框架桥顶进施工工艺

樊春霞

摘要：太原市康西路下穿上兰铁路支线顶进工程，框架桥（6.5+16.0）+（16.0+6.5），宽体斜交，施工难度大，工期紧，技术要求高，本文从施工方案优化、线路加固、施工顶进、线路恢复及施工过程中遇到的难点、要点等进行了总结，对施工采用的新技术进行了归纳总结。

关键词：框架桥;顶进;施工工艺

1、工程概况

康西路K2+420~K2+860下穿上兰铁路支线，长度约0.44公里，宽51.7米。康西路顶进框架桥孔径样式为（6.5+16.0）+（16.0+6.5）m，框架桥中心线与上兰村支线的夹角为104.91度，框架桥主体长13m，框架桥净高为7.5m，顶板厚度为1.1m，底板的厚度1.2m，中墙厚0.95m，边墙厚1.1m，主体间距0.4m。设计计算最大顶力为2*2800t，顶程2*26.65m。加固线路总长度为86m，使用纵横工字钢梁及吊轨加固法。扣轨组装形式按3-5-3扣设扣轨，纵横梁采用I45b工字钢。线路加固施工前对路基进行注浆加固。

2、框架桥顶进施工工艺

施工准备→开挖工作坑→浇筑后背梁、滑板→预制框架桥→安装顶进设备→设备调试、试顶→顶进→框架桥就位→整修、恢复线路

3、线路加固施工

下穿铁路框构桥施工方法采用顶进法施工，线路加固采用3-5-3扣轨及纵横工字钢梁加固法。

（1）扣轨及纵横梁加固施工步骤

对施工场地影响范围内的树木做好移栽工作。

施工场地内铁路设施设备防护、改移。

对既有路基进行注浆加固。

待注浆加固完毕后，对线路采用3-5-3扣轨加固，钢轨接头需错开1m以上，扣轨与其下的枕木用φ22-U型螺栓联结在一起，钢轨用50kg/m轨。待扣轨加固完毕后进行路基防护桩、抗移桩、支撑桩的开挖浇筑及桩顶冠梁的浇筑。

铺设纵横梁：横梁采用Ⅰ45b工字钢，铺设间距0.55m+1.1m，接头错开不小于1.5m，横梁要垂直于线路穿入，从中间向两侧。为了降低顶进时箱涵的阻力，并使横梁牢固联结在一起，顺线路方向在线路的两侧各设置Ⅰ45b工字钢纵梁，3根一组，纵梁接头错开1.5m。纵梁、横梁工字钢采用φ22-U型螺栓联结在一起，纵梁两端支撑于旧枕木垛基座上。

线路加固时要设置防止线路横移的设施，在箱体顶板尾部每隔3米设置拉环，使用倒链和线路加固系统连接在一起，随着顶进随着拉紧倒链，桥外设地锚拉紧线路。

（2）线路加固方案

线路加固采用工字钢纵横梁加吊轨体系。纵梁采用I45b型工字钢，每股线路两侧各设置1道，另外在抗横移桩位置加布一道纵梁；横梁采用I45b型工字钢，布置间距82.5㎝，横梁采用12+6m及6+12m两种连接方式，错开接头。吊轨采用P43轨，采用3-5-3形式布置。

1）穿入枕木

给慢行点后，在2根轨枕之间穿入木枕，穿入采用“隔六穿一”方法，穿入木枕后，在木枕下方回填道碴捣固，然后再穿入下一根木枕，穿入范围满足加固长度的要求，穿入木枕后捣固密实后，再穿入相邻的木枕，如此循环，直至全部木枕穿入。

2）铺设吊轨

先将既有混凝土枕抽换成3.2m木枕。随后在轨底增添木板或胶垫板，避免出现联结零件高出线路轨面和联电。吊轨组合方式采用3-5-3扣轨型式，采用43kg/m轨，接头处距离错开1.0米以上，伸出两边桥身的边墙以外超过14米，用 U型螺栓把吊轨与下面的枕木连接在一起。

3）铺设横梁、纵梁

横梁采用I45b型工字钢，接头错开1.5m以上。框构桥顶进横梁采用18米工字钢，两座框构桥之间及框构桥外侧采用9米长工字钢，横梁的一端支承在桥体顶板顶面上，另一端支承在抗移桩的横顶梁上。横梁垂直于线路穿入，从中间向两侧。用U型螺栓加扣板连接纵梁与横梁、横梁与吊轨成为一个整体，加以固定。

铺设横梁：在枕木下先清除石碴层后穿入一根，架住扣轨梁，然后用Ｕ型螺栓及钢扣板，将横梁与吊轨联成整体。为了减少顶进桥身的阻力并减轻对桥顶的摩损，在每组横梁下铺设滑车作为滑道，具体做法是：在桥顶范围内把要安放横梁位置的道碴扒掉，抽出枕木，插入槽内，然后将工字钢放入就位，插入时应间隔进行。工字钢下放入滑车。顶进桥身时直接搭在桥身顶板上，滑车在顶板上滑行。

纵梁采用I45b型工字钢，3根一束，康西路（6.5+16.0）+（6.5+16.0）m框架桥单侧布置长度97.5m,在线路两侧各布置一道，另外在抗横移桩处增加一道纵梁。纵梁放置在横梁上方，用U型卡子连接成一整体。纵梁两端放置在枕木垛上。

4）防止线路横移的措施

桥身顶进过程中，会发生线路横向移动，为保证行车的安全，桥体顶板尾部需要设置拉环距离是3米，使用倒链把线路加固系统连接在一起，随着顶进随着拉紧倒链。同时将横梁前端与抗横移桩连接，并事先采取防止措施如下：

①线路发生横移时可以应急调整，采用每3根横梁安装一组倒链或手动葫芦，穿入滑车组。

②在顶进的前方，设有抗横移桩，并将横梁前端与抗横移桩连接牢固。

③注意在顶进过程中维修保养好线路。

5）线路的调整

在顶进过程中，由于桥身高程的变化，以及桥体顶进时带动的土体，使既有线路高程逐渐升高或逐渐降低或使左右股钢轨轨顶倾斜，从而影响到行车安全时，应及时调整：

①保养线路的主要工作内容是保持线路水平，为保持水平，在横梁底常用1-5㎝木板垫塞，以此调整线路轨顶水平。

②当线路方向不正确时，在变形段松开几个吊轨螺栓及方向不正确范围内的横向支承，使用起道机拨道。

③要随时注意对线路的观察，随时上紧松动的吊轨螺栓，出现异常情况及时进行整修。

4、框架桥顶进

（1）顶力计算

顶力计算{按桥规第2－386条（2－132）式}：

P=K[N1f1+(N1+N2)f2+2Ef3]

式中：P－最大顶力（t）。

K－系数，取K＝1.2。

N1－涵顶上荷载(t)，（采用架空顶进时，该值为0）。

f1－涵顶部表面与顶部荷重之间的摩阻系数，取f1＝0.3。

N2－自重（t）。N2＝QL＋10（t），式中Q为单位长度涵身自重（t／m），L为顶进涵长（m），10（t）为机具、人群、刃角以及未能及时运走的土重等施工荷重。

f2－底板与基底土摩阻系数，取f2＝0.8。

E－两侧土压力(t)。桥顶土压e1=ξγH1，桥底土压e2＝ξγH2，式中ξ＝0.3，γ＝1.9t/m3，H1为轨底至桥顶高度，取H1＝1，H2为轨底至桥底高度，H2＝H1＋桥全高＝1＋H。

E＝（e1+e2）HL／2=0.285（2+H）HL(t)

f3－侧面摩阻系数，取f3＝0.8。

P=K[N1f1+(N1+N2)f2+2Ef3]

（2）顶进设备

根据计算公式，求得最大顶力值，布置顶镐，从中间对称布置。同时为了顶进顺利，准备2台500吨顶镐备用。

顶镐均匀布置，出土期间，在底板与顶铁横梁之间设置汽车跑板，作为运土通道。顶进时调整顶进方向时采用增减顶镐的方式；顶柱长度要相应配套；与桥体轴线顺直安放顶镐，随着顶进更换不同的顶柱，达到最长顶柱时加一道横梁，垂直于纵向顶柱。

（3）顶进设备安装调试

顶进设备安装前，检查整个液压系统的各部位零件，确保正常后方可进行安装。安装好后，进行顶镐、油泵、油箱、管路以及配套辅助设备的调试，使其运转正常。

1）各观测点、相关部位处应设有专人负责观测，并随时注意变化。

2）开泵时当油压升高5—10Mpa时，必须停泵观察，发现异状及时处理。

3）千斤顶活塞出现开始伸出情况时，顶柱压紧后应即时停止，检查部位，一切正常后才能再开泵，到桥身慢慢启动。

（4）顶进工作程序

1）工作坑底板上框架桥在顶进时，施工流程为：

桥身与路基接触后，开始挖运土方。施工流程为：

2）在顶进过程应注意下列事项

①框架桥在滑板上进行不吃土顶进时，观查注意框架桥的水平方向，刃角一但接触土体，应快速进行挖土出土，实行日夜连续作业，使框架桥不断顶进，若由于某种原因暂时停止顶进框架桥时，也需要间隔一定时间，进行短时间短距离顶进，防止因土体阻力大导致顶进发生问题。

②顶进施工中，驻站人员发出来车指令时停止施工，待车辆通过并远离后方可进行顶进。为了保证顶进安全，桥下、线路防护人员之间设置对讲机、电铃和信号灯等设施，制定好联系方式，桥下桥上密切配合，步伐一致。

③桥身顶进时，严禁在顶柱和后背上站人，以防止受力过大，顶柱伤人。

④当顶进时发现线路横向变形，应及时纠正，并加强养护。

3）安放顶柱

①顺着顶桥轴线顺直安放顶柱，垂直于横架，每行顶柱和顶柱要与千斤顶成一直线，每行长度大致一样。

②随着顶进长度的变化，随时更换或填补不同的顶柱。为了确保顶柱的稳定受压，达到最长顶柱时设置一道横梁，使传力均匀稳定。

③和桥身底板、后背梁接触的横梁顶柱之间的间隙必须使用适当的薄铁板楔紧，用比例为1:3水泥砂浆填补灌缝，所有顶柱必须楔紧。每行顶柱松紧程度应大体一致。

4）测量工作

在顶进过程中，遵循一稿一测，更换顶铁过程中，对桥身的轴线和高程进行测量，记录偏差数据与上稿数据及原始数据进行比较。如发现桥身左右偏差、桥体前后高程偏差超现情况及时通知顶进指挥人员，采取纠偏措施。

（5）框架桥顶进及挖土

顶进前采用挖掘机开挖，装载机倒运，自卸汽车运输土方，开挖边坡不得大于1:0.75，严格按照开挖进尺短、开挖迅速、多次顶进的方法进行施工，严格控制单次土方开挖量，避免土方坍塌。

1）顶进前检查下列各项合格后，方可顶进施工。

主体结构混凝土，后背梁混凝土强度达到100%。线路加固稳定，顶进设备良好。观测人员，防护人员，通讯工具到位。

2）在顶进过程中，禁止施工人员在顶铁、钢制横梁、后背梁处停留，施工停止后方可更换顶铁。顶铁方向、顶进方向、顶镐中心线垂直于横梁方向，并保持一致。施工过程中，顶铁长度每超过5m，增加钢制横梁一道。顶进过程中开挖土方并回填至顶铁、横梁间隙中防止顶铁及横梁发生移动。

3）顶进出土由现场负责人统一指挥进行，开挖长度由技术人员及现场负责人根据土质情况而定；挖土时严禁随意超、欠挖，挖土自上而下进行，严禁从下部掏土。保持坡面平顺，随挖随顶。

4）顶进出土做到“四不挖”。

列车通过时不挖；

开镐顶进时不挖；

设备出故障时不挖；

未下达开挖命令时不挖。

（6）顶进过程中故障处理措施

1）“扎头”是框架桥顶进中较普遍出现的问题。一般可以选用的有：铺设预制钢筋混凝土板、废钢筋混凝土轨枕、浇筑速凝混凝土地梁等，根据选用的方法准备好所需要的材料。

2）顶进方向和高程的调整

①当框架桥脱离工作坑滑板时，经常出现“扎头”现象。为避免“扎头”，可以在工作坑滑板上预留坡度，使框架桥滑行过程中形成成一个上坡的趋势，还可在桥身前端底板下设置“船头坡”，在发生扎头现象时，增大顶力，使土体给框架桥向上的力，纠正扎头。

②桥身入土后，挖土断面尽量准确，均匀挖土，使坡面平顺，派专人指挥。

③桥身方向左右偏差调整的方法：

a用增减一侧千斤顶的顶力；即开或关一侧各别千斤顶阀门，以达到增加或减少顶力。如向左偏，则关闭减少右侧千斤顶，如向右侧则关闭减少左侧千斤顶。

b 用后背顶柱调整；在加换顶柱时，根据偏差的大小，将一侧顶柱楔紧，另一侧顶柱楔松或留1～3㎝的间隙。

c 框架桥体两边刃脚，可在发生偏移侧超挖。对侧少量开挖或不挖，通过该侧土体对框架桥产生横向推力来纠正方向。

d加横向支撑在桥身前端来调整；支撑一端支在桥身一边边墙上，另一端支在施工面上，顶进时使其向被顶一侧调整。

④顶进出土

顶进出土采用小型挖掘机挖土，刷坡，自卸车运土。勤挖快顶，24小时不间断施工。桥体前端两侧按其外轮廓挖到边，以免侧墙挤压扰动两侧路基土体，破坏土体稳定。运土车道设在工作坑后侧，最大坡度15%，经过顶镐处采用汽车跑板防护，后端顶柱应及时用土覆埋。桥身的顶进速度主要取决于顶进出土速度。

（7）顶进监测及防治措施

当发现桥体偏移时，可采用增减两侧顶力的方法来调整，水平方向控制与高程的偏差要及时检查调整。

1）控制抬头措施

①检查安装上的底刃脚是否向上翘起过大，侧刃脚是否向里翘起过大，通过调整刃脚的角度，调整桥身抬头现象。

②桥身两侧挖土不够宽，容易发生桥身“抬头”，两侧可适当多挖点。

③若桥身前端标高变化不大，开挖至于底板底标高即可。若“抬头”超标，可以将底刃脚土方多挖20㎝，桥身两侧开挖距离与桥身一致，并且上刃脚做到与土体不接触，在顶进施工过程中进行调整，在未达到设计标高时，依据及现场实际情况停止超挖避免桥身出现“扎头”现象。

2）控制扎头措施

①适当增加上刃脚的阻力，使得抬头力矩增加，上刃脚和中刃脚吃土量增加，侧刃脚吃土量略小于其他刃脚，底刃脚处控制挖土深度不超挖，随施工进程逐步进行调整。

②利用桥身底板处预留船头坡，以及开挖过程中预留部分土方的措施，纠正“扎头”。

③调整刃脚角度，边刃脚应增加向里翘的角度，底刃脚应增加向上翘的角度。

④工作坑底板预留4‰的仰坡。

3）控制偏斜措施

①设置导向墩，控制方向。

②顶进过程中加强对桥体方向观察，随时采用增减顶力、侧面超欠挖等方法确保方向。

5、线路恢复

框架桥顶进到位后,及时进行线路加固设施拆除，拆除完成后进行道碴补充，并进行轨面找平、拨正方向、线路养护等后续工作。

（1）框架桥顶进就位，随后马上进行恢复线路施工。

（2）就位后桥两侧土方填筑时，分层夯实，达到密实度要求，直至路基标高，桥体两侧路基衔接部分设置过渡块。

（3）桥出入口两端混凝土翼墙施工，框架桥四角路基进行注浆加固并进行拱形护坡施工。

（4）拆除工字钢横梁时，逐一抽出，并随即回填道碴，捣固整修。

参考文献：

[1]《铁路营业线施工安全管理办法》（TG/CW106-2012）；

[2]《铁路混凝土工程施工技术规程》（Q/CR9207-2017）；

[3]《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）

[4]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2014）

[5]《公路桥涵施工技术规范》（JTJ/T F50-2011）

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