陶紅紅

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司南昌院，江西南昌 330002)

以南昌市洛陽(yáng)路下穿鐵路框架橋工程為例，探討橋址位于鐵路站場(chǎng)下，采用盾構(gòu)和管棚、管幕相結(jié)合掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)，解決大跨度連續(xù)框架橋頂進(jìn)時(shí)的線路加固問(wèn)題。

1 工程概況

南昌市洛陽(yáng)路位于南昌站北側(cè)，全長(zhǎng)約1 500 m，其中下穿鐵路框架橋長(zhǎng)162.24 m，采用5 m+14.25 m+5 m三孔連續(xù)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。下穿鐵路框架橋共穿越南昌站既有10股道、車輛段5股道及配件廠專用線1股道，6組道岔，4個(gè)站臺(tái)。框架橋中心線與京九鐵路上行線法線斜交，斜交角度2°46′，交點(diǎn)里程為京九線K1444+403.2。其框架橋平面和橫斷面分別見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 框架橋平面

框架橋共分為9節(jié)，2～7節(jié)采用中繼間法頂進(jìn)施工，共長(zhǎng)115 m。線路加固采用盾構(gòu)和管棚、管幕相結(jié)合掘進(jìn)支護(hù)，其余采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工?？蚣軜蝾A(yù)制場(chǎng)地設(shè)在洛陽(yáng)路東側(cè)，每節(jié)最大頂程為132 m，結(jié)構(gòu)自重最大高達(dá)41 000 kN。

框架橋穿越地層主要為粉質(zhì)黏土、粉砂及中砂層，地表水及地下水極其豐富。地表水主要是南昌站內(nèi)各種生活用水以及大氣補(bǔ)給降水，長(zhǎng)年累月循環(huán);地下水位在框架橋基底以上1.0 m左右，主要為贛江地表水的側(cè)向補(bǔ)給，水量較大。

圖2 框架橋橫斷面(單位:cm)

2 技術(shù)重點(diǎn)和難點(diǎn)

2.1 框架橋總跨度大

框架橋采用5 m+14.25 m+5 m三孔連續(xù)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，總寬27.25 m。在不中斷南昌站正常運(yùn)營(yíng)的條件下，若采用常規(guī)的便梁施工方法，不能滿足線路加固要求。

2.2 線路施工行車限速不得小于80 km/h

南昌站位于江西省省會(huì)南昌市，是京九線上唯一的省會(huì)站和南昌鐵路局客運(yùn)一等站，是京九、滬昆鐵路兩條大動(dòng)脈的交匯處，鐵路樞紐地位愈加凸顯。目前南昌站有4趟直通客車，線路允許最大通過(guò)速度為120 km/h，而施工行車限速不得小于80 km/h。

框架橋共穿越16股道、6組道岔、4個(gè)站臺(tái)，在道岔區(qū)進(jìn)行線路加固，除了傳統(tǒng)的橫挑縱抬外(線路施工行車限速25 km/h)，目前還沒(méi)有其他較為成熟的經(jīng)驗(yàn)。若特殊設(shè)計(jì)大跨度便梁架空線路，不僅要許多片縱、橫梁，關(guān)鍵是由于道岔的存在，便梁無(wú)法安置，且施工限速最高只能達(dá)到45 km/h，故采取何種線路加固方案將直接影響到南昌站的安全運(yùn)營(yíng)，是該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是該工程施工成敗的關(guān)鍵。

2.3 既有排水渠防護(hù)

在框架橋南側(cè)有一條穿越站場(chǎng)的市政排水渠，與框架橋的凈距為1.7～5 m，且渠底位于新建框架橋基底之上，高差達(dá)6 m。排水渠日久失修，沉降縫易滲漏，這樣極易造成框架橋在頂進(jìn)過(guò)程中基底遇水變軟而導(dǎo)致“栽頭”或其他危及安全的突發(fā)事件，故如何確保既有排水渠安全也是該工程施工成敗的一個(gè)制約因素。

2.4 框架橋施工難點(diǎn)

本工程位于南昌站內(nèi)，施工場(chǎng)地狹窄，且站內(nèi)道岔多、行人多、機(jī)具設(shè)備多、干擾大。其中框架橋共有6節(jié)頂進(jìn)，長(zhǎng)達(dá)115 m，3節(jié)現(xiàn)澆。自重大:頂進(jìn)節(jié)段重量最大高達(dá)41 000 kN;頂程長(zhǎng)達(dá)132 m;頂板覆土薄，為1.0～1.55 m厚的人工回填細(xì)石碴、爐碴等。故如何防止框架橋頂進(jìn)過(guò)程對(duì)線路擾動(dòng)引起軌道幾何狀態(tài)失穩(wěn)以及框架橋產(chǎn)生“抬頭”、“栽頭”和軸線水平偏差現(xiàn)象，是本工程的又一技術(shù)難點(diǎn)。

3 設(shè)計(jì)和施工

3.1 盾構(gòu)法掘進(jìn)支護(hù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，并結(jié)合南昌站的特殊性以及本工程的自身特點(diǎn)和難點(diǎn):穿越股道多、道岔多、自重大、跨度大、頂程長(zhǎng)、頂板覆土薄、安全風(fēng)險(xiǎn)控制難度大、工程質(zhì)量要求嚴(yán)。對(duì)線路加固方案進(jìn)行了多方面的研討和多個(gè)方案的比選，并借鑒江西省已成功實(shí)施的幾個(gè)工程實(shí)例，經(jīng)綜合考慮，最后采用盾構(gòu)法掘進(jìn)支護(hù)，線路施工行車限速可高達(dá)60 km/h。其盾構(gòu)立面和墩柱剖面見(jiàn)圖3和圖4。

(1)盾構(gòu)的主要構(gòu)造及其作用

盾構(gòu)是一座可移動(dòng)的鋼結(jié)構(gòu)橋梁，它有著與框架橋同樣的承載能力，合理利用中心土的天然支護(hù)能力是盾構(gòu)暗挖支護(hù)的核心技術(shù)。它由鋼柱、鋼梁、盾殼、子盾構(gòu)、液壓推進(jìn)系統(tǒng)和輔助機(jī)構(gòu)六大部分組成。盾構(gòu)裝配在第一節(jié)框架橋前端，作為帶土頂進(jìn)時(shí)支撐路基及其上部荷載和支護(hù)周邊土體，同時(shí)也擔(dān)負(fù)頂推導(dǎo)向作用。

盾構(gòu)的橫向截面成簡(jiǎn)支梁橋，其外廓尺寸與框架橋外廓尺寸相同。盾構(gòu)內(nèi)側(cè)的大斷面中間土體，被墩柱分隔成若干個(gè)開(kāi)挖面，而兩墩柱間滯后挖掘的大斷面中心土體從盾構(gòu)入土直到出土前均保持1∶0.75坡度，并滯后子盾構(gòu)掘進(jìn)面約6 m開(kāi)挖，與盾構(gòu)共同平衡周邊土體，成為掘進(jìn)面的強(qiáng)大支護(hù)體系。

盾構(gòu)母體中的子盾構(gòu)由液壓系統(tǒng)控制，單臺(tái)體積1.5 m×0.75 m×0.22 m，錯(cuò)開(kāi)推進(jìn)。它們是掘進(jìn)面上部土體的切削和臨時(shí)支護(hù)器械，同時(shí)還擔(dān)負(fù)減阻板的牽引作業(yè)?？蚣軜蛲七M(jìn)前順坡清除底板前方部分中心土體，盾構(gòu)母體隨框架橋同步推進(jìn)時(shí)，子盾構(gòu)原推出部分被掘進(jìn)面土體阻擋與子盾構(gòu)箱體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，套回箱內(nèi)，完成一盾構(gòu)掘進(jìn)工作循環(huán)。

(2)盾構(gòu)的施工注意事項(xiàng)

盾構(gòu)設(shè)計(jì)、制做:

盾構(gòu)體是框架橋頂進(jìn)期路基掘進(jìn)的臨時(shí)支護(hù)及導(dǎo)向裝置，其強(qiáng)度除滿足周邊土壓平衡外，同時(shí)承受支撐路基及其上部荷載。盾構(gòu)長(zhǎng)度及寬度應(yīng)不小于框架橋總高和總寬，主梁凈距控制在3～4 m;制作安裝時(shí)，盾構(gòu)幾何尺寸必須標(biāo)準(zhǔn)，各部分連接可靠，且應(yīng)具有一定的剛度，以確保由靜活載所引起的豎向撓度不得超過(guò)Lp/400。

圖3 1/2盾構(gòu)立面和梁柱立面(單位:mm)

圖4 盾構(gòu)墩柱剖面(單位:mm)

滑板:

基坑開(kāi)挖時(shí)嚴(yán)禁破壞基底持力層，滑板厚度應(yīng)結(jié)合地基實(shí)際承載力，且最小厚度不應(yīng)小于20 cm，平整度要滿足框架頂進(jìn)要求。為增加其底面的抗滑能力，每3 m加設(shè)地錨梁。

盾構(gòu)安裝前必須試頂框架，以確認(rèn)滑板無(wú)粘連。試頂方法:使用油頂推動(dòng)框架橋，行程3 cm。

后背:

根據(jù)計(jì)算的最大頂力確定頂進(jìn)設(shè)備，千斤頂?shù)捻斄Π搭~定頂力的75%計(jì)算，以保證一定儲(chǔ)備量。液壓油頂應(yīng)盡量布置于框架底板邊、中墻處，以便于液壓糾偏。后背承受著頂進(jìn)時(shí)的全部水平力，應(yīng)有一定的安全儲(chǔ)備，其設(shè)計(jì)寬度應(yīng)為框架總寬的1.2倍以上，以滿足寬限要求。

頂進(jìn)挖土:

子盾構(gòu)和墩柱內(nèi)每次頂進(jìn)前挖土進(jìn)尺不應(yīng)大于45 cm，嚴(yán)禁隨便大量超挖。

在頂進(jìn)過(guò)程中，盾構(gòu)體內(nèi)的中心土始終保持1∶0.75的坡度;墩柱兩側(cè)均設(shè)置剪力鋼板，其斜邊按1∶0.75考慮。為確保中心土的土壓平衡能力，掘進(jìn)時(shí)嚴(yán)禁超挖。

頂進(jìn)原則:

為確保行車安全，施工過(guò)程中嚴(yán)格遵循“頂進(jìn)不行車，行車不頂進(jìn)”的原則，利用列車間隙時(shí)間頂進(jìn)作業(yè)。

為確保頂進(jìn)質(zhì)量，應(yīng)做到框架每頂一次，方向、高程精確測(cè)量一次，若有偏差，隨即調(diào)整頂力或挖土方案進(jìn)行糾偏。

3.2 既有排水渠防護(hù)

為防止既有排水渠在框架橋頂進(jìn)時(shí)水滲漏而導(dǎo)致路基塌陷，同時(shí)防止框架橋在頂進(jìn)時(shí)的軸線水平偏差現(xiàn)象，在兩側(cè)分別設(shè)置φ970 mm管棚，并泵入C20混凝土使其密實(shí)，同時(shí)兩側(cè)管棚外壓入M30水泥漿，使其形成80 cm厚的水泥墻，保證框架兩側(cè)土體和線路穩(wěn)定。

3.3 框架橋施工

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況和框架自身特點(diǎn)，為有效地控制線路位移和防止路基、軌道沉降，克服盾構(gòu)長(zhǎng)距離頂進(jìn)和覆土薄引起的一些弊端等，線路采用管幕超前支護(hù)。其施工工藝:在距離框架頂板上20 cm處設(shè)置φ299 mm的管幕，間距35 cm，并壓入M30水泥漿使其密實(shí)，同時(shí)在管幕進(jìn)出口位置和站臺(tái)間設(shè)置管幕橫向連系梁，確保管幕的穩(wěn)定。該工藝很好地避免了頂進(jìn)過(guò)程中因漏碴而產(chǎn)生“空洞”和“抬頭”現(xiàn)象而引起線路幾何狀態(tài)的失穩(wěn)，有利于框架橋頂進(jìn)方向和高程控制，基本不擾動(dòng)既有道床和影響南昌站的正常運(yùn)營(yíng)。

同時(shí)，為防止框架橋在長(zhǎng)距離頂進(jìn)時(shí)產(chǎn)生“栽頭”現(xiàn)象，在框架底部設(shè)置6根φ970 mm的導(dǎo)軌，并泵入C20混凝土使其密實(shí)，有利于控制框架頂進(jìn)精度。實(shí)踐證明，此法對(duì)箱體高程控制的應(yīng)用效果非常成功。其框架橋管棚、管幕布置見(jiàn)圖5。

圖5 框架橋管棚、管幕布置(單位:cm)

3.4 施工監(jiān)控

為確?？蚣軜蜷L(zhǎng)距離頂進(jìn)精度及軌道幾何狀態(tài)可控，框架橋采用全站儀監(jiān)測(cè)其軸向偏位和“栽頭”、“抬頭”;每股線路采用安全距離安裝靜力水準(zhǔn)儀，軌道上安裝電水平尺，從而監(jiān)測(cè)鐵路路基沉降及軌道沉降的變化軌跡。

經(jīng)監(jiān)測(cè)，框架頂進(jìn)精度及線路幾何狀態(tài)等均位于可控范圍，見(jiàn)表1。

表1 頂進(jìn)施工監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

［1］ 馮衛(wèi)星，王克麗.地道橋設(shè)計(jì)與施工［M］.石家莊:河北科學(xué)技術(shù)出版社，2000

［2］ 李家穩(wěn).管棚和盾構(gòu)法框架橋設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的研究［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009(4):96-100

［3］ 周順華，董新平.管棚工法的計(jì)算原理及其應(yīng)用［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，2007

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［5］ 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10002.3—2005 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005

［6］ 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10002.5—2005 鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005

［7］ 鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院.TZ203—2008 客貨共線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2010

［8］ 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵運(yùn)［2006］146號(hào) 鐵路線路修理規(guī)則［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2010

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［11］曾毅軍.大型箱涵頂入施工技術(shù)［J］.鐵道勘察，2006(4):63-66