平顺问题探讨

框架涵架空顶进施工工后线路存在较严重动、静态不平顺问题。该问题难以处理，给养路部门带来极大的负担。主要成因有：

(1)施工扰动了既有线路基，填料工后沉降大，易陷坑，致线路静态不平顺。

(2)等同路桥过渡段问题，涵身及涵侧路基刚度不一致，线路动态不平顺。

(3)施工一定程度上破坏了原有路基排、隔水系统，涵侧路基含水量过高。冬季涵内通风，涵侧温度低于原路基，易出现涵侧冻胀现象；雨季则易“翻浆冒泥”。

参照秦沈客运专线路桥过渡段处理方法，框架涵施工拆架空前涵侧宜采用粗粒级配料填筑的方法处理，填料一般为级配碎石加水泥，形成一个简易的过渡段。同时设置2道横向盲沟、4个竖向渗流井。盲沟与框架平行，渗流井设置在路基两侧，井底设渗水管引入涵洞排水系统。拆架空后勤监测、养护，快速恢复线路。如图4所示。

4 结语

架空顶进施工特点在于架空钢轨、顶进法施工、施工同时不间断行车。这就意味着我们必须巧妙组织，安全、保质保量、快速地完成施工任务。施工过程中，行车干扰影响极大，处置不当则易出现不可估量的后果。因此，须规范施工，高度警惕，快速妥善处理问题，不留遗患。

[1]铁路工务手册(桥涵)[M].北京：中国铁道出版社，1992.

[2]铁路工务安全规则(铁运[2006]177号)[M].北京：中国铁道出版社，2006.

[3]客货共线铁路桥涵工程施工技术指南(TZ203-2008)[M].北京：中国铁道出版社，2010.