马学辉，赵洪印，彭 洋

(中建三局基础设施建设投资有限公司, 湖北 武汉 430000)

1 工程概况

某框架桥顶进工程位于惠州火车西站片区永联路南段，框架桥与铁路相交处的铁路股道共8股，编号为1，Ⅱ，3，4，5，6，7，Ⅷ。将通道改造为单向3车道+单侧人行道的半幅路面，新建框架桥另设半幅路面，桥长约54m、宽18.7m(11.6m+4.5m双孔)，采用钢筋混凝土箱形结构，分4节预制，长度依次为12.5，14.5，14.5，12.5m。横断面依次布置为0.9m宽侧墙、2.0m人行道、2.5m非机动车道、0.8m中墙、11m机动车道、0.6m检车道、0.9m侧墙，共18.7m。框架主体为C40 P10混凝土。框架顶进施工如图1所示。

图1 框架顶进施工

该场地地下水丰富，下伏基岩中的基岩裂隙水含水量少，属于弱透水层。地下水与附近河流联系密切，枯水期向河内排泄，丰水期接受河水补给，水位随季节变化。在基坑及新建框架桥周围分批设置止水帷幕，然后进行基坑开挖、框架顶进。框架桥工作坑平面布置如图2所示。

图2 框架桥工作坑平面布置(单位：m)

2 方案比选

根据工程地质条件、施工技术、工期要求等因素的不同，顶进法分为顶入法、中继间法、对顶法、顶拉法[1]。

1)顶入法 在工作坑一侧修建后背，布设顶进设备，由后背提供反力，增加顶铁等传力装置，一次将框架桥顶进到位。工序简单明了、施工方便，但顶进设备数量大，工作坑布设在铁路一侧，需很大顶力才可顶入。该方法适用于小型框架桥，方便修建后背等工况。

2)中继间法 将框架结构分成几段分别预制，在分段中间设置中继间千斤顶，前端框架结构视后端结构为后背，通过后端结构反作用力进行前端顶进，可缩短框架长度，减少顶铁和后背数量。但顶进过程中，由于两节重心轨迹不易重合，节与节间会出现相对错位和转动。该方法适用于框架顶程过长、覆土厚度较深、提供顶力不满足工程要求的情况。

3)对顶法 将框架分成2段进行制作，在不影响铁路运行的两侧分别开挖工作坑，预制滑板，修建后背墙，同时利用反力将框架顶入土层，减少后背反力和顶力需求，铁路两侧同时施工，提高效率。但两侧框架对接要求较高，建设投资费用较高。该方法适用于框架结构较长、顶力需求较大、工作坑场地限制等情况。

4)顶拉法 将框架桥分成若干节进行预制，以拉杆相连靠自重阻抗交替顶推前进，可省去后背、减少传力设备、降低顶进费用等，但滑板隔离层阻力大、启动困难，对滑板承载力要求高，分节较多，防水处理任务重，需额外控制定向约束。该方法适用于穿越股道多、桥体较长，桥顶覆土较薄或无覆土，后背修筑困难，以及场地窄小等情况。

本项目下穿铁路框架桥重达7 090t，采用顶进法施工，顶程长73m。在涵顶无覆土或覆土较薄、地下水丰富、施工场地受限无法修筑后背的条件下，既要保证营业线安全畅通，又要保证施工进度，普遍使用的一次性顶入法和中继间法难以满足要求。通过研究类似工程，结合本项目情况，采用框架桥分段预制，以涵身自重作为反力顶进框架桥的顶拉法技术，解决框架自重大易扎头、顶程长阻力大、顶进设备众多、施工进度缓慢的难题。创新性地沿框架桥顶进方向，在线路下方开挖10m宽通道，反向挖土出土，实现挖土与顶进同时进行，缩短工期。

3 工艺原理

首先开挖工作坑，分节预制框架桥，并安装顶进系统。采用人工挖孔桩作为支撑，D型便梁扣轨加固线路。线路加固后，在线路下方开挖10m宽通道，反向挖土运土，当框架混凝土强度达到100%后，采用顶拉法顶进框架桥，挖土与顶进连续进行，直至框架桥顶进就位。本项目大型钢筋混凝土框架桥分4段进行顶拉施工。

顶拉法根据中继间原理改进，将整个框架桥分节段预制(一般分3节及以上)，节与节中间设置中继间，作为传力装置。节间的底板安装顶镐，并配备千斤顶。底板安装通长钢绞线，作为拉杆串联框架，并逐节顶进，利用其中3节框架的摩阻力，借助千斤顶(顶镐)克服另外1节框架阻力进而顶拉前进，各节段互为后背，交替顶推前进。另外，节省千斤顶等设备投入，安装简易，降低成本。

4 施工关键技术与操作要点

4.1 施工工艺流程(见图3)

图3 施工工艺流程

4.2 施工技术

4.2.1架空桩施工

用于线路架空的D型便梁安放在人工挖孔桩桩顶，采用P50钢轨对线路按3-3-3-3形式进行扣轨防护，不得同时开挖垂直路基横断面内的桩孔，应跳仓施工，只有待桩孔内混凝土灌注完毕并达到设计强度的50%后才可开挖相邻桩孔。按相关规定，挖孔桩施工期间，列车应限速45km/h。桩孔应备有轻型顶盖，以防雨水侵入后浸泡路基。

4.2.2线路架空

框架顶进采用D12+D24+D12的布置形式，D24施工便梁做主跨、D12便梁做副跨扣轨架空线路。线路钢轨安装在间距为670mm的横梁上，横梁上有若干孔眼，便于安装钢轨扣件。D型便梁最大跨度达50m，若框架桥宽度>50m，可采用吊轨梁加固施工工艺。

D型便梁的横梁在封锁点内采用人工穿设的方式进行安装。先用120t起重机将D型便梁吊至支架平台的小车上，再平移轨道，托梁就位后进行安装。安装时先扒平轨枕盒内的道渣，穿入横梁，调整纵梁位置后再连接纵横梁。

4.2.3滑板及导向梁施工

滑板施工顺序如下：地基加固后清理基底→夯填碎石垫层→开挖滑板锚梁沟及安装钢筋→浇筑滑板混凝土→润滑隔离层。当浇筑滑板时，应将滑板置为前高后低的仰坡(0.5%)，以便有上坡趋势。

当滑板混凝土达到设计强度的90%后，开始施工润滑隔离层，以防止滑板黏结箱体底板，减少框架桥顶进启动时的阻力。滑板润滑隔离层由下向上的铺装顺序为M10水泥砂浆抹面找平、铺1层1mm厚滑石粉及3mm厚1层石蜡、覆盖1层塑料布。

为控制框架桥顶进方向，在滑板框架两侧通长设置导向梁[2]，使顶进时偏位被控制在可控状态。导向梁距框架外边缘净距50mm、宽400mm、高800mm，伸入滑板下600mm、外露200mm。

4.2.4框架桥预制及顶进

4.2.4.1框架桥预制

框架桥采用分节跳仓法进行预制，充分考虑自重及摩阻力关系后，经计算确定分节长度，避免顶进时出现倒退。按经验分节长度一般取框架高度的1.5倍，各节框架桥长度及质量大致相等，注意预留镐窝位置、钢绞线拉索孔道，预埋中继间顶进所需相邻节防护钢板的预埋件及顶进时千斤顶受力点处底板三角垫块的预埋件。为避免扎头，预制框架时在框架底板前端制作50～100cm长的船头坡(见图4)。另外，根据规范要求的高程偏移允许范围，将整个顶进通道(除滑板外)底面做成0.6%的仰坡，实践证明，可有效减少框架桥扎头趋势，防止下沉超出允许值。

图4 可调式船头坡

4.2.4.2顶进工艺(见图5)

图5 顶拉法工作示意

顶拉法具体做法如下：①在每节箱涵的后端底板处根据顶拉力大小对称安置足够的千斤顶，再于每台千斤顶两侧各设1个拉杆(钢筋束或相连接的型钢)，拉杆前端锚固于最前面涵节的前端，后端锚固于后端分配梁上，后端分配梁位于最后涵节后端千斤顶顶芯全部伸出后的总长处(即1个顶镐行程长20～50cm)；②正式顶拉前需试顶，检查千斤顶、钢绞线及分配梁的工作状态，然后正式顶进，首先启动A，B节间千斤顶，以B，C，D节作为后背，顶进A节；③第1节顶进1个顶程后，起动第2节的千斤顶，第1，3节及以后的涵节作为后背，使之前进；④同理，顶进C节，当A，B，C节顺利顶进1个顶程后，开动最后端千斤顶，此时锚固在分配梁上的钢绞线吃力拉紧，以A，B，C 节摩阻力为反力，拉动D节前进，如此循环顶拉到位[3]。

4.2.4.3顶进保证措施

框架桥在顶进过程中，面对复杂的地质条件及外界因素，较难控制顶进姿态，尤其是当箱体离开滑板后，在自重影响下，土体压缩易出现扎头趋势，因此顶进过程中应及时进行纠偏[4]。

1)左右纠偏内部控制 控制千斤顶阀门，使用增减单侧千斤顶顶力的方式纠偏顶进方向。每完成1节框架顶进后，需及时测量方向，最简易的方法是测量框架间的留缝宽度，查看左、右两侧缝隙差值是否一致，即可初步判断方向的精确度。

2)左右纠偏外部控制 顶进过程中发生偏移，框架外侧的导向梁只能被动限位，不能根据偏移量进行主动纠偏。因此，以框架桥两侧间隔5m的混凝土锚桩作为后背，在偏移侧安装千斤顶，一旦发生偏移或出现偏移趋势，千斤顶随即工作进行精确纠偏，循环往复，保证框架桥以设计姿态顺利顶入。

3)高程控制 分为抬头和扎头。若出现较大抬头量，可超挖一部分土体，顶进时进行微调，避免大幅度扰动土体，导致箱体扎头。

本项目采用不同于传统模式的可调式船头坡，通过预埋在箱底端面的螺栓连接预制钢构件与箱身，利用钢板椭圆形螺栓孔上下调节钢板高低位置，从而改变船头坡坡度，操作简单方便，只需调节螺栓松紧即可。

框架桥脱离滑板后，采用边挖土边顶进的吃土顶进方式，本项目突破常规，首先开挖已架空铁轨下方路基，形成贯通的出土通道，允许土方车进出，通道两侧放坡开挖，尽量不扰动其余土体，同步预制框架桥。然后同时开展出土、顶进工序，即工作坑一侧顶进而另一侧出土，互不影响，提高工效。

4.2.5顶力计算

本工程框架长54m，即(2×14.5+2×12.5)m，采用顶拉法进行顶进。通常情况下，最大顶力出现在框架桥脱离滑板后，而此前顶力随顶进距离的增加逐渐增大。取单节14.5m/节进行计算，根据《路桥施工计算手册》[5]：

P=K[N1f1+(N1+N2)f2+2Ef3+RA]

(1)

式中：P为最大顶力(kN)；K为系数，一般取1.2；N1为箱体顶上总荷载(包括线路加固荷载)(kN)；f1为箱顶上表面与顶上荷载的摩阻系数，取0.3；N2为箱身自重(kN)；f2为箱体底板与基底土的摩阻系数；E为箱体两侧土压力(kN)；f3为侧面摩阻系数；R为刃脚下正面阻力，应视刃脚构造、挖土方法、土的性质经试验进行确定，当无试验资料时，可采用砂质黏土500～550kPa，卵石土1 500～1 700kPa 进行确定，此处取550kN；A为刃脚切土正面面积(m2)，取 0.32m2；RA为176kN。

由于箱涵上方已架空，所以N1为0，N2为19 138.5kN(框架自重Q与机具、人群、刃角及未能及时运走的土重等施工荷载的和)。

f2由试验确定，当无试验资料时，视基底性质可采用0.7～0.8，此处取f2为0.8，则N2f2=15 310.8kN。

根据TB 10002—2017《铁路桥涵设计规范》计算水平压力：

e=ξγH1=0.3×18×7.3=39.42kPa

(2)

(3)

式中：e为水平土压力(kN)；γ为填料容重(kN/m3)；H1为填料高度(m)；L为单节框架长度。

将以上各值代入式(1)，整理后得框架最大顶力P为22 589kN，取22 590kN，可作为千斤顶及钢绞线的选取依据。

4.2.6最不利位置的摩阻力检算

将框架桥分为A，B，C，D节，依次长12.5，14.5，14.5，12.5m。自重Qa,Qb,Qc,Qd分别为16 412.5，19 038.5，19 038.5，16 412.5kN。为保证施工和运营安全，依经验取框架涵在滑板上的起动摩阻系数Kq=0.8，框架涵在滑板上的滑动摩阻系数Kh=0.5，框架涵进入地基后的摩阻系数Kr=0.8。选取3个最不利位置进行检算[6]。

1)4节框架涵都在滑板上，前3个已起动，检算最后1节能否被前3节拉动。此时最后1节与滑板的起动摩阻力F1=KqQd=13 130kN，前3节与滑板的滑动摩阻力P1=Kh(Qa+Qb+Qc)=27 244.75kN，P1>F1，所以前3节不动，最后1节可被顶进。

2)第1，2节在土中前进，3，4节在滑板上，检算第2节能否被顶进。

F2=KrQb=15 230.8kN，P2=Kh(Qc+Qd)=17 725.5kN，P2>F2，所以滑板后2节可胜任后背的任务，推动第2节在土中前进。

3)第1～3节在土中前进，第4节在滑板上，检算第3节能否被顶进。

F3=KrQc=15 230.8kN，作为后背的第1，2，4节的摩阻力，P3=Kr(Qa+Qb)+KhQd=3 656.7kN，P3>F3，所以第3节能以第1，2，4节为后背在土中顶进。

综上所述，框架桥分节合理，可顺利从滑板上起动至顶进结束，据此作为选择千斤顶与钢绞线的参考依据。

5 关键技术创新

1)反向挖土连续顶进 线路架空后，沿框架桥顶进方向，在线路下方开挖10m宽的通道。框架桥顶进过程中，在通道内挖土，并由线路非工作坑一侧弃土，实现挖土及顶进同时进行，保证24h连续顶进。改变传统开挖与顶进交替进行的施工方法，缩短工期。

2)顶进过程姿态控制保证措施 ①顶进过程中发生偏移，导向梁只能被动限位，框架桥两侧间隔5m施工锚桩作为后背，在偏移侧安装千斤顶，侧向千斤顶加压配合顶进主动校正方向；②框架桥首节底板设置可调节船头坡，坡度随顶进进行微调，

长50～100cm。滑板前段顶进面开挖时预留0.3%～0.5% 坡度，有效防止顶进施工中的扎头现象。

6 结语

本项目采用顶拉法下穿8股既有铁路框架桥进行施工，具有顶进距离长、框架结构尺寸大、地质情况不良、顶进工法复杂等特点，通过分段预制本框架结构，线路采用D型便梁进行架空，采用改良中继间法的顶拉法进行顶进施工，创新性地使用反向挖土连续顶进、姿态控制技术，成功完成顶进施工。缩短工期20余d，安全可靠，极大地降低施工对铁路既有线的影响，提高D型便梁周转速率，降低施工成本约160余万元，创造了良好的经济和社会效益。