钢筋砼框架桥顶进接长施工:下穿框架桥如何施工
【摘要】本文简要介绍了既有线改造工程拆除既有下行正线非标梁改建为钢筋砼框架桥顶进接长施工，重点介绍了施工方案优化和顶进设计与施工，尤其是充分利用八字渡线道岔满足施工条件的方案选定，为短期突击顶进施工提供参考。
【关键词】框架顶进施工
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
本框架桥为排水而设，净宽为3孔5.0米，净高为3.5米。因本框架桥施工地段地下水丰富，顶进施工前首先将地下水降至工作坑底板以下1.0m处。本框架桥每孔顶进设计最大顶力为280.28t，需要200t千斤顶3台，设计顶程10m。既有上下行线间距为5.0m，框架顶与既有线路轨底最小高差0.65m。
设计拆除既有下行正线非标π梁和桥墩台，采用框架桥接长8.8m，箱体圬工材料采用C40钢筋砼；本框架桥箱体平置，与正线成90度交角。
2方案比选
2.1 方案一：设计方案
设计方案是确保线路正常运营，采用20mD型便梁加固线路，然后拆除既有非标板梁和顶进框架施工（桥梁布置及线路加固见图一）。整个施工分五步完成。
第一步：便梁支墩采用人工挖孔桩方式灌注砼，并采用牵钉锚固在既有桥台上，待支墩砼强度达到设计要求后，分别在三孔梁板下搭设枕木垛至梁底，拆除既有桥台耳墙，架设D20m便梁。
第二步：先清除两端Ⅱ、Ⅲ孔梁上道碴，拖出Ⅱ、Ⅲ孔既有梁板，将枕木垛加高至便梁底，支撑起便梁。然后再清除Ⅰ孔梁上道碴，拖出Ⅰ孔梁板，拆除Ⅰ孔内枕木垛、既有桥墩和部分桥墩基础，顶进Ⅰ孔框架。
第三步：Ⅰ孔框架顶进到位后，要点移架便梁，移架孔便梁一端支点放在路基上，一端支点放在顶进到位的Ⅰ孔框架上，拆除Ⅱ孔枕木垛，同时增加一组20mD便梁，一端支点放在顶进到位的Ⅰ孔框架上，一端支点放在路基上，两便梁之间铺设道碴，恢复线路。由于便梁支点在顶进框架上局部受力，需要在框架内设置钢支柱在支点位置，确保框架安全。再拆除既有桥台和部分桥墩基础，分别顶进第Ⅱ孔和第Ⅲ孔框架。
第四步：拆除既有台顶和椎体护坡，修建出口八字墙。
第五步：拆除便梁，恢复线路。
经过现场调查，现场既有轨顶标高比设计标高低了0.2m，导致轨底与梁顶面之间的净距离少了0.2m而无法按照便梁定型图直接安装。根据现场实测，架设D型便梁的横梁需要人工凿除既有梁板顶面5～10cm的砼，施工难度大。
总的来说，设计方案施工周期长，扰动线路次数较多，需要20m便梁2组，分三次架设，安全隐患多，施工成本投入大。
2.2方案二：优化方案
为尽量降低安全风险、缩短既有站场咽喉岔区要点慢行施工时间，同时考虑采用24mD便梁（路局要求必须采用D便梁且最大24m跨度）也无法实现一次加固和线路稳定，我施工单位对现场运输条件和线路分布进行了详细调查，发现该框架接长改建段均位于既有下行正线侧1/3#和5/7#渡线道岔间且有保持道岔安全稳定使用的空间，若下行列车允许经过1/3#渡线反位侧向及上行正线进入站内，可以实现封锁下行正线1#和7#岔间线路直接开挖顶进，为此，我局提出了下列优化建议并经路局相关部门审批通过。
优化方案是在框架在线路外预制完成后，将框架影响的下行既有1#至7#岔间线路短期停用且不在采用D便梁加固，下行列车限速45km/h经过（1/3）#反位进入站内上行正线或到发线，再经东端（8/6）#反位回到下行线，按侧向通过办理（道岔示意位置见图二）。整个施工分三步完成。
第一步：停用线路后，在Ⅲ孔内搭设枕木垛，拖出第Ⅲ孔梁板，为防止拆除Ⅰ孔后跨度过长引起钢轨变形，将Ⅲ孔内枕木跺升高至轨底支撑钢轨，再拖出Ⅰ孔梁板，破除既有桥1＃墩、2＃墩和3#台影响顶进部分的台帽、墩台身和基础。顶进第Ⅰ孔框架。
为避免影响既有（1/3）#、(5/7)#两渡线道岔信号联锁轨道电路，停用岔间线路施工期间，不得拆除既有钢轨线路及轨端连接线，以免造成红光带而影响道岔转动和信号开放。
第二步：Ⅰ孔框架顶进完成恢复线路后，拖出第Ⅱ孔梁板，破除既有桥0＃台影响顶进部分的台帽、台身和基础。同时拆除第Ⅲ孔内临时枕木垛支撑。
第三步：同步顶进第Ⅱ、Ⅲ孔框架，而后突击要点恢复线路。
优化方案解决了20m便梁租用困难和多次架设的问题，这样既确保了施工安全，也保证了列车正常运行，降低了安全风险，大大缩短了顶进施工时间（累计仅用10天全部拆除并顶进到位）。
3 顶进准备
3.1 顶力计算
本框架桥拆除既有桥π梁后，成为无覆盖土顶进。最大顶力由设计可知，每孔顶进设计最大顶力为280.28吨，采用3台上海200ｔ型千斤顶，有效顶力可达300ｔ＞最大顶力P＝280.28ｔ，另备用1台千斤顶。高压油泵配置一套，备用一套。
3.2 工作坑及后背墙
为保证工作坑干燥无水，根据本工程基础深度、水文地质情况、日降排水量，拟采用大口井方法进行基坑降水，降水兼护坡施工。大口井主要设在工作坑外1.0米处。工作坑开挖时基础尺寸线外加宽50cm，排水沟沿工作坑四周设置，底宽30cm，沟底低于坑底30cm，坡度为2％。集水井设置在工作坑底边角，直径60cm，井底低于工作坑底1.5米，下无砂井管和滤料，采用碎石压底进行强排。积水由潜水泵抽水至坑外。（基坑排水见图三）：
工作坑坑底用气夯夯填密实，保证其有足够的承载力，工作坑两侧边坡为1：1。设计后背墙采用C20钢筋混凝土加钢轨桩施工，经现场调查钢轨桩施工困难，故优化为C15片石混凝土后背墙，且后背后面空地回填土方夯填密实，前面与千斤顶接触大面采用0.4m厚C25钢筋砼分配梁，以增强后背墙的强度和稳定性 (见图四)。圬工后背设计参数和检算如下：
由《肆桥8030－Ⅱ－15》图经以上计算得最大顶力P＝280.28ｔ，查《肆桥8030－Ⅱ－21》一孔（5×3.5）m箱涵无覆土后背墙长B1＝7.9m，故后背单位长度上的最大顶力P＝280.28/7.9＝35.48t；设P＝Ep＝35.48t，查表得h1＝2.4m，K＝0.75，m＝1.2，Ep＝35.51t（略大于35.48t），Ma＝6.78T-M
后背墙单位长度上的被动土压力对A－A截面所产生的力矩Ma不应大于Ma’，即必须满足Ma’≥ Ma。
采用的圬工后背墙截面尺寸为h1＝2.4m，b＝1.33m，b1＝1.03m。
Ma’＝F×L=Rj×b
其中Rj为片石混凝土极限强度值，由《混凝土设计规范》查表得C15片石混凝土Rj＝8.4Mpa
则Ma’＝8.4×1.33＝11.172 T-M> Ma＝6.78T-M
故，本框架涵顶进时采用的C15片石混凝土后背墙满足受力要求，圬工后背墙截面尺寸取为h1＝2.4m，b＝1.33m，b1＝1.03m。
进行片石混凝土施工时必须选用标号不低于30号的片石，分层铺入，并且埋放均匀，片石最外边距模板距离不得小于15cm。
3.3 滑板
滑板采用C20钢筋砼，滑板下设C20钢筋砼地锚梁防止底板滑移间距为3m，滑板顺线路方向宽19.72ｍ。底板中线用墨线弹出，保证每孔与框架纵向轴线一致。顶进过程中要及时测量顶进方向及水平，随时进行纠偏。为控制顶进过程中箱体高程，测量后在底板砼面上用油漆标定点位，顶进过程中按点找平，确保底板平顺，并且作2‰的仰坡，保证箱底高程、防止扎头等及减少顶进时的阻力。
3.4 润滑隔离层
待工作坑滑板砼终凝后，用1：3水泥砂浆找平压光厚度小于2cm，然后喷2mm厚机油石蜡，石腊凝固后，最后铺上一层塑料薄膜。具体设置见图五：顶进工作坑立面图。
4 拆除既有桥
拆除既有桥时，需要在既有桥墩1＃墩和2＃墩外侧搭设2.0m宽，5.0m长移梁平台，高度平齐既有桥墩帽石为宜。移梁平台搭设前必须将原地面上浮土和淤泥去除，进行整平夯实。移梁平台采用枕木搭设，为增加承压面积,第一二层枕木满铺，然后纵横交错搭设并采用钯钉或捆绑联结成整体。
进行移梁之前必须先清除梁上道碴，使用气焊割切既有桥梁支座，再使用钢丝绳和链条葫芦将梁板移至移梁平台上，采用破碎机将桥梁砼破碎后运走。
5 顶进施工
（1）顶进前必须先进行试顶：在各有关部位及观测点均设专人负责，随时注意变化情况，开泵后每当油压升高5～10MPa时必须停泵观察，发现异状及时处理。当千斤顶活塞开始伸出，顶柱压紧后即停顶，经检查各部位情况，无异常现象可再开泵，直至框架起动。
（2）为防止箱身“扎头”，人为将滑板做成2‰的上坡，并在箱身前端底板下设坡度为1：10的船头坡，顶进过程箱身在自重作用下沉，标高刚好与设计相符。空顶阶段，导向墩起控制方向的作用。顶进中的挖土、运土：顶进速度主要取决于洞的挖、运土的速度，挖土采用人工挖、手推车运（通过工作平台）。挖土时，每次掘进的深度约为50㎝，严禁超挖。挖土过程中应撑握土坡的平整，严禁出现逆坡。顶进过程中，每完成一次顶程，就必须用仪器检查中线和标高。每顶镐一次，始终保持顶力均匀对称，发现中线有偏差时，调整左右顶镐顶力来纠偏。顶进过程箱身偏高偏低时，可按以下方法调整：
①偏高的调整：底刃脚前端超挖略低于底板逐渐调整；如因挖土不够宽吃土量过大而抬高箱身，可在两侧适当地超挖。
②偏低的调整：底刃脚增加向上翘的角度；如因土质松软造成扎头现象时，可在底板前换铺片石或加碎石等，边换边铺顶进，必要时亦可打桩、灌注混凝土（本桥主要采用）、加短钢导轨或采用支顶法调整。
6 结束语
在确保列车运输安全畅通的前提下，本桥施工中采用的优化方案主要解决了多次移梁加固和拆除，既为施工提供了安全条件、改善了顶进施工作业环境，又大大缩短了运输影响时间，可供今后类似工程借鉴。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。