浅谈下穿既有线箱涵顶进施工要点

席雷

摘要：

道路是现代化城市的血脉，随着我国经济的快速发展，城市化规模的不断扩大，公路网和铁路网建设复杂有序、纵横交织，但是公路和铁路是两种相对独立的运输体系，发展初期采用的平面交叉效率低且安全性差，尤其不能满足繁忙干线的运输要求，为了提高交通运输效率，促进城市协调发展，下穿箱涵或上跨桥梁的立体交叉，逐步取代平面交叉成为公路和铁路交叉道口的主要形式。其中，新建或改建下穿既有铁路线箱涵交叉道口，需要在充分保证既有铁路线运营正常的情况下，选择有效措施来完成箱涵的顶进施工。

关键词：立体交叉、既有铁路线、箱涵顶进

一、施工工艺流程概述

下穿既有线箱涵顶进前期施工，根据空间布局可以分为两大主要施工内容：既有铁路线加固和箱涵预制，两大施工内容配备相应的施工班组独立平行作业，然后通过预制箱涵的顶进实现道口立体交叉，对既有铁路线进行恢复后完成移交。其施工工艺流程如下图所示：

下穿既有线箱涵顶进施工工艺流程图

二、施工操作要点分析

2.1 顶进工作坑围护和开挖施工

本阶段施工的主要内容有工作坑围护、降排水、开挖、监测等。顶进工作坑需要根据工作坑的开挖深度、地质和水文条件等因素，确定周边围护结构的类型，一般采用钻孔桩、钢板桩围护，地质条件较好、空间充分的情况下也可以采用大开挖施工。对于水量丰富地区，需在围护外设置高压旋喷桩或水泥搅拌桩止水帷幕。

顶进工作坑的降排水系统在前期要做好规划布局，根据施工场地和施工作业的安排，考虑施工地区的水量、土的渗水条件、内外围水系来设置降排水系统。降排水系统有三个注意要点：一是充分利用外围的排水网络，二是内部范围排水设施做到有序可靠，三是在雨季期间要有一定的防洪防汛物资储备。

围护和降水达到要求后，顶进工作坑方可进行开挖。开挖过程中根据运土通道的需要，采用分区域、分层开挖可以提高挖土施工的效率。工作坑开挖要注意基底标高的测量和复核，避免出现超挖和欠挖。

顶进工作坑的监测工作是完善施工控制的要点。沉降、位移观测点应埋设在牢固位置，并注意通视条件。监测内容的重点是由施工降水和开挖造成的既铁路线路基变形、工作坑围护位移、周边建筑物和构筑物的沉降等。其中，对铁路路基的监测更是重中之重，需做到监测及时有效、风险可查可控，确保既有铁路线的安全。

2.2 顶进工作坑滑板及后背施工

滑板及后背施工前，在基坑内设置排水沟和集水井，充分做好排水措施，并利用集水井将基坑内的渗水抽除后，方可进行滑板及后背的施工作业。

滑板底部应设置地锚梁，地锚梁纵横成井字形布置，以增加滑板与基坑底的锚固力，地锚梁及滑板需要有足够的配筋率，以增加滑板强度，避免滑板出现断裂。为了保证顶进时框架能顺利起动、减小顶进阻力，滑板混凝土顶面要有良好的平整度，并设置油毛毡润滑层。一般情况下，箱体顶进较容易发生“低头”且较难处理，可预先通过滑板设置一定程度的纵向仰坡，但坡度不宜过大。

2.3 线路施工作业

涉铁工程施工最重要的是要保证铁路营业线的行车安全，目前铁路营业线安全管理形势越来越严谨，施工作业前应积极与有关单位、部门协调联系，充分做好各项准备工作，施工过程中应严格遵守路局相关规章制度，服从相关单位、部门的监管，严禁触犯安全红线。

（1）必须对管理人员及施工作业人员进行铁路营业线施工专项安全教育培训，安全员、防护员、联络员、带班人员等必须做到持证上岗。

（2）在施工现场需布设视频监控系统、列车接近报警系统和工程机械作业声光预警装置，人员和机械作业必须要有专职防护。

（3）接受线路相关单位交底，对施工范围内管线进行探挖，配合做好铁路设备管线的迁改和防护。

（4）在路基边坡、条基支墩、便梁等位置，按要求布设观测点，制定详细的监测方案，进行系统全面、全过程的监测，特别是在挖土顶进阶段，应加强监测，发现异常情况，需及时汇报处理。

（5）线路施工过程中，经常检查便梁状态，重点对联结、绝缘、接地、限位等装置进行检查和维护，确保线路加固安全可靠。

（6）建立并严格执行“巡养防”制度，安排“巡养防”队伍，明确检查内容，对施工地段线路进行巡查和养护，消除线路安全隐患、确保线路行车安全。

（7）线路施工作业过程中，应防止人员、材料、工器具等侵限，施工作业完成后做到“工完料尽”，避免留下安全隐患。

2.4 箱涵预制及顶进施工

2.4.1 箱涵预制施工

箱涵预制前应对箱身位置精确放样，在复核无误后方可进行箱涵的预制施工。箱体分两次浇筑，第一次浇筑箱体底板和边墙倒角，第二次浇筑边墙及顶板。浇筑边墙时，为振捣充分，也避免压力过大出现涨模、爆模，边墙混凝土应分层进行浇筑，并留有一定的时间间隔，待下层混凝土初凝后再次浇筑。在箱体的前端底板下设置“船头坡”、边墙侧设置刃脚，便于后期箱涵的顶进控制。

在箱体预制施工中，外侧支架及内部满堂支架的搭设应为安全防控的要点，支架构配件应具备相应的证明资料，并经过检查合格后方能准许进场，支架搭设完成后应进行验收挂牌，并做好日常的检查维护工作。

2.4.2 箱涵顶进施工

预制箱涵、防水及附属结构施工完毕，混凝土强度达到设计要求后即可准备预制箱涵的顶进施工。

（1）计算最大顶力。根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》，最大顶力的计算方法如下：

——最大顶力，kN；

——框架箱的顶上荷载(包括线路加固材料重量)（kN）；

——框架箱顶面与顶上荷载的摩擦系数，视顶上润滑处理经试验确定；无试验资料时可采用以下数值：涂石蜡0.17～0.34，涂滑石粉0.3，涂机油调制的滑石粉浆0.2，覆土较厚时0.7～0.8；

——框架箱自重（kN）；

——框架箱底与基底土的摩擦系数，视基底土性质由试验确定，无试验资料时开采用0.7～0.8；

——框架箱两侧土压力（kN）；

——侧面摩擦系数, 视土的性质由试验确定，无试验资料时开采用0.7～0.8；

——钢刃脚正面阻力,视刃脚构造、挖土方法、土的性质经试验确定；无试验资料时可采用：砂黏土为500～550kPa；卵石土为1500～1700kPa；

——钢刃脚正面积（ ）;

——安全系数,应采用1.2。

（2）顶进设备安装调试。顶进施工需要根据计算出的最大顶力来配备顶进设备。顶进设备分为液压系统和传力设备，在安装前需要对顶进设备进行检查，主要检查油泵、油管、管道接头、千斤顶、仪表、顶铁或传力柱等是否齐备完好，油压千斤顶要检查液压元件的质量状况，必要时进行压力和密封性试验，避免在顶进过程中出现问题。对顶进设备检查完毕后进行安装和调试，全面检查液压系统工作性能是否正常，检查油管接头是否有漏油现象，设定油量压力表安全值，调整油量压力并且缓慢逐步加大油压推动箱身进行试顶，试顶过程中加强观测顶进设备、箱涵、后背等的情况变化，发现异状及时处理，测定出起动推力。试顶完成后还要进行一次全面的检查，如各部位情况均属良好，方可进行正式的顶进作业。

（3）箱涵顶进作业流程。顶进作业开始前要组织有关人员，再次全面检查确定线路的加固情况、顶进设备的安装及调试情况、电力及现场照明情况、监测准备情况、与铁路相关单位的联系协调情况等。箱涵顶进作业的一个循环如下：高压油泵工作使千斤顶产生顶力，推动箱身前进，每一个顶程通常为750mm～1000mm，一个顶程结束后，使千斤顶的活塞回复原位，在空档处填塞顶铁或更换传力柱，以待下次开顶。

2.4.3 箱涵顶进施工纠偏措施及注意事项

（1）箱涵左右偏差的调整方法：

1）箱身在空顶阶段最容易发生左右方向偏差，对于平行并列的横向多孔箱涵，边孔箱涵可利用导向墩进行调控；内侧箱涵可以在边孔顶进后设置导向墩进行调控，在顶进箱涵头部未与已顶进就位箱涵交错前，需调整箱涵头部的顶进趋势，稍微增大顶进箱涵头部与已就位箱涵的缝隙，避免在顶进过程中与已就位箱涵发生侧向摩擦甚至相撞，在顶进一定深度后通过单侧切土顶进，调整与已就位箱涵间的缝隙。

2）通过增减一侧千斤顶的顶力来调整箱身左右偏差；即在出现偏差时打开或关闭一侧部分千斤顶，增加或减少千斤顶顶力来调整箱身左右偏差。例如箱身向左偏，即关闭减少右侧千斤顶，箱身向右偏则反之操作。

3）通过顶铁（传力柱）调整箱身左右偏差；在加换顶铁时，可根据偏差情况，将一侧顶铁加塞薄板，另一侧顶铁留缝，通过调整顶力的传导实现箱身的纠偏。例如箱身向左偏，则将左侧顶铁加塞薄板、右侧顶铁预留间隙，开顶后则左侧先受力顶进。纠偏调整时应加强监测并摸索掌握规律性，同时注意箱身受力不均时产生的变化状况。

4）箱身前端两侧刃脚前，可通过在一侧超挖土，另一侧少挖土或不挖来调整箱身方向。例如箱身前端向左偏，即在右侧刃脚前适当超挖，左侧保持刃脚吃土顶进，通过两侧土压力差而达到纠偏的目的。

（2）箱涵“抬头”的调整方法：

一般考虑到箱涵顶进后土的压缩，在顶进过程中底部开挖面会稍高于箱底设计标高。当箱身“抬头”量不大时，可把开挖面挖到与箱底面平；当箱身“抬头”量较大时，则在底板前超挖，但超挖长度和深度不应过大，宽度与箱身相同，在顶进中逐步调整，接近设计高程时，应停止超挖避免造成箱身“扎头”。

（3）箱涵“低头”的调整方法：

箱涵顶进开始时，首先是在工作坑滑板上滑进，当箱身前端顶出底板大概1/3后，由于箱身自重，造成底板下基底土的压缩，箱身开始 “低头”；在箱身重心逐步移出工作坑底板后，“低头”会更加明显；当箱身继续前进，尾部脱离底板前后，往往箱尾会出现下沉，使坡度逐渐回升，然后比较平稳地前进，直至顶进就位。在顶进过程中，必须加强观测，发现偏差及时校正，避免出现过大的“低头”后难以调整。顶进过程中可采用下面方法对箱体“低头”进行校正纠偏：

1）箱身前端底板设置“船头坡”，当出现“低头”时，加大箱身底板前端的土方欠挖量，造成一个上坡的趋势。

2）基底土壤松软时，可提前通过换填碎石，打入短木桩、砂桩、高压旋喷桩等方法加固地基，增加地基承载力。

3）在顶进施工前接长滑板，能较为有效的提高对箱涵顶进的过程控制，但应该注意接长滑板必须要有足够的强度，并与原滑板连接牢靠，避免接长滑板出现断裂给顶进施工控制带来困难。

（4）箱涵顶进施工注意事项

1）液压千斤顶以及顶铁（传力柱）的布设应保证顶进合力作用线与道路中线平行，并与箱身阻力的作用线重合。

2）顶进过程中，前方的挖土作业要与顶进作业同步，严禁超前长距离和大断面挖土，一是能尽可能确保线路路基稳定，二是保证顶进过程的可调可控性。

3）对于顶进挖土机械，必须做到有效的人员防护和物理隔离，避免机械在作业过程中碰撞到便梁、电缆等；来车时，需停止挖土作业，确保线路行车安全。

4）箱涵顶进过程中，应对条基支墩、便梁、路基边坡、线路几何状态、箱体顶进状况等加强观测。注意检查箱涵顶部附属结构或所携带材料与线路底部的距离，特别是在箱身发生“抬头”时，更要加强观测，实时掌握箱身前进趋势，确认线路的下部空间是否足够，发现问题及时对顶进作业做出必要调整。

三、结语

下穿既有线箱涵顶进施工的首要任务是保证既有铁路线的行车安全，本文结合工程项目实践，主要对下穿既有线箱涵顶进施工控制要点进行了粗浅的总结，在未来的工程实践中，还需要进一步的探索和研究，不断积累完善安全管理和施工技术经验。

参考文献

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