铁路繁忙干线顶进大跨度框架施工技术总结与探讨

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  摘要:本文通过京沪铁路下穿大跨度框架桥顶进施工的工程实例,对便梁加固法框架顶进施工技术中的线路加固、顶进施工等关键工序进行了总结。
  关键词:线路加固;框架桥;顶进施工;铁路营业线
  引言
  随着我国经济的飞速发展,城市规模不断地的提高,市政道路的发展是必然的趋势,为了舒缓交通压力,更是对市政道路的宽度提出更高要求。为了解决新建市政道路与既有铁路之间的矛盾,大跨度框架顶进施工便成为解决这一矛盾的重要方法,然而随着铁路行车密度不断加大,行车速度不断提高,如何能在不间断行车且保证行车安全的情况下施工,将成为我们需要解决的问题。本文通过京沪铁路K473+856处4孔分体框架(10.5m+13.0m+13.0m+10.5m)顶进施工的工程实例,介绍了便梁加固法框架顶进施工技术。
  1工程概况
  本项目在京沪三线处设立交桥下穿京沪三、四线,京沪三、四线属济南铁路局繁忙干线,平均每15分钟就有1辆列车经过施工现场,框架桥中心里程为京沪三线K473+856.19,规划济齐路与京沪三线交点道路里程K3+510.50,立交桥中线与京沪三、四线的夹角分别为70.69度和72.41度。下穿京沪铁路立交桥采用4孔分体框架,其中机动车道框架孔径为13.0m,净高7.55m,边孔顶板厚0.9m,底板厚1.1m,边墙宽0.95m;两侧非机动车道与人行道设置框架孔径为10.5m,净高7.8m,边孔顶板厚0.75m,底板厚1m,边墙宽0.8m;框架主体沿道路长29.24m,顺铁路方向桥长57.45m。
  2主要施工方案
  2.1工作坑开挖
  工作坑在京沪铁路西侧,距离铁路坡脚10m(预留加固线路吊装便梁时大型汽车吊工作面),工作坑不能一次性开挖至标高,挖掘机开挖后,應预留5~10cm厚土用人工进行修整整平,以确保清除浮土及烂泥后立即预制滑床板,同时还能避免挖掘机作业扰动原状土,降低地基承载力。注意工作坑要与后背梁一并开挖,保证滑床板与后背梁钢筋混凝土连成整体。
  工作坑的尺寸除根据箱身结构尺寸确定外。在箱身底板后部要预留2m(千斤顶及一节小顶铁长度),以便布置后背梁及顶进设施。箱身两侧预留1.0m以上便于支立模板及布置水沟、集水井。工作坑顶面宜设置排水明沟,防止雨季地表水倒灌工作坑内。工作坑两侧边坡按1:1坡率控制,靠近铁路侧按1:1.5坡率控制,完成后人工修整边坡,按照每平方米44kg的密度在边坡上挂设Φ8光圆钢筋网片,喷射C30速凝混凝土加固边坡。
  2.2工作坑底板及润滑层施工
  工作坑底板采用C20钢筋混凝土浇筑,厚0.2m,待框架顶进时,将底板延伸至永久基础处,底板下顺框架顶进方向按3m间距设C20混凝土锚梁,锚梁与工作坑底板同时浇筑。工作坑底板上先铺设1:3水泥砂浆,要求砂浆找平压光后厚度小于2cm,再喷2mm厚的机油石蜡,最后铺设整张塑料布隔离层。
  2.3后背梁施工
  本工程设计最大顶力3060t,铁路框架桥后背梁采用C30钢筋混凝土浇筑,高2m,宽1.5m,埋深0.5m,后背桩采用63a工字钢,按8根/m布置,后背桩打入工作坑底板以下3m,后背填土高度5m。
  2.4框架桥预制
  单个箱体预制施工程序:工作底板上绑扎底板钢筋→安装箱身底板模板→灌注底板混凝土→绑扎边墙钢筋→支立边墙、顶板模板→绑扎顶板钢筋→灌注边墙、顶板混凝土→做顶部垫层、防水层→覆膜养护。
  各框架桥按照顶进顺序进行预制。箱身钢筋连接采用闪光对焊。钢筋混凝土分两次施工完成,第一次施工至底板倒角以上2.5m处、第二次施工边墙及顶板。底板加强部、人行道悬臂与箱身混凝土同时浇注。箱身两侧边墙施工缝错开50cm以上,不得位于同一平面上。箱顶防水卷材为氯化聚乙烯,箱顶及两侧涂聚氨酯涂料两遍,箱顶保护层为C40钢纤维混凝土。先预制的箱体边墙可作为后预制箱体边墙的模板,注意在先预制的箱体边墙上预留拉杆孔,箱体间沉降缝用高强度聚乙烯泡沫板覆盖整张塑料布隔离最为经济适用。
  2.5D型便梁加固线路。
  本项目采用D16及D24型便梁加固线路,将线路架空后,施工支点挖孔桩,待挖孔桩支点混凝土强度达到要求后,将便梁纵移至挖孔桩顶,顶进框架桥。
  2.5.1便梁施工
  便梁进场、出场、横移需利用天窗点进行施工,应提前一个月上报要点计划申请,按照路局审批计划时间在点内将便梁装卸、横移、运输完毕。便梁安装程序:调整既有砼枕间距→抽换横梁→架设纵梁,安装联结板及牛腿→安装斜杆和所有联结系统→回填道砟,捣固道床。
  抽换横梁前要先计算好每根横梁的位置,并在钢轨上做好标记,便于以后与纵梁准确连接。根据做好的标记,将既有砼枕间距适当调整。抽换横梁应按工务规则要求“六抽一”。由主梁两端向中心排列抽换,抽一根砼枕,塞一根横梁,人工拖拽的形式将砼枕拉出、横梁拉入并调平,其中有一根钢轨下需要垫大块绝缘橡胶板,防止轨道电路短路,影响信号和行车,塞入横梁后回填捣实道碴,直至所有横梁穿入。未抽出的既有砼枕不得随意拆除,以保证既有线路轨距稳定。
  便梁防护线路进行挖孔桩施工时,采用钢木枕木垛做便梁临时支点,枕木垛底要求清理至道碴底,并整平,保证枕木垛的平稳,然后按计划位置,将两片纵梁就位,待主梁垫稳撑牢后,微调个别偏差的横梁,安装联结板S4及牛腿。
  逐段扒除道碴,安装斜杆和所有联结系统,组装过程中联结板S4及牛腿上Φ23孔均要上满螺栓、弹簧垫圈,不得漏装;牛腿与连接板S4上的全部螺栓应同时上紧,弹簧垫圈置于螺母及平垫圈之间。
  便梁安装达到要求后进行挖孔桩的施工。待桩身砼强度达到要求时,纵移便梁,将便梁两端置于挖孔桩顶部或框架顶,因本项目地处铁路繁忙干线车流量大,所以便梁纵移必须在封锁点内且需接触网停电的情况下,利用汽车吊进行纵梁移动,所移位置的横梁要在纵梁移动前全部抽换完毕,待纵梁到位后,微调个别偏差的横梁与纵梁联结。邻线列车通过时必须停止便梁纵移。   框架桥顶进就位后利用封锁点撤出便梁,线路恢复常速。撤换横梁时,应撤一根钢横梁,随即补充道碴并捣固,不得成段撤换。
  2.5.2支点挖孔桩施工
  考虑机械钻孔所需工作面对铁路路基破坏过大,且对临时支点的稳定性构成威胁,所以本项目线路加固便梁支点采用人工挖孔桩,挖孔桩直径为2.0m,桩长24m,按每排2根,间距4.46m,排距24.5m设置。
  按1:1放坡开挖作业平台,平台顶距便梁纵梁底不小于1.8m净空,出土通道留在盖梁内侧,边坡挂钢筋网后采用C30速凝混凝土防护,平台地面采用10cm厚C15素混凝土硬化,井口设置C30钢筋混凝土锁口,锁口高出设计桩头及原地面0.35m,厚0.3m。开挖桩孔自上而下逐层进行,先挖中间部分的土方,然后扩及周边,有效地控制开挖孔的截面尺寸,护壁采用现浇C30钢筋混凝土,护壁立模后绑扎钢筋,上下节主筋钢筋必须相互搭钩。
  为防止接触网触电,钢筋笼每根主筋长度不得大于5m,利用列车间隔时间逐根放入孔内,并设专人进行监督,在孔内绑扎成钢筋笼,钢筋笼主筋接头采用套丝连接。挖孔桩混凝土灌注采用安装导管地泵输送进行。桩顶预埋P43钢轨,增加便梁的限位措施,防止线路横向、纵向移动。
  2.6框架顶进
  本项目框架桥采用单侧顶进施工,顶进期间线路限速45km/h,每个边孔设计最大顶力为2330t,共需300t千斤顶16台,每个中孔设计最大顶力3060t,共需300t千斤顶20台。便梁全部移至挖孔桩支点上后,开始框架顶进施工。
  本项目框架桥由4孔分体框架构成,施工程序为:开挖1#、3#框架桥基坑→施工1#、3#框架桥基础→顶进1#、3#框架桥→回填1#、3#框架桥两侧铁路路基→纵移挖孔桩支点上的便梁至1#、3#框架桥顶→开挖2#、4#框架桥基坑→施工2#、4#框架桥基础→顶进2#、4#框架桥→回填4#框架桥外侧铁路路基→施工框架间沉降缝→拆除便梁,恢复线路。
  2.6.1顶进挖土及地基处理
  本项目顶进挖土采用大开挖方式施工,即不采用传统的吃吐顶进,而是将铁路路基按1:1坡率向两侧放坡全断面开挖,框架空顶。开挖完成后及时将边坡挂钢筋网喷射速凝混凝土加固。施工挖土前,要探明铁路路基中埋设的地下管线、电缆及其它障碍物,以防止出现挖断影响行车等,同时要与所属单位联系,看其对施工的要求进行处置。顶进开挖面要保持1:1的坡度。为防止塌方伤人,挖土以机械为主,人工为辅,自卸车运土。便梁下侧箱体位置要逐段开挖完成,特别要注意天气变化,每次开挖距离要根据顶进进度决定,尽量做到短时间内箱身能够紧切开挖面,较长时间不顶进时不得挖土。
  地基夯填0.3m砂夹碎石后,采用0.5m厚的钢筋混凝土浇筑基础,施工时注意基础主筋与滑床板的连接,避免顶进前端滑床板与框架桥底部基础脱节引起框架桥扎头或抬头。
  2.6.2顶进施工
  顶进设备安装与调试合格后,进行试顶工作,一般以顶动箱身为止。同时还要注意观察后背和底板的变化。试顶工作是操纵所有千斤顶一起顶出,顶快触到后背后,油压力逐步升高,当克服箱身的起动阻力,箱身被顶动,压力迅速下降。
  试顶后还要进行一次全面的检查,如各部位情况均属良好便可进行正式的顶进。每镐的顶程,通常情况下为800mm。箱身前进后使千斤顶的活塞回复原位,在空档处填放顶铁,待下次开镐,如此循环往复,直至箱身就位。安放顶铁时必须保证每节顶铁的同轴性,且每4~8m安放横梁(分配梁),同轴的顶铁间有空隙时必须用铁楔塞实。顶进时,后背和顶柱上不准站人,防止顶柱弓起崩出或后背意外伤人,且保持箱身不断顶进,如由于某种原因迫使暂时停止箱身顶进时,亦应间续的顶动箱身,以防止箱身阻力增大。
  顶进时,要时刻检查线路加固、箱身、滑床板及后背梁的变化,要全过程监测框架轴线及高程,发生变化时及时采取纠偏措施。如:调整两侧的千斤顶数量,增加或减少顶力调整方向偏差;在框架前端增加横向支撑,迫使框架向相反方向移动。
  2.7监控量测
  本框架桥基坑开挖及顶进施工全过程按设计要求进行监测。确保行车安全及框架正确顶进就位。
  (1)铁路路基边坡监测
  沿线路方向埋设一排观测桩,可设在路肩道床坡脚处,工作坑开挖前进行放线和标高测量,测得各桩初始值;工作坑开挖过程中,每8h测一次,有变化时增加次数;开挖完成后,一周内每一天测两次,但汛期、雨后要增加监测次数。软土路基下沉和水平位移同步发生时,以总变形量来确定报警值,每天变形超过10mm,或总变形量超过40mm时报警。
  (2)线路加固便梁支墩监测
  在支墩上设观测点;线路轨道上设检测点;慢行速度监测点。支墩下沉量及位移每天一次;线路轨道,刚开通时每趟列车通过都要检测,正常情况下2~3次/d;当列车超速严重时,组织慢行测速。汛期、雨天、支墩不稳出现险情时要增加监测频次。钢筋混凝土支墩,单侧支墩下沉和水平位移超过2mm/d或总位移量超过20mm报警;施工期间线路轨道几何尺寸:正线軌距+7mm~-4mm、水平6mm、高低6mm超过时报警;架设便梁后,列车限速45km/h,经监测超过时及时向上级和有关运输部门报告。
  (3)顶进作业过程监测
  在箱身前端设置固定的接收靶,接收靶用厘米方格纸,顶力从油泵压力表读取,经计算获得;水平:每镐偏差超过10mm,累计超过50mm报警;方向:每镐偏差超过10mm,累计超过50mm报警;顶力达到设计最大顶力的80%时,在顶进过程中箱身在方向或高程上出现误差时,及时掌握后续发展趋势,采取相应措施进行纠偏,以防超过报警值后再进行处理。
  结束语
  铁路营业线施工关键是保证列车行车及施工人员的安全,所以一定要严格按照国家营业线施工管理办法进行施工,切实做好施工人员的岗前培训及铁路防护工作,在采取一系列的质量和安全保证措施后,使顶进工作得以顺利进行。本文通过京沪铁路K473+856处顶进施工的工程实例,介绍了便梁加固法框架顶进施工技术,为以后同类施工积累经验。
  参考文献:
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