内容提要：在既有线顶进施工中，运输、行车安全以及施工之间的相互干扰比较大。为了缩短工期，减少对运营方面的影响，采用挖孔桩抬梁法架空线路，全断面开挖顶进施工的施工方法。本文就线路架空施工、涵身预制顶进施工技术以及在施工过程中的注意事项做简要的介绍。

关键词：既有线  顶进  施工技术

1  工程概况

该涵洞中心里程为K125+300，1-4.50m框架箱涵。涵洞内净宽4.5m,净高4.0m,涵洞洞身全长25.18m。该涵洞横穿准高速1线、2线及广深3线。主要工程数量有：C35钢筋混凝土151.4m3，钢筋20965kg。（如顶进涵洞平面位置示意图所示）

2  施工方案

总体施工可以分为三大部分，一部分是利用人工挖孔桩抬梁法对既有线路进行防护和架空；第二部分是利用马道把架空部分线路的土挖除，在工作坑内把1线、2线、3线下的18米长涵洞预制、顶进施工，顶进采用中继间法施工；第三部分是涵洞剩余部分的现浇施工。

2.1  既有线路架空

     线路架空主要采用山海关桥梁厂D16甲型便梁，下设人工挖孔桩组成抬梁体系，对既有线路进行架空。

2.1.1  挖孔桩设计

施工范围内表层为素填土，松散，厚约2.0m；其下为粘土，厚约2.0m，灰白色，硬塑，天然孔隙比e0为0.883，液性指数IL为0.43，[σ0]=200kPa；其下为中粗砂，厚约 6.50m，灰白、浅黄色，中密、饱和，[σ0]＝60kPa；其下为粘性土，厚约4.50m，红褐－黄褐色，硬塑，天然孔隙比e0为0.793，液性指数IL为0.1，[σ0]=250kPa； 其下为强风化混合岩，厚约3.0m，黄褐、青灰色，岩心呈土状夹碎石状、块状，[σ0]＝800kPa。其下为中风化混合岩，厚约3.90m，青灰色，上部岩心很破碎，以碎石状为主，下部岩质较硬, [σ0]＝1500kPa。（具体参数见附表1）

挖孔桩采用1.2-1.5m扩底桩,变直径范围取一倍桩径=1.2m。分共用桩和非共用桩两种。桩长计算过程如下:

2.1.1.1  非共用桩：

a  荷载设计值（按φ1.2m计算）

D16便梁重G＝255.99kN

便梁上列车活载，根据《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-99）第4.3.5条：

冲击系数取1.1

Q＝1.1×165×16.08＝2918.52kN

单个桩顶竖向力：（列车活载由4根挖孔桩承受）

p＝（G+Q）÷4＝（2918.52+255.99）÷4＝793.6kN

上部桩重一半+变直径部分全重（暂按桩长L＝13m计）：

1.18×1.18×∏/4×(13-1.2) ×25/2+40.29＝201.6kN

桩底反力设计值：

Nmax＝793.6+201.6＝995.2kN

b  桩底承载力设计值

承载力设计值R=0.5×(UΣli ×τi +A×σR)  

侧摩阻只计入变直径以上部分.

由于桩底土层深度大于3m，σR考虑深度修正：

σR＝2×m0×λ×{σ[0]+K2×γ2×（L-3）}

取 m0＝0.8；λ＝0.70； 

表1  主要土层参数列表如下:

故，单个桩承受1/4荷载时，可取φ1.2m桩长L＝13m。

2.1.1.2  共用桩：

对于两道便梁共用一个桩基时（同样按φ1.2m扩孔到1.5m计算）：

a  荷载设计值

单个桩顶竖向力：

p＝（G+Q）÷2＝（2918.52+255.99）÷2＝1587.26kN

桩重一半+变直径部分全重（暂按L＝18.5m计）：

1.18 ×1.18 ×∏/4×(18.5-1.2)/2×25＝236.5+40.3=276.8kN

桩底反力设计值：

Nmax＝1587.3+276.8＝18.1kN

b  桩底承载力设计值

承载力设计值R=0.5×(UΣli ×τi +A×σR)  

侧摩阻只计入变直径以上部分.

由于桩底土层深度大于3m，σR考虑深度修正：

σR＝2×m0×λ×{σ[0]+K2×γ2×（L-3）}

取 m0＝0.8；λ＝0.65；  

得R＝2058.45kN  >  Nmax＝18.1kN  

故，单个桩承受两道便梁荷载时，可取φ1.2 m桩长L＝18.5m。

2.1.1.3  结论

通过计算知道对既有线路架空可以采用D16型便梁3套，人工挖孔桩8根。其用桩4根，每根桩长18.5米；非共用桩4根，每根桩长13米。（具体见线路架空示意图）

2.1.2  挖孔桩施工

钢护壁施工完毕后，利用水泵将孔内水抽尽后，施工人员通过软梯进入孔内进行施工。施工方法仍按传统的挖孔桩的施工方法。由于土层情况复杂，在施工过程中避免塌孔，对既有线运营造成危害。施工时必须准备一定数量的沙袋，防止挖孔过程中塌孔时做紧急回填处理。并且在挖孔过程中，对挖孔桩桩位的地质情况进行复核，以便有地质变化时对挖孔桩进行重新设计。达到设计标高后，进行钢筋、混凝土施工。并达到设计强度后，准备安装便梁施工。

2.1.3  安装便梁、架空线路

2.1.3.1  施工便梁的运输

采用汽车运输，汽车运输到平湖货场，然后通过轨道车运输到施工现场，由轨道吊车和轨道车配合并完成架梁工作。由于施工时间较短，要求施工准备必须充分。纵梁架设前检查，桩位位置及其标高是否正确，预埋件位置是否正确；纵梁位置处的基底清理是否到位。申请施工封锁、限速计划。备齐材料、工具、行车安全防护用品。

2.1.3.2  施工便梁的架设

a   第1线纵梁的架设：

利用轨道吊车牵引运梁平板车到1线的涵洞中心线位置，并使平板车停靠1线。轨道吊车继续往前行驶至道岔位置，再转至2线，行车至涵洞中心线位置时停下，起吊平板车上纵梁就位。便梁的精确就位，采用千斤顶及滚轴来进行。

b   第2线、3线纵梁架设：

2线、3线纵梁架设与1线架设雷同（即运梁平板车停靠2线、3线，轨道吊车停靠1线、2线进行2线、3线纵梁架设。）

c  便梁的作业顺序：

一片纵梁横移过线路，就位于支墩上排匀并拆除部分轨枕，穿入横梁，支垫牢固第二片纵梁就位于支墩上安装横梁与纵梁连接件、钢轨扣件便梁养护并补足斜拉杆件。

d  操作要点：参考便梁施工指导

道床松动后，纵横梁联结一气呵成。穿横梁作业开始后，便梁范围内的道床基本松动了，因此必须将方正枕木、穿横梁（含装钢轨扣件）、第二片纵梁就位、安装纵梁2根端横梁、联结纵横梁、调整扣件这6个作业程序连续进行，中途不得停顿。条件实在困难时，必须做到横梁与纵梁隔一根联好一根，未与纵梁联结的横梁也要抄垫结实，方可暂时中止作业。

2.1.3.3  施工注意事项：

a  在考虑便梁架设时，支墩桩的强度还未达到设计强度，为了减少桩顶承载，要求架好便梁后，还需及时回填道碴。

b  轨道电路区段必须采取隔离措施，如使用的撬棍安装好绝缘胶套，穿（抽）横梁时钢轨下须衬垫绝缘胶垫。以防止轨道电路短路，影响信号和行车。

c  方正枕木的同时加装轨距拉杆，便梁范围内不少于3根。

d  轨道电路区要勤检查钢轨扣件上的绝缘垫片的位移、变形，发现变形及时调换。

e  各构件的连接螺栓应上紧，必须经常检查，发现松动立即拧紧。

f  严密监视支墩两侧道床，严防轨面出现三角坑危及行车安全。

2.2  涵洞预制及顶进施工

2.2.1  后背墙设计

2.2.1.1  后背形式

该涵洞顶进施工所用后背形式，拟采用浆砌片石重力式后背。形状为横放的四棱锥体。

2.2.1.2  最大顶力计算

根据施工方案和《铁路施工手册》的有关计算规则计算如下：

P=μ×N

P——最大顶力（KN）；

μ——涵身底板与土的摩擦系数；本例取0.8；

N——预制涵身自重（KN）； 

a  涵身自重：

     涵身截面面积：S=S全-S空=4.7×4.7-［4.5×3.55+（5.06+3.56）×0.25×0.5+（5.06+4.66）×0.2×0.5+0.05×0.05×0.5×4］=4.06m2

     12m段涵身自重N1=4.06×12×2.5×9.8=1193.KN

 b  最大顶力：

      Pmax1=11.93×0.8=954.9KN

2.2.1.3  后背墙尺寸

根据现场情况，确定后背墙前端b=5.1米；h=0.5米；α=45°。土质为硬粘土，容重为19KN/m3，内摩擦角为ψ0=30°。后背尺寸主要取决于最大顶力，按照库仑理论，每米宽度的后背能产生被动土压力为E'。

E'=（1/2）×γH2λ'

式中：E'——被动土压力（KN）；

γ——土壤容量（KN/m3）;本例取19 KN/m3；

H——后背高度（m）；

λ'——被动土压力系数；（λ'= tan2(45°+1/2ψ0)）

由后背墙的结构形式可以知道：

B=b+2dtgα  ；    H=h+2dtgα

后背要承受最大顶力Pmax，则水平方向每延米后背应承担最大单位顶力为F，则：

F= Pmax÷B

要使后背墙所受的土压力能够满足施工要求，就必须有：

E'=F

所以Pmax/（b+2dtgα）=（1/2）×γ（h+2dtgα）2× tan2(45°+1/2ψ0)

解d的三次方程式即可求得d=1.15。

所以后背墙结构尺寸为：

d=1.15m，   b=5.1m, h=0.5m ，B=7.4m, H=2.8m

2.2.2  工作坑施工

 2.2.2.1  基坑开挖

基坑两侧按1：1.5的比例放坡，两侧各留80cm工作面，其中30cm作为排水沟位置。顶进方向坡顶施工到距离准高Ⅱ线中心3米处停止开挖，且开挖断面按1：0.75放坡。既有线左侧工作坑底面尺寸为6.66m宽，23m长；该工作坑边缘距离既有线路基坡脚预留8米，以便线路架空后土方开挖机械车辆进出。

2.2.2.2  基坑边坡支护

工作坑开挖，造成既有线路基边坡被挖除一部分，为确保路基安全，必须对边坡进行有效的防护，拟采用挂网喷射10cm混凝土的方法。

用3米长Ф25钢筋作为锚杆，按照间距2m梅花形布置，垂直坡面打入边坡内，将预制好的ф6.5铁丝网铺在坡面上，在坡面和铁丝网之间绑扎2cm的砂浆垫块。

喷射混凝土前，用高压风将坡面再清扫一次，然后分成区域，从上向下水平移动，喷浆嘴与坡面的距离为1米以内。穿过钢筋时，则偏出一个角度，以获得较好的握裹效果和便于回弹物排出。喷射厚度以事先埋的指示钎为准进行控制。

2.2.2.3  基坑排水

在基坑四周开挖出流水槽，每隔3m及拐角处挖孔径为50cm，深1.5m的集水井，采取井点降水的方法，降低水位到基底以下0.5m－1m。

2.2.2.4  基底加固

基坑底采取水泥水玻璃浆液进行注浆处理，其重量比为1:0.5，按设计进行孔位布置和注浆压力控制。

2.2.2.5  后背施工

浆砌片石要严格按照规范要求的标准及设计的结构尺寸施工。

片石的石质应均匀、不易风化、无裂纹，强度应符合设计要求，厚度不小于15cm，卵形及薄片形不得采用。砌筑砂浆强度为M10。

片石砌筑前要洒水湿润，然后在土基上坐浆砌筑。砌体应分层砌筑，各砌层先砌外圈定位行列，然后砌里层，外圈砌块与里层砌块应交错连成一体。各层砌块应安放稳固，砌块间应砂浆饱满粘结牢固，砌缝宽度不大于4cm。

2.2.2.6  垫层施工

注浆完毕后，对基底采用碎石垫层，振动夯夯填密实。

2.2.2.7  锚梁及滑板施工

地锚梁尺寸为0.5m宽，1.0m高，5.26m长，净距2m一道；滑板尺寸为0.3m厚，5.26m宽，23m长。地锚梁与滑板结合成为一个梁板体系。

首先进行地锚梁基坑开挖，垂直开挖，利用土模浇筑混凝土；基坑挖好后，随即进行锚梁及滑板的钢筋绑扎施工，浇注混凝土。混凝土的振捣采用平板振动器，振捣密实。滑板结构施工完后，做好养护，在滑板具有一定的强度后，开始施作涂机油调滑石粉润滑层，要求涂抹均匀，然后覆盖塑料隔离层。

2.2.3  涵洞身预制及顶进施工

2.2.3.1  涵洞身预制施工

涵洞身结构的施工顺序：洞身底板钢筋绑扎洞身底板混凝土浇筑侧墙钢筋绑扎侧墙模板安装顶板钢筋绑扎侧墙、顶板混凝土浇筑拆除模板洞身外侧砂浆找平防水施工

模板采用15mm厚大块竹胶板， 150mm*150mm方木间距1m作竖肋，10号槽钢间距1m作横肋，镀锌钢管作支撑，并用对拉螺栓紧固内外侧模板。混凝土采用商品混凝土，浇筑时采用汽车吊进行浇筑施工。振捣方法采用常规的混凝土施工方法。

顶进段，由于施工方法的改变，在高线下的顶推过程中，必须预防框身结构的低头，要求在框身结构端头设置“船头坡”，坡长1m，坡率为5%，造成一个上坡的趋向，必要时可垫混凝土板，使箱涵强制上坡。

洞身结构预制施工时必须注意预埋件的预埋，确保位置准确。注意做好防水处理，保证防水施工质量。

2.2.3.2  顶进施工

当涵洞身预制混凝土达到设计强度的70％后，开始顶进施工。高线下预制段采取空顶的方式进行。顶进前，利用线路右侧的马道将架空线路下方、涵洞身位置的路基土方挖出，利用既有的公路运输至指定的弃土场。挖土采用小挖机挖掘，小型农用车配合运输。挖土、顶进时请求限速45km/h进行。并注意检查架空线路有无安全隐患。

涵洞身顶推采取2台200T千斤顶。施工时在千斤顶两端垫好钢板（后背及涵洞身接触部分）；顶推过程中，保持均匀受力。顶进时，用反向千斤顶将主千斤顶的活塞拉回原位，在空档处增放顶铁，以待下次开顶。每次开顶前及交时检查油泵等液压系统有无故障、顶铁安装是否合格、后背变形等情况。如因某种原因而使顶进中断时，也需间歇地的顶动涵身，以防止箱身在之后的顶进阻力增大。故障一旦解除，应立即进行继续操作，保证顶进的连续性。顶进时，顶柱和后背严禁站人，以防顶柱引起崩出或后背产生意外及安全。

顶铁的安装，为保证顶柱的受压稳定，在顶柱与横梁间用螺栓栓牢，每隔8m设横梁一道，使传力较均匀及增加顶柱的横向稳定。每行顶柱与千斤顶成一直线，与后背垂直，各行长度要一致。

3  小结：

采用人工挖孔桩抬梁架空线路，全断面开挖顶进的施工方法，具有以下施工特点：

3.1  工期短：

可以利用机械集中作业，开挖顶进时间短，减少对既有线运营的影响。

3.2  安全性高：

对既有线运营及行车安全影响小，防止在施工过程中出现塌方的隐患。

3.3  顶力小：

由于全断面开挖，减少了土体对涵洞顶进的摩擦力，从而减小了顶力，对顶进设备要求简单。

3.4  精度高：

在顶进过程中，随时可以观察涵洞的顶进情况，并能够随时纠偏，保证了顶进精度。