南水北调中铝铁路框架桥顶进施工方案

□张俊飞（河南省水利电力对外有限公司）

□吕保生（河南省水利建筑安装公司）

1.前言

南水北调中线工程焦作2段中铝外环道改线铁路框架桥工程，设计架空中铝既有铁路四股道（中铝进厂上下行线、煤气站线、运输部线），采用2～7.5m钢筋混凝土框架桥下穿铁路，框架桥正交设计、顶进法施工。框架桥主体结构垂直铁路方向26m，采用C40钢筋混凝土，结构净宽每孔7.5m、净高6.0m，顶板、底板、边墙及中墙厚度均为0.6m，计划工期150d。框架桥施工方案分为箱体预制、线路架空、顶进施工及附属工程4个部分。

2.箱体预制

框架桥交叉处铁路为东西方向、框架桥为南北方向，施工场地选择在铁路南侧外环道路上施工；施工工序为：基坑开挖→滑板施工→后背制作→箱体预制→防水层施工。

2.1 基坑开挖

根据现场地形和地质情况，首先布置工作基坑（32m×22m），基坑的宽度以框架总宽度各侧加宽2.0m为原则。在箱体底板前端预留1.0m空顶长度，以备启动后调整顶进方向或设备故障问题；在底板后端预留4.0m用来布置后背、顶镐等顶进设备。基坑开挖采用人工配合挖掘机开挖，基坑内和基坑顶部四周均设置排水设施。为了避免机械对基底产生扰动、破坏地基承载力，当机械开挖至基底以上20～30cm时停止开挖，由人工清理。

2.2 滑板施工

基坑验收合格后，人工开挖纵、横抗滑槽，滑板混凝土浇筑时按设计要求预留导向墩钢筋、一次浇筑成型。为了防止箱体顶进时出现“扎头”现象，滑板需做成沿顶进方向0.5%的上坡；滑板隔离层，采用喷涂石蜡机油、滑石粉并加铺一层塑料薄膜的方法制作，塑料薄膜要求铺设平整。

2.3 后背制作

后背制作要深入滑板顶面下3.0m，利用开挖后的原状土为基础满铺枕木，枕木前竖向铺设I50a工字钢，采用三片I50a工字钢配合钢丝绳横向加固，确保后背有足够的强度、刚度及稳定性。

2.4 箱体预制

框架桥箱体在铁路南侧整体预制，混凝土浇筑分两次施工，先浇筑底板，再浇筑边墙、中墙和顶板。采用大块钢模组合拼装模板，钢管脚手架满堂支撑，对拉杆固定边墙模板；混凝土浇筑采用混凝土泵车灌注入仓，插入式振动棒振捣。混凝土浇筑完成后，应在初凝开始后尽快覆盖、养护，拆模时间要根据同条件试件强度确定，特别是顶板混凝土要达到设计强度的75%后方可拆除模板。

2.5 防水层施工

防水层的基层要求平整、清洁、干燥，不得有空鼓、松动、浮碴和油污；防水层施工应严格按照设计和操作规程，做到不开裂、不起鼓、不渗漏，表面坡度平顺、排水通畅。

3.线路架空

线路架空施工采用纵、横抬梁法，以横抬梁受力为主，纵梁受力为辅；架空支点以挖孔桩为主，混凝土支墩为辅。施工工序为：挖孔桩施工→架空准备→架设纵梁→穿入横梁→线路加固。

3.1 挖孔桩施工

挖孔桩施工首先要收集铁路地下管线资料，施工时先挖探沟，查明地下光缆、电缆情况后方可开挖，并按规定设置防护措施、安全施工。设计要求布置18个挖孔桩（其中4个兼做路基防护桩），挖孔桩直径1.25m（不含护壁），桩身采用C30钢筋混凝土，护壁采用C30快干钢筋混凝土，护壁每节长1.0m、厚12.5cm，桩顶设1.7m×1.7m×0.5m钢筋混凝土承台。采用人工挖孔的方法，护筒高出原地面0.5m；护壁每米浇注一次，严格控制进尺、不得超挖；挖孔桩验收合格后，分节吊装桩身钢筋笼，浇筑桩身混凝土，随后施工桩顶承台。

3.2 架空准备

线路架空施工需在慢行（45km/h）条件下进行，待支点挖孔桩混凝土强度达到设计强度的100%后，方可进行线路架空。线路架空采用纵、横梁联合架空体系，线路架空一次完成。充分准备架空使用的纵梁工字钢、横抬梁工字钢、连接螺栓、绝缘胶垫、道碴、枕木等材料和线路养护机具，同时对施工人员进行技术交底和安全教育。

3.3 架设纵梁

纵梁运至施工现场，用2台50t吊车利用封锁点分片进行吊装，纵向用拼接板等强度连接，及时用螺栓将支点处横抬梁与纵梁连接，保证纵梁稳定。纵梁连接后，用起道机（或液压千斤顶）调整纵梁标高，支点设在挖孔桩和混凝土支墩上，支点处用橡胶垫（或硬木板）垫实，施工中严禁纵梁侵限。

3.4 穿入横梁

横抬梁采用单根I56C工字钢,间距0.6m布置，为保证线路水平，穿横梁采用“隔一穿一”的方法。人工清除架空地段内道碴，横抬梁到位后与纵梁连接；横梁与钢轨间加设绝缘大胶垫，避免轨道联电；纵、横梁连接用φ22高强度双帽螺栓。

3.5 线路加固

控制轨距和轨道高程并加固线路，使纵、横梁及线路形成整体结构，及时紧固连接构件及垫木，确保线路不变形。在架空地段钢轨外侧每隔1.0m设置一对10cm×10cm的方木，水平支承于主梁下腹部和基本轨的外腹部,确保枕木稳固以保持轨距；在钢轨和横梁间垫绝缘胶垫（或硬木板）来调整线路的高差，控制轨道高程以利行车。

4.顶进施工

箱体顶进之前必须严格执行各项管理制度，精心组织、统一指挥，以便开顶后连续作业；同时作好应急预案，现场备足防汛、铁路抢修等物资，防止汛期施工出现意外情况、确保行车安全。在箱体后侧设立测量观测站，随时掌握箱体顶进方向和水平偏差。施工工序为：顶力计算及传力设备配备→箱体试顶→路基开挖→箱体顶进→恢复线路。

4.1 顶力计算及传力设备配备

框架桥箱体及防水层保护层混凝土合计860m3,框构自重约2170t，经过计算最大顶力为2602t；顶进设备选用320t顶镐（顶程36.88m）12台（另备用3台），配备顶柱500m。顶铁采用钢板和旧钢轨焊接制成，按长度分50/100/200/400cm四种，每种规格按顶镐数量配备。

4.2 箱体试顶

箱体试顶前需要检查后背承载能力、框架与滑板分离是否顺利，以及主体结构的混凝土强度、防水层及防护层的制作，检查顶进设备及线路状况，以及现场照明、液压系统安装及试验结果，检查施工要点、应急预案准备情况等。

顶进设备调试完毕后即可试顶，顶进作业时人员分工要明确，油压每升高一次要稳定几分钟。当油压升高到5～10MPa时需停机观察，如发现异常及时处理；而后再开泵，千斤顶活塞伸出使顶铁受力，待顶铁顶紧后立即停机再次详细检查，若无异常可再开泵，直至箱体启动。试顶完毕后及时检查滑板是否脱离、后背有无裂纹、顶柱配备是否合理，如无异常情况方可正式顶进施工。

4.3 路基开挖

铁路路基开挖需要挖掘机与自卸汽车配合，挖土顶进时应遵守快挖、少挖、勤顶的原则，机械挖土预留20cm由人工清底，确保不超挖和减少对地基的扰动。挖土过程中如遇到孤石、混凝土等障碍物要清理彻底，清理后对地基进行妥善处理，防止框架受力集中而发生开裂。

4.4 箱体顶进

箱体顶进要求在慢行条件下利用行车间隙进行，挖土与顶进作业循环进行，每前进一顶程即要切换油路，并将顶镐活塞拉回原位，补放短顶铁、更换长顶铁，安放横梁。在顶进过程中，施工负责人要及时掌握顶进设备油压、顶柱和后背变化，根据箱体轴线和高程的观测数据及时纠正箱体左右偏差及“抬头、扎头”的现象。

当箱体顶进至第一道架空纵梁后需将架空设备放在框架顶面，顶进过程中逐步拆除影响顶进的挖孔桩，同时增加临时支点保证架空体系安全。在框架顶面支点上平铺1000mm×40mm×30mm四氟板两块上下相对，用来传递工字钢所承受的荷载，通过四氟板的滑动配合箱体顶进、直至箱体顶进就位。每次破除挖孔桩之前，都要在箱体前端顶面与横梁间搭设一处滚杠滑动钢支墩支点（支点位置与挖孔桩对应，支点强度满足替代挖孔桩），以确保行车安全。

4.5 恢复线路

箱体就位后采用级配碎石回填框架两侧路基、补充箱体顶面道碴，对框架桥进行加固后即可拆除架空线路，同时按线路维护要求全面养护，尽快恢复既有线路、解除慢行。架空线路拆除先拆横梁后拆纵梁，横梁拆除按“隔六抽一法”循环进行，从一端开始逐根进行，每抽一根立即回填道碴，并捣固密实；纵梁拆除要利用封锁点进行，配备2台50t吊车分片进行拆除。

5.附属工程

框架桥主体施工完成后，即可施工八字墙、沉降缝、泄水管、人行道等附属工程。

6.结语

铁路框架桥顶进法施工工序多、工艺复杂、技术要求高，且受环境因素影响较大，通过对本工程施工方案、工艺流程的总结，对顶进法施工重点、难点的分析和探讨，为提高框架桥顶进施工技术提供了参考。线路架空体系是工程进度和质量的安全保障，应在实践中引起高度重视。