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摘要：以某铁路大跨度框架桥顶拉法施工为例，详细介绍了下穿铁路的大跨度框架桥顶拉法施工工艺、顶拉力的计算确定、设备配置。施工中成功克服了地基软弱，顶拉距离长，顶力大等施工难题，对今后同类工程的施工有很好的参考借鉴价值。
关键词：框架桥；顶拉法；铁路；施工技术；下穿既有线
一、工程概况
东三环路(南段)某铁路框架桥在K8+19.748处下穿铁路，交角为103°20′29″。该交叉处铁路位于半径R=500m的圆曲线上，处于路堤填方地段，铁路轨距为1.0m，钢轨型号为43kg/m，定尺12.5m，轨枕间距0.625m。铁路框架桥设计为钢筋混凝土箱形结构，顺线路方向长20.56m，净高9.3m，框架桥施工顶进行程39m，跨度39.05m，总重量达13050吨，顶进断面大，顶进精度要求较高，且工程基底为低液限粘土、粉土，以及有机质高液限粘土，地下水位高，具有中密与中、高压缩性，地基承载力差异较大、强弱不均，施工难度大，顶进过程中箱体的姿态控制非常重要。图1给出了框架桥顶拉就位后，前端A节平面位置。
图 1顶过框架桥平面示意图 (单位：cm)
二、施工方案的比选确定
大型钢筋混凝土框架桥下穿既有铁路一般可以采用顶进方案和顶拉方案，考虑到本工程顶进距离比较长，体量庞大，需要上万吨的顶力，如采用较常规的顶进方案，提供顶力的后背需要做大量的桩基，另外顶铁投入巨大，顶进中姿态很难控制，设备投入巨大。针对工程特点，在对这两种方案充分论证的基础上，现场采用了顶拉方案，即把整座框架桥分A、B、C三节预制，通过16束钢绞线将其串联在一起，根据中继间法的原理，前节和中节箱体均以相临后一节箱体作为后背，依次顶进，最后一节利用其后部的反力装置通过拉索传力顶进，这样不但可以省去后背，顶铁的数量也大大减少，一次顶进需要的顶力也大幅度降低，千斤顶等设备的投入大大减少，千斤顶可以轮换倒用，成本得到大幅度降低。另外，大型钢筋混凝土框架桥分三段顶拉施工，减少了箱体顶进中的姿态控制难度，更有利纠偏。
三、顶拉工艺
图2给出了顶拉工艺流程图。
状态1：顶进前，各节及顶镐处于自然状态，后端梁与C节间预留顶镐行程长度。
状态2：顶进A节，以B节和C节作为后背，顶镐2吃力，顶镐3回油，顶镐1加压，A节箱体前进，并通过拉杆带动后端梁前移；当A节需退回时，顶镐1回油，顶镐2吃力，顶镐3加压，A节可退回。
状态3：顶进B时，以A节和C节作为后背，顶镐1回油，顶镐3吃力，顶镐2加压，B节箱体前进；当B节需退回时，顶镐2回油，顶镐3吃力，顶镐1加压，B节退回。
状态4：顶进C节，以A节和B节作为后背，顶镐1吃力，顶镐2回油，顶镐3加压，C节箱体前进；当C节需退回时，顶镐1吃力，顶镐3回油，顶镐2加压，C节退回。
C节框架顶进就位后，松开顶镐3，此时3组顶镐均处于自然状态，即恢复到状态1，然后再进行下一循环顶进。
图 2顶拉工艺流程图
四、最大顶力计算
框架桥顶与轨底最小净空为0.74m，开挖过程中桥顶覆土将无法保留。按《桥梁施工规范》要求，采用桥顶无覆土时计算顶力，顶力按 公式计算，摩擦系数根据基地土体的最大摩擦角以及启动时需要克服的静摩擦力并结合现场实验来确定，其中A节最大顶力为3410吨，B节最大顶力为2520吨，C节最大顶力为2640吨。
表 1桥体各节在不同阶段顶力监测平均数据表
部位及名称 起 动 滑板空顶 持土空顶 就位顶进 异常顶进 备 注
A节 油压MPa 28 20 28 18 桥体就位时局部吃土顶进
顶力kN 23738.4 16956 23738.4 15260.4
摩擦系数 0.92 0.66 0.92 0.59
B节 油压MPa 26 17 24 16 桥体就位合缝时加大顶力
顶力KN 18369 12010.5 16956 11304
摩擦系数 0.88 0.58 0.81 0.54
C节 油压MPa 23 16 23 15 箱涵就位合缝时加大顶力
顶力KN 12999.6 9043.2 12999.6 8478
摩擦系数 0.83 0.58 0.83 0.54
五、顶拉设备的配备
按最大顶力要求，可选择400t或320t千斤顶，经经济比选和借鉴以往工程的施工经验，本着便于安装和拆除的原则，选定最大顶力400t行程500mm千斤顶，A节框架段需16台400t千斤顶；B节框架段需要14台400t千斤顶；将C节框架段需要10台400t千斤顶。考虑千斤顶的倒用，现场配置16台即可满足要求。经综合考虑，顶镐1需16台，顶镐2需14台，顶镐3需10台，备用2台，共需顶镐42台。
图 3后端梁平面布置图 图 4顶镐及拉杆布置图
框架桥钢筋设计为一整体，施工中不得将钢筋尤其是主筋剪断，因此在框架底板上部设磨耗层，布设顶镐点及拉杆穿线孔。镐窝螺旋筋采用Ø16钢筋，两节的接头位置设顶铁垫板，末节框架后端千斤顶设置于后端分配梁上，同样位置设置顶铁。图3给出了后端梁平面布置图，图4给出了顶镐及拉杆布置图。
1．拉索设计。拉索的选择考虑最大顶力的适配性和经济适用为原则。经比选，采用15Ø15.24mm一束的低松驰钢铰线。根据最大顶力计算，共需在底板上面的磨耗层中设置16束，每侧8束，钢绞线锚固采用OVM15H-15、OVM15-15锚具。拉杆布设于框架底板上部磨耗层，磨耗层采用C30混凝土，钢铰线分16束设置，每束15根，布置于于磨耗层。根据放置千斤顶和顶铁需要，磨耗层两端根据线路交角，做成齿形。施工中在磨耗层混凝土中预埋Ø102mm钢管，并用钢筋固定，最后逐根穿设，前端钢绞线锚固后预埋于第一节框架桥内，钢绞线末端用固定锚具锚定于后端分配梁上。
2．高压油泵的配备。为满足施工需要，确保众多千斤顶在施工中同步均匀受力，利用现有设备进行技术改造，共配备成3组高压泵站，配备设备如表2所示。
表 2高压泵站配备设备
名称 型 号 功率(KW) 生产厂家和状态
油箱 800L 自 制
自耦减压起动器 QJ3-75 75 天正集团(自购)
高压柱塞泵 3D2-SZ 75 天津市通用机械厂(现有)
溢流阀 YF-L20H-Y1 榆次液压有限公司(自购)
换向阀 34SM-L20H-W 榆次液压有限公司(自购)
高压泵站见图5，操作顺序及方法如下：
(1)开动自耦减压起动器(補偿器)，起动高压柱塞泵电动机，然后恢复到工作状态。当电源电压出现异常或需停止作业时，按键断电即可；(2)高压柱塞泵吸入油箱工作油(68号抗磨液压油)，输出高压油，并进入压力控制系统；(3)通过溢流阀调节油路压力，为千斤顶提供稳定液压；(4)通过换向阀控制油路方向。如在1位，高压油流向1号管，千斤顶处于加压状态，2号管回油，通过换向阀流入油箱；如在2位，高压油流向2号管，千斤顶处于回油状态，1号管回油，通过换向阀流入油箱；(5)为接入多量千斤顶，增设自制同步阀，油压遵循“同一系统压力等同原则”，由压力表读数和千斤顶技术参数换算出单顶顶力。
图 5高压泵站布置
六、线路加固
在框架桥顶拉施工过程中必须把确保行车安全放在首位，千方百计减少施工对行车和运输生产的影响。原加固方案采用横抬梁结合吊轨梁，由于基底地质差造成严重扎头(最大扎头量达26cm)，修改方案采取工字钢纵、横抬梁便桥架空线路，由持土顶进变更为空顶，全顶程预制滑板。
为防止吊轨梁高出铁路限界，在安设吊轨梁之前，先在主轨下面增设10mm厚橡胶垫板，适当加高线路的轨面高度。
便桥由纵、横抬梁组成，采用I55a工字钢。纵抬梁分为6跨，并根据跨度确定各跨纵梁工字钢的片数，中间填塞硬木填块通过扣件连接；横抬梁有效长度不小于8.5米，间距为1.2米，采用Φ22U型螺栓与钢扣板连接吊轨梁与纵梁。纵抬梁支墩采用φ1.5米的挖孔桩，当框架顶进到与前排支墩挖孔桩相抵触时，将横梁支撑于框架上，拆除前排支墩；挖孔桩采用外齿式现浇护壁支护措施。
七、结语
随着我国城市交通的发展，大跨度、大吨位、长距离框架桥施工得到了蓬勃发展，对解决日益频繁的下穿既有线路问题有很好的发展前景，文章以工程实例为背景，详细介绍了顶拉法施工技术，对同类工程的施工有很好的借鉴意义。
作者简介：虞根淼（1956- ），男，浙江上虞人，供职于浙江正方交通建设有限公司，研究方向：道路桥梁施工技术；俞峰（1957- ），男，浙江萧山人，供职于浙江正方交通建设有限公司，研究方向：道路桥梁施工技术。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：框架桥；顶拉法；铁路；施工技术；下穿既有线
一、工程概况
东三环路(南段)某铁路框架桥在K8+19.748处下穿铁路，交角为103°20′29″。该交叉处铁路位于半径R=500m的圆曲线上，处于路堤填方地段，铁路轨距为1.0m，钢轨型号为43kg/m，定尺12.5m，轨枕间距0.625m。铁路框架桥设计为钢筋混凝土箱形结构，顺线路方向长20.56m，净高9.3m，框架桥施工顶进行程39m，跨度39.05m，总重量达13050吨，顶进断面大，顶进精度要求较高，且工程基底为低液限粘土、粉土，以及有机质高液限粘土，地下水位高，具有中密与中、高压缩性，地基承载力差异较大、强弱不均，施工难度大，顶进过程中箱体的姿态控制非常重要。图1给出了框架桥顶拉就位后，前端A节平面位置。
图 1顶过框架桥平面示意图 (单位：cm)
二、施工方案的比选确定
大型钢筋混凝土框架桥下穿既有铁路一般可以采用顶进方案和顶拉方案，考虑到本工程顶进距离比较长，体量庞大，需要上万吨的顶力，如采用较常规的顶进方案，提供顶力的后背需要做大量的桩基，另外顶铁投入巨大，顶进中姿态很难控制，设备投入巨大。针对工程特点，在对这两种方案充分论证的基础上，现场采用了顶拉方案，即把整座框架桥分A、B、C三节预制，通过16束钢绞线将其串联在一起，根据中继间法的原理，前节和中节箱体均以相临后一节箱体作为后背，依次顶进，最后一节利用其后部的反力装置通过拉索传力顶进，这样不但可以省去后背，顶铁的数量也大大减少，一次顶进需要的顶力也大幅度降低，千斤顶等设备的投入大大减少，千斤顶可以轮换倒用，成本得到大幅度降低。另外，大型钢筋混凝土框架桥分三段顶拉施工，减少了箱体顶进中的姿态控制难度，更有利纠偏。
三、顶拉工艺
图2给出了顶拉工艺流程图。
状态1：顶进前，各节及顶镐处于自然状态，后端梁与C节间预留顶镐行程长度。
状态2：顶进A节，以B节和C节作为后背，顶镐2吃力，顶镐3回油，顶镐1加压，A节箱体前进，并通过拉杆带动后端梁前移；当A节需退回时，顶镐1回油，顶镐2吃力，顶镐3加压，A节可退回。
状态3：顶进B时，以A节和C节作为后背，顶镐1回油，顶镐3吃力，顶镐2加压，B节箱体前进；当B节需退回时，顶镐2回油，顶镐3吃力，顶镐1加压，B节退回。
状态4：顶进C节，以A节和B节作为后背，顶镐1吃力，顶镐2回油，顶镐3加压，C节箱体前进；当C节需退回时，顶镐1吃力，顶镐3回油，顶镐2加压，C节退回。
C节框架顶进就位后，松开顶镐3，此时3组顶镐均处于自然状态，即恢复到状态1，然后再进行下一循环顶进。
图 2顶拉工艺流程图
四、最大顶力计算
框架桥顶与轨底最小净空为0.74m，开挖过程中桥顶覆土将无法保留。按《桥梁施工规范》要求，采用桥顶无覆土时计算顶力，顶力按 公式计算，摩擦系数根据基地土体的最大摩擦角以及启动时需要克服的静摩擦力并结合现场实验来确定，其中A节最大顶力为3410吨，B节最大顶力为2520吨，C节最大顶力为2640吨。
表 1桥体各节在不同阶段顶力监测平均数据表
部位及名称 起 动 滑板空顶 持土空顶 就位顶进 异常顶进 备 注
A节 油压MPa 28 20 28 18 桥体就位时局部吃土顶进
顶力kN 23738.4 16956 23738.4 15260.4
摩擦系数 0.92 0.66 0.92 0.59
B节 油压MPa 26 17 24 16 桥体就位合缝时加大顶力
顶力KN 18369 12010.5 16956 11304
摩擦系数 0.88 0.58 0.81 0.54
C节 油压MPa 23 16 23 15 箱涵就位合缝时加大顶力
顶力KN 12999.6 9043.2 12999.6 8478
摩擦系数 0.83 0.58 0.83 0.54
五、顶拉设备的配备
按最大顶力要求，可选择400t或320t千斤顶，经经济比选和借鉴以往工程的施工经验，本着便于安装和拆除的原则，选定最大顶力400t行程500mm千斤顶，A节框架段需16台400t千斤顶；B节框架段需要14台400t千斤顶；将C节框架段需要10台400t千斤顶。考虑千斤顶的倒用，现场配置16台即可满足要求。经综合考虑，顶镐1需16台，顶镐2需14台，顶镐3需10台，备用2台，共需顶镐42台。
图 3后端梁平面布置图 图 4顶镐及拉杆布置图
框架桥钢筋设计为一整体，施工中不得将钢筋尤其是主筋剪断，因此在框架底板上部设磨耗层，布设顶镐点及拉杆穿线孔。镐窝螺旋筋采用Ø16钢筋，两节的接头位置设顶铁垫板，末节框架后端千斤顶设置于后端分配梁上，同样位置设置顶铁。图3给出了后端梁平面布置图，图4给出了顶镐及拉杆布置图。
1．拉索设计。拉索的选择考虑最大顶力的适配性和经济适用为原则。经比选，采用15Ø15.24mm一束的低松驰钢铰线。根据最大顶力计算，共需在底板上面的磨耗层中设置16束，每侧8束，钢绞线锚固采用OVM15H-15、OVM15-15锚具。拉杆布设于框架底板上部磨耗层，磨耗层采用C30混凝土，钢铰线分16束设置，每束15根，布置于于磨耗层。根据放置千斤顶和顶铁需要，磨耗层两端根据线路交角，做成齿形。施工中在磨耗层混凝土中预埋Ø102mm钢管，并用钢筋固定，最后逐根穿设，前端钢绞线锚固后预埋于第一节框架桥内，钢绞线末端用固定锚具锚定于后端分配梁上。
2．高压油泵的配备。为满足施工需要，确保众多千斤顶在施工中同步均匀受力，利用现有设备进行技术改造，共配备成3组高压泵站，配备设备如表2所示。
表 2高压泵站配备设备
名称 型 号 功率(KW) 生产厂家和状态
油箱 800L 自 制
自耦减压起动器 QJ3-75 75 天正集团(自购)
高压柱塞泵 3D2-SZ 75 天津市通用机械厂(现有)
溢流阀 YF-L20H-Y1 榆次液压有限公司(自购)
换向阀 34SM-L20H-W 榆次液压有限公司(自购)
高压泵站见图5，操作顺序及方法如下：
(1)开动自耦减压起动器(補偿器)，起动高压柱塞泵电动机，然后恢复到工作状态。当电源电压出现异常或需停止作业时，按键断电即可；(2)高压柱塞泵吸入油箱工作油(68号抗磨液压油)，输出高压油，并进入压力控制系统；(3)通过溢流阀调节油路压力，为千斤顶提供稳定液压；(4)通过换向阀控制油路方向。如在1位，高压油流向1号管，千斤顶处于加压状态，2号管回油，通过换向阀流入油箱；如在2位，高压油流向2号管，千斤顶处于回油状态，1号管回油，通过换向阀流入油箱；(5)为接入多量千斤顶，增设自制同步阀，油压遵循“同一系统压力等同原则”，由压力表读数和千斤顶技术参数换算出单顶顶力。
图 5高压泵站布置
六、线路加固
在框架桥顶拉施工过程中必须把确保行车安全放在首位，千方百计减少施工对行车和运输生产的影响。原加固方案采用横抬梁结合吊轨梁，由于基底地质差造成严重扎头(最大扎头量达26cm)，修改方案采取工字钢纵、横抬梁便桥架空线路，由持土顶进变更为空顶，全顶程预制滑板。
为防止吊轨梁高出铁路限界，在安设吊轨梁之前，先在主轨下面增设10mm厚橡胶垫板，适当加高线路的轨面高度。
便桥由纵、横抬梁组成，采用I55a工字钢。纵抬梁分为6跨，并根据跨度确定各跨纵梁工字钢的片数，中间填塞硬木填块通过扣件连接；横抬梁有效长度不小于8.5米，间距为1.2米，采用Φ22U型螺栓与钢扣板连接吊轨梁与纵梁。纵抬梁支墩采用φ1.5米的挖孔桩，当框架顶进到与前排支墩挖孔桩相抵触时，将横梁支撑于框架上，拆除前排支墩；挖孔桩采用外齿式现浇护壁支护措施。
七、结语
随着我国城市交通的发展，大跨度、大吨位、长距离框架桥施工得到了蓬勃发展，对解决日益频繁的下穿既有线路问题有很好的发展前景，文章以工程实例为背景，详细介绍了顶拉法施工技术，对同类工程的施工有很好的借鉴意义。
作者简介：虞根淼（1956- ），男，浙江上虞人，供职于浙江正方交通建设有限公司，研究方向：道路桥梁施工技术；俞峰（1957- ），男，浙江萧山人，供职于浙江正方交通建设有限公司，研究方向：道路桥梁施工技术。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。