摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展與科技的不斷進(jìn)步，需要在營(yíng)業(yè)鐵路線(xiàn)上增建橋涵以適應(yīng)當(dāng)?shù)亟煌òl(fā)展的需求，箱型框架結(jié)構(gòu)在下穿鐵路線(xiàn)中被越來(lái)越廣泛的采用。就目前情況而言，在橋梁建設(shè)方面普遍采用的是一種名叫“頂進(jìn)法”的施工建造方法，這種方法是在確保鐵路能夠安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，將之前在鐵路路基旁所預(yù)制好的鋼筋混凝土的箱形框架，利用高壓油泵將油壓千斤頂帶動(dòng)起來(lái)，并依靠事先準(zhǔn)備的后背支撐以此頂入鐵路路基當(dāng)中，即可建成鐵路立交橋。這種方法在我國(guó)大中型的立交工程建設(shè)當(dāng)中應(yīng)用較為廣泛。

　　關(guān)鍵詞：交通運(yùn)輸論文,下穿鐵路,框架橋,頂進(jìn),設(shè)計(jì)

　　一、概述

　　頂進(jìn)法施工是一種非開(kāi)挖技術(shù)，可以在不影響地面交通的情況下橫向下穿立交構(gòu)筑物的施工。在既有鐵路線(xiàn)上，有些地方需要增建橋涵。為了不中斷鐵路運(yùn)營(yíng)，目前普遍采用限速行車(chē)直接頂進(jìn)橋涵的方法，即頂進(jìn)法。這種施工方法的特點(diǎn)，是在保證鐵路安全運(yùn)行的前提下，將在鐵路路基一側(cè)預(yù)制好的鋼筋混凝土箱形框架(或圓管)，采用高壓油泵帶動(dòng)油壓千斤頂，并借助于預(yù)先修好的后背支撐，頂入鐵路路基內(nèi)，成為一座鐵路立交橋涵。近年來(lái)隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的穿越既有鐵路線(xiàn)工程采用頂入法施工。本文依據(jù)河北省南水北調(diào)配套工程輸水管線(xiàn)穿越既有鐵路工程，進(jìn)行頂進(jìn)框架橋的設(shè)計(jì)與研究。

　　二、工程實(shí)例

　　1、對(duì)工程的相關(guān)概述

　　杭州某下穿鐵路框架橋工程橫穿滬昆鐵路線(xiàn)，全長(zhǎng)352.23米、道路寬幅48米。屬直線(xiàn)區(qū)段的電氣化鐵路，鋼軌是60kg/m，鋼筋混凝土類(lèi)型的軌枕。依據(jù)該地的地質(zhì)情況可自上而下將其分為：3m厚填筑土、約6m厚粉質(zhì)黏土、約3m厚粉土及風(fēng)化巖。

　　2、結(jié)構(gòu)確定

　　依據(jù)實(shí)際情況及對(duì)道路的安排，將該框架橋結(jié)構(gòu)設(shè)置為單孔11.75m，鐵路的框架橋軸線(xiàn)與其中心線(xiàn)的夾角為76°，且框架橋的軌低到頂板的最小距離為1.4m，其結(jié)構(gòu)凈高是5.4m。此外，框架橋的頂板厚1.1m，側(cè)墻厚為1.0m，其底板厚為1.2m;框架橋的主體約長(zhǎng)13m，前刃角與后平衡重分別為3m和2m。有關(guān)框架橋的橫斷面及縱斷面詳見(jiàn)圖1-2。

　　圖1框架橋橫斷面圖

　　圖2框架橋縱斷面圖

　　2、結(jié)構(gòu)計(jì)算與繪制相應(yīng)的鋼筋圖

　　在對(duì)框架橋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)當(dāng)運(yùn)用鐵路地道橋的CAD系統(tǒng)以及MidasCivil對(duì)其結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行分析，同時(shí)并計(jì)算出相應(yīng)的框架橋其所控制的鋼筋面積，將有關(guān)框架橋的結(jié)構(gòu)鋼筋圖繪制出來(lái)。MidasCivil計(jì)算結(jié)果如下圖3-4所示。

　　圖3結(jié)構(gòu)承載能力彎矩包絡(luò)圖 圖4結(jié)構(gòu)使用性能彎矩包絡(luò)圖

　　4、對(duì)線(xiàn)路的加固及防護(hù)

　　為保證鐵路運(yùn)營(yíng)安全，須在施工期間對(duì)鐵路線(xiàn)進(jìn)行架空處理。鐵路線(xiàn)的架空一般采取人行挖孔樁加D型便梁對(duì)鐵軌進(jìn)行架空，若無(wú)合適跨徑的D型便梁，可采用工字鋼組合架空，工字鋼組合須增加扣軌防護(hù)。因鐵路線(xiàn)上無(wú)法使用大型機(jī)械設(shè)備，人工挖孔樁是最優(yōu)的選擇。本工程采用直徑1.6m和1.2m人工挖孔樁加D16便梁以及兩個(gè)6m跨的工字鋼組合，如圖5所示。

　　圖5架空橫斷面圖

　　5、鋼刃角設(shè)計(jì)

　　鋼刃角是框架橋設(shè)計(jì)頂推施工中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，設(shè)置在框架前端，其主要結(jié)構(gòu)為鋼板焊接并用U型螺栓與框架橋連接。鋼刃角分為頂刃角、側(cè)刃角和中刃角。中刃角現(xiàn)在一般在兩室或多室框架橋設(shè)置，單室的框架橋無(wú)須。頂刃角一般在覆土較厚里設(shè)置，由于有鐵軌架空防護(hù)，在覆土較薄的情況就不設(shè)置頂刃角。本工程項(xiàng)目由于框架橋只有一個(gè)室，覆土厚1.4m，只設(shè)置側(cè)刃角。如圖6。

　　圖6鋼刃角設(shè)計(jì)圖

　　6、對(duì)工作坑的相關(guān)設(shè)計(jì)

　　具體說(shuō)來(lái)，工作坑作為預(yù)制以及頂進(jìn)橋涵的施工基底，其前端僅靠著鐵路，而后端通常是用于布置運(yùn)土的通道以及后背的。后背可以是后背土堆、后背墻或樁，須根據(jù)頂進(jìn)力及工作坑深度及后背土高度因素選取。對(duì)工作坑位置的選取應(yīng)全面考慮鐵路的線(xiàn)路平面、兩側(cè)的地質(zhì)地形、材料的堆放場(chǎng)所等等。例如在頂進(jìn)框架橋經(jīng)過(guò)多條線(xiàn)路之時(shí)，通常都會(huì)避免將工作坑設(shè)在離鐵路正線(xiàn)較近的一側(cè)，這樣一來(lái)便會(huì)對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)母蓴_有所減少，但同時(shí)又應(yīng)選取靠近鐵路線(xiàn)一側(cè)以減少頂推距離縮短施工工期，從而減少對(duì)鐵路線(xiàn)運(yùn)營(yíng)的干擾。此外，對(duì)工作坑的相關(guān)設(shè)計(jì)還應(yīng)符合鐵路部門(mén)的安全標(biāo)準(zhǔn)，若工作坑達(dá)到一定深度時(shí)還須做專(zhuān)門(mén)的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，且坑底的四周設(shè)置排水溝及排水井，以便在施工期間能夠順利排水。

　　對(duì)工作坑的設(shè)計(jì)除了包括對(duì)其后背的計(jì)算之外，還有對(duì)錨梁、導(dǎo)向墩、分配梁以及滑板的設(shè)置。其中，工作坑滑板是作為頂進(jìn)開(kāi)始時(shí)與路基土壤的隔離層以及在預(yù)制箱涵時(shí)的墊底層，盡量防止在對(duì)框架橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行混凝土澆筑的過(guò)程中出現(xiàn)一些不均勻的沉降現(xiàn)象，并且還能避免框架橋結(jié)構(gòu)因其底下土壤的粘結(jié)作用而對(duì)頂進(jìn)起動(dòng)有所影響。除此之外，滑板對(duì)于框架橋進(jìn)行水平面頂進(jìn)運(yùn)動(dòng)起到了一定的導(dǎo)向作用。為了避免框架橋在頂進(jìn)施工之時(shí)，工作坑滑板會(huì)逐漸隨其巨大的頂力而向前移動(dòng)，所以在滑板的頂部應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的潤(rùn)滑隔離層，并在滑板底部向下設(shè)置錨梁，以便提高滑板所能抗滑的能力。導(dǎo)向墩應(yīng)設(shè)在滑板兩端，通常到框架橋邊墻其外側(cè)的距離為5-10cm之間，并且還要沿著頂進(jìn)的方向進(jìn)行設(shè)置，以此能夠很好地控制框架橋在空頂階段向著準(zhǔn)確方向頂進(jìn)。工作坑后背能夠?yàn)轫斶M(jìn)式框架橋提供其所需的最大頂力的支撐結(jié)構(gòu)物，就目前情況而言，普遍使用的是槽鋼或鋼軌樁鋼筋混凝土型后背。

　　三、對(duì)頂進(jìn)施工設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題探究

　　1、確�？蚣軜蝽斶M(jìn)線(xiàn)形的相關(guān)措施

　　為了防止頂進(jìn)過(guò)程中“扎頭”現(xiàn)象的出現(xiàn)，應(yīng)在框架底板的前端位置預(yù)留船頭坡，而在滑板的頂面以及頂刃角處留下1%的仰坡，并且在頂進(jìn)橋涵過(guò)程中還應(yīng)隨時(shí)對(duì)底板標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，以便據(jù)此對(duì)前端挖土的深度有所調(diào)整。另外，在頂進(jìn)過(guò)程中所出現(xiàn)的左右偏差問(wèn)題，可以利用變換左右兩邊不同的頂力及挖土，或千斤頂?shù)奈恢玫却胧﹣?lái)加以控制。運(yùn)用中繼間頂進(jìn)的方式，在節(jié)與節(jié)之間準(zhǔn)備相應(yīng)的剪力楔，以便傳遞剪力，并在頂進(jìn)施工的過(guò)程中使得前后節(jié)箱體重心運(yùn)動(dòng)軌跡能夠盡量重合，以促使剪力楔能夠發(fā)揮最佳的使用效果，避免出現(xiàn)節(jié)間剪力偏大的現(xiàn)象。除此，千斤頂?shù)捻敵淘介L(zhǎng)，頂進(jìn)施工速度相應(yīng)越快，但這需要建立在較高的控制技術(shù)水平的基礎(chǔ)之上，千斤頂頂程在20cm之內(nèi)較好控制。 　　2、確保管線(xiàn)安全的相關(guān)措施

　　在頂進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行挖土?xí)r，自始至終頂部或側(cè)部鋼刃角其入土深度應(yīng)不小于30cm，同時(shí)不能超挖，據(jù)此應(yīng)在鋼刃角的四周標(biāo)識(shí)相應(yīng)的入土及開(kāi)挖標(biāo)志線(xiàn)，使得開(kāi)挖面能和側(cè)刃角的前端保持平行。在每次頂進(jìn)之前，應(yīng)首先在框架橋的頂進(jìn)前方開(kāi)挖探洞，以弄清楚在前方的土壤內(nèi)是否有阻礙頂進(jìn)作業(yè)的一些障礙物，例如一些孤石、不明管線(xiàn)等，以保證每次的頂進(jìn)作業(yè)能夠安全順利的完成。為了盡量減少在施工過(guò)程中所出現(xiàn)的變形現(xiàn)象，防止頂進(jìn)施工時(shí)帶動(dòng)路基促使土體移動(dòng)，并使得框架與土壤之間的摩擦力減小，可采取措施：第一，對(duì)框架預(yù)制中的施工工藝采取嚴(yán)格地控制，確保框架的表面能夠平整光滑，并且在頂進(jìn)之前能夠?yàn)轭A(yù)制框架的外表涂上潤(rùn)滑層;第二，頂推第一節(jié)框架前的側(cè)板和頂板外側(cè)設(shè)置鋼刃角;第三，在鋼刃角的前端可設(shè)置相應(yīng)的注漿管，隨頂隨灌可以變?yōu)槟酀{，并在框架的周?chē)�組成泥漿幕，這樣一來(lái)，對(duì)路基既有了“護(hù)壁”作用，而且還能更好地減少頂進(jìn)作業(yè)所遭受到的阻力。具體說(shuō)來(lái)，注漿管的類(lèi)型宜選用60mm的鋼管，布置10mm梅花形的注漿孔，配制灌注泥漿時(shí)要依據(jù)施工的具體情況對(duì)其稠度進(jìn)行調(diào)整，注漿要連續(xù)進(jìn)行，不能中斷也不能堵管，促使頂進(jìn)作業(yè)能夠順利完成。此方法跟頂管施工中在頂管外側(cè)布孔注泥漿以減阻類(lèi)似。

　　四、在施工過(guò)程中所遇到的問(wèn)題及相應(yīng)的處理措施

　　1、掌子面發(fā)生塌方

　　在頂進(jìn)施工之后，因沒(méi)有按照設(shè)計(jì)的相關(guān)要求確保掌子面的傾斜度，致使掌子面出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的超挖現(xiàn)象，鋼刃角入土的深度也不符合設(shè)計(jì)的要求，并最終會(huì)導(dǎo)致刃角脫空現(xiàn)象的出現(xiàn)。除此，另外一個(gè)重要的原因在于人工填筑土，使得分布的密實(shí)度很不均勻，在遇到雨水之后土壤便會(huì)變得松軟膨脹，才致使掌子面出現(xiàn)局部且密實(shí)度較小的塌方。采取的處理措施：首先，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)時(shí)所規(guī)定的掌子面的傾斜度以及鋼刃角的入土深度來(lái)開(kāi)展相應(yīng)的挖掘，不允許超挖;其次，由于有鐵路線(xiàn)架空防護(hù)，對(duì)于框架頂覆土可進(jìn)行掏空處理，但對(duì)于框架兩側(cè)的土體須按設(shè)計(jì)進(jìn)行加固處理。

　　2、框架頂進(jìn)水平偏斜

　　由于本框架橋與鐵路線(xiàn)斜交，框架為斜框架，雖采用齒墩輔助頂推，但難免出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)。處理措施為：首先，在框架側(cè)面設(shè)置橫向千斤頂進(jìn)行糾編;其次，調(diào)整后座頂進(jìn)千斤頂?shù)捻斄Σ贾�，使其作用于框架上的頂力形成糾偏的力矩，克服框架轉(zhuǎn)動(dòng)力矩;最后，調(diào)整左右兩側(cè)的挖土量以通過(guò)調(diào)整側(cè)土壓減少偏斜的發(fā)生。

　　3、頂進(jìn)“栽頭”，確保箱身頂進(jìn)誤差不超限的必要措施有

　　降低地下水至開(kāi)挖面以下0.5-1.0m，避免擾動(dòng)基底土層; 加快連續(xù)頂進(jìn)速度、加強(qiáng)監(jiān)測(cè); 設(shè)門(mén)檻接長(zhǎng)滑板，加長(zhǎng)重心移動(dòng)滑板時(shí)間等。人為地預(yù)先設(shè)置門(mén)檻并接長(zhǎng)滑道板，對(duì)預(yù)防軟土地基頂進(jìn)“栽頭”是極其重要的，應(yīng)在軟土地基箱形橋頂進(jìn)施工中堅(jiān)持和推廣。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　綜上所述，采用“頂進(jìn)法”的方法對(duì)下穿鐵路框架橋進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)非常有益，其應(yīng)用也是十分地廣泛。但在設(shè)計(jì)時(shí)也要注意到幾點(diǎn)：首先，有關(guān)下穿鐵路框架橋的結(jié)構(gòu)應(yīng)綜合多方面的因素加以考慮，以進(jìn)一步為行人以及行車(chē)營(yíng)造出良好交通環(huán)境;其次，在進(jìn)行頂進(jìn)式框架橋施工時(shí)，其所采用的鋼筋含量必須比現(xiàn)澆的框架要大，須進(jìn)行詳細(xì)周全的結(jié)構(gòu)計(jì)算，避免在進(jìn)行頂進(jìn)作業(yè)時(shí)發(fā)生裂縫，甚至是斷裂等;再次，為保證鐵路線(xiàn)安全運(yùn)營(yíng)，須設(shè)置鐵軌架空防護(hù)，架空的D型便梁根據(jù)框架跨度等情況選用;最后，依照框架橋的實(shí)際情況對(duì)其附屬結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的輔助工程進(jìn)行設(shè)置，并選用適當(dāng)?shù)臉?gòu)造形式以及數(shù)量，確保框架橋在以后的使用過(guò)程中仍能體現(xiàn)整體上的美觀以及穩(wěn)定。

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