框构桥下穿朔黄铁路施工顶进过程控制研究

李 齐

（朔黄铁路发展有限责任公司，河北 肃宁 062350）

1 工程概况

朔黄铁路为国家I级双线电气重载铁路，本工程位于朔黄铁路安国站内，铁路里程K359+247，公路里程 K0+971.6。桥址处线路为平坡，大致为东西走向，顶进穿越铁路五股道，股道线间距为5.1、8.5、5.0、5.3m，两侧路肩宽为5m。道路与铁路相交处采用下穿框构桥的形式通过，框构桥中心线与铁路中心线交角90°，框构桥孔跨2-13m，铁路轨底至顶板最小距离0.8m，结构总高8.9m，结构净高7.0m，结构总宽28.7m，结构全长71.42m，中、边墙及顶板厚度0.9m，底板厚度1.0m。框构桥共分四节，长度分别为7.0、46.3、8.0、10.0m，既有铁路路基下为顶进段，其他段为现浇。顶进段分两节，顶进方向从南到北，前后节分别长24.3、22m，前后节分别顶进58.2、60.17m。顶进时为防止前后节错位，在前后节相对位置处设钢轨插销。

2 框构桥施工顶进总体工艺流程

施工工作坑设于下行南侧，框构桥由南向北单向顶进。

地质调查表明施工区域无地表径流，地质构造稳定。顶进前浇筑抗横移桩及支撑桩，采用3-5-3吊轨梁和纵挑横抬法方式进行线路加固；顶进采用中继间顶进的方式；顶进就位后，框架两侧墙外超挖部分采用混凝土浇筑，并进行注浆固化，加固路基，两侧浇筑完毕后拆除扣轨恢复线路。同时，为确保线路及施工安全和运量要求，在施工期间对列车限速45km。

关于顶进施工前的准备工作、线路加固及顶进完成后的恢复线路工作本文不再做详细的论述，主要介绍顶进方法及顶进过程控制研究。

3 框构桥顶进

3.1 受力计算

根据顶力计算公式：P=K〔N1f1+ （N1+N2）f2+2Ef3+RA〕（不考虑刃角阻力）求得前后节的框构顶力分别为：

前节最大顶力：

P=1.3* 〔200*0.3+ （100+4247.6）*0.8+2*591.66*0.8+19.58〕 =5855.61t。

后节最大顶力：

P=1.3* 〔200*0.3+ （100+4454）*0.8+2*597.09*0.8〕 =6056.11t。

3.2 顶进设备安装

根据桥体最大顶力计算，配备2台110kw高压油泵，采用BJ500t千斤顶，此千斤顶有效顶力为350吨，需配备顶镐40台，中继间20台，桥体顶进侧20台，前后节对称布置，两侧各10台，另准备2台备用。顶铁采用全圆铸钢顶铁且安装顺直无歪曲。

3.3 顶进前测量准备

《普速铁路桥隧建筑物修理规则》规定：桥涵顶进一端顶进时，中线误差为±200mm，高程误差为顶程1%，但偏高不得超150mm，偏低不得超200mm。此外为保证顶进时测量工作顺利进行，需引入测量轴线及水准点。

顶进前将地面框构桥中心桩引入工作坑的侧壁和测量平台上，作为顶进的测量基线；将地面上的临时准点引入工作坑底不易碰撞的地方，作为顶进过程高程测量的临时水准点。

3.4 试顶及空顶

正式顶进之前，要对桥体进行试顶以确保设备及桥体正常。试顶时顶力不能过大，一般为桥体自重的0.8～1.2倍，试顶开始时应逐渐加压，不能突然增大，且每升压一次要稳定几分钟，确保滑板、后背、顶进设备及桥体正常后才能继续试顶。

顶进过程分空顶及吃土顶进，本次顶进施工空顶10m，吃土顶进50.17m，试顶结束后对桥体进行空顶，进行空顶作业时应严格控制桥体顶进方向，防止桥体偏离中心线从而为吃土顶进带来难度。在刃角到达线路边坡外侧且将要吃土时表明空顶作业完成。

3.5 顶进作业

顶进作业采用吃土顶进的方式，吃土顶进是本次施工最重要的的环节，所以在每次顶进前都要对设备、桥体及线路状况做全面检查，确认一切正常后方可继续顶进。在完成一个顶进过程后，需人工配合吊车增换顶铁、顶柱后再继续进行顶进，如此循环往复直至顶进就位。顶进作业要遵守 “四不顶”制度，即：列车通过时不顶、后背变倾斜或严重变形时不顶、顶铁发现扭曲时不顶、顶进超过偏差范围且无措施时不顶。

每次顶进完成后应立即组织人员机械进行挖土作业，顶进框构基坑内采用挖掘机、装载机轮流作业的施工方法，汽车外运作业。每次开挖顶进长度不超过0.5m，开挖面坡度不大于1：0.5，挖土作业过程中开挖面边坡应平顺整齐，不得有反坡。对两侧机械不易触及的地方，必须由人工按外轮廓挖到边，以免侧墙挤压两侧路基土体破坏稳定。当开挖至预先浇筑的支撑桩时，应先进行破桩作业，由上至下对支撑桩进行破除，破除作业完成后方可继续开挖。挖土作业需遵守 “四不挖”制度，即：列车通过时不开挖、桥体顶进时不开挖、发生塌方现象时不开挖、机械发生故障时不开挖。

挖土作业必须与顶进作业紧密结合，每顶完一镐，需对桥体的中线、高程、顶程及油压等数据进行测量和记录，做好交底工作，随时根据顶进的偏差情况改进挖土方法，调整千斤顶布置。

4 顶进过程的状态控制

在顶进过程中，要随时对顶进过程的状态进行了解，要严格控制桥体的方向及高程偏差，防止出现 “扎 （抬）头”现象。当出现 “扎 （抬）头”现象及方向偏差时，应及时采取纠偏措施。

4.1 防 “扎头”措施：

①加强观测及时校正。每顶一镐观测一次，进行方向和标高测量，及时掌握框构在顶进时的高程变化，为箱体前端土方的超挖、欠挖做出准确判断；

②根据高程变化情况，开挖时控制地基面的坡度，尽可能不破坏坡面原状土，严禁超挖后再回填；

③减少顶进前端的附加重量对高程的影响，及时运出土方，机械作业完毕后及时退出框构；

④滑板施工时，滑板顶面预留2‰的仰坡，以升制降；

⑤在预制箱体前端设置5%的船头坡，顶进时船头坡产生向上的作用力；

⑥出现扎头趋势时，顶进时让底板前端侧刃角上部全部吃土，使土的阻力作用点上移产生抬头力矩；

⑦减少全断面挖土量，强制顶进；

⑧顶板上下减少挖土面积；

4.2 出现 “扎头”时的纠偏措施：

①因土质松软造成扎头，可在底板前端换铺片石或碎石，必要时浇筑混凝土地梁，以增强底板前端土壤承载力，减少扎头。

②在刃角、底板前适当增加欠挖面积后强制顶进。

③将地基超挖20-30cm，回填碎石铺砂取平，在砂面上铺垫混凝土预制板，板面高出箱底3-5cm，作为仰坡顶进。

4.3 防 “抬头”措施：

①减小侧刃角及底板吃土量或者箱体前端增加配重等来制止箱体抬头；

②挖土宽度不够易造成抬头现象，可适当在桥体两侧多挖一些土。

4.4 出现 “抬头”时纠偏措施：

主要采取底板超挖来解决，超挖量根据抬头大小确定。采用超挖对抬头现象纠偏时，路基要做好加固措施保证路基安全。

4.5 方向偏差及纠偏措施：

在滑板上顶进桥体时，由于滑板与桥体摩擦系数较小，顶进时容易产生力矩从而引起方向上的偏差；在桥体进入路基土体后，由于阻力变化同样产生力矩造成顶进时的方向偏差。当方向出现偏差时，可采取以下措施：

①采用边墙不同挖土进行纠偏，如偏向黄骅港方，可对黄骅港方边墙土体欠挖，朔州方土体超挖，反之亦然，超挖量控制在10cm。

②调整左右侧顶镐数量或左右侧顶镐不同步启动等方式纠偏。

③当框构走行方向偏差较大时采取减小顶程，增加调整次数的方式进行纠偏。

5 顶进时其它注意事项

由于采用中继间顶进法，吃土顶进时，中继间钢板容易因受力不均发生变形，所以中继间钢板的加固必须牢固。具体加固方法可采用贯穿式加固法，即用水钻打穿边墙后穿入长螺栓将钢板与边墙连接在一起。在顶进时，要随时观察钢板情况，一旦出现问题立即停止作业对钢板进行处理。

桥体前后节由钢轨插销连接，在顶进时，应观察钢轨插销是否有变形、断裂、脱出等情况发生，如有发生应立即停止顶进作业并进行处理。

桥体合拢前应对中继间处的顶板及边墙做防水处理；桥体顶进到位后应对桥体边墙外侧进行混凝土浇筑及注浆等措施以确保线路稳定。

顶进施工作业中，对可能出现的各种突发状况做好应急预案。

6 结语

朔黄铁路是重载线，行车密度大，轴重大，这对本次框构桥体顶进施工提出了新的要求。编制施工预案时，要将施工对运输的影响做到最低，且要保证施工时线路的稳定，做好各项安全规章的卡控，避免安全事故的发生。本次顶进施工的顺利完工，为以后同类工程施工积累了经验。