摘 要 随着城区改造建设的快速发展，框架桥广泛应用在在铁路与城市道路的“平改立”工程中。面对曲线小半径铁路地段，在地下水量丰富、土质软弱、地基承载力不能满足设计要求的条件下，大跨度斜交框架桥采用中继间顶进法施工。由于桥体吨位较大，结构物重心位置会随着受力状态的变化而发生改变，易发生方向偏离和扎头，轴线偏差和高程控制较为困难。介绍中继间法顶进大跨度斜交框架桥质量控制措施，对类似工程施工具有一定的参考价值。
关键词 斜交框架桥 下穿铁路 中继间顶进 质量控制
Quality control of jacking method in the relay room of skew underpass railway box culvert
Qiu Jiaren
(China Railway 25th Bureau Group 6th Engingeering Co. Ltd.，Liuzhou Guagnxi 545000，China)
Abstract With the rapid development of urban reconstruction and construction, frame bridge is widely used in the "flat to vertical" project of railway and urban road. Facing the small radius railway section of curve, under the condition of abundant underground water, soft soil and insufficient bearing capacity of foundation, the large-span skew frame bridge adopts the jacking method of relay room. Because of the large tonnage of the bridge body, the center of gravity of the structure will change with the change of the stress state, which is prone to direction deviation and heading. The axis deviation and elevation control are relatively good Difficulties. This paper introduces the quality control measures of long-span skew frame bridge with jacking method of relay room, which has certain reference value for similar engineering construction.
Keywords skew frame bridge; under crossing railway; jacking of relay room; quality control
收稿日期：2020-08-16
作者简介：丘家任(1985-),男,工程师。主要从事铁路、市政工程施工与管理。
1 工程概况
柳州市香兰中路东段新建工程位于柳州市柳北区，西起于香兰大道，东终于顺航路，路线全长1.7km。道路下穿柳州外运公司铁路专用线，交点处道路里程为K1+004.091，立交桥主体结构为2孔（18 m+18 m）分离式框架桥，斜交50°布置，桥高9.4 m，桥正截面宽39.5 m，桥长97.15 m。框架桥沿道路方向共分为6段，长度分别为（17+15+16.5+16.5+17+15）m。其中①②⑤⑥号框架采用明挖现浇法施工，③④号框架采用预制中继间顶进法施工。顶程为42 m，铁路为单股道有缝线路，P60轨，Ⅱ型水泥枕，原曲线半径200 m。
顶进施工期间，为保证既有铁路的正常运营，列车限速25 km/h。线路采用I56 b工字钢纵挑横抬梁加固，38根φ1.25 m人工挖孔桩作支撑。工序所需时间长达5个多月。
2 施工难点
（1）基坑开挖深度达11 m，桥址位地下水丰富，基底局部位置有暗涌现象，土质为淤泥质黏土和粉质黏土，含水量较大。
（2）本桥按斜交50°制作，斜截面长度51.56 m，横向跨度与纵向长度比值约为3.1：1，属于大跨度斜交框架桥。与正交框架桥相比，结构受力体系不对称将导致箱涵方向偏移，纠偏难度加大。
（3）斜交框架桥与铁路圆曲线段相接，与正交框架桥相比，顶进时需逐根破除人工挖孔桩，线路加固体系转换频繁，框架顶进受力状态复杂，轨道容易变形，影响行车安全。
（4）2个独立箱体同时顶进，就位时前后端必须保持线型和高程，才不会影响止水带的安装质量，这是本项目对顶进工艺的特殊要求。
（5）桥体自重大，顶程长。框架桥采用C50钢筋混凝土，单节自重达5003.63 t，中继间顶进合计重量达10007.26 t。单个框架设计最大顶力为5746 t，顶程42m。如此规模的框架桥顶进在柳州市政工程尚属首次，在广西区内也实属罕见。
3顶进体系受力状态分析
3.1 框架桥竖向受力状态
（1）框架桥在滑板上实施空顶时，如图1所示，框架所受外力主要来自后背方向的顶力。这时P左=P右。当框架桥由工作坑滑板逐渐向铁路路基顶进时，是由刚性载体向弹性载体过渡的过程，随着桥体重心脱离工作坑滑板，由于土粒弱结合水的影响和毛细水的作用，土壤处于饱和状态，承载力较差，在外力作用下容易压缩沉降，最易导致框架桥产生“扎头”现象，且桥体自重较大，无法依靠前端挖土（超挖和欠挖）实施纠偏。
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图1 框架桥在工作坑滑板的受力状态
（2）框架桥进入铁路范围，进行支点转换过程后，增加了工字钢纵挑横抬梁自重，铁轨自重，列车自重和动荷载，桥体底板所受到的水平摩擦力超过土体的抗剪强度，土壤发生塑性形变，从而失去对框架桥的支撑能力。
3.2框架桥水平受力状态
（1）框架桥在滑板上实施空顶时，滑板因设置了润滑层，摩阻力已大大减小，但由于框架桥的顶进方式为斜交正顶，需要设置转正三角块，确保顶力与顶进方向一致。当顶力通过转正三角块传递到底板前端时，会出现如图2所示的受力状态。底板前端的“三角形”区域形心位于2/3处，M左力矩≈2倍M右力矩，所有“三角形”区域形心力矩叠加就会形成一个顺时针力矩，桥体会有右偏趋势，随着顶进过程的持续叠加，位移越来越明显。
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图2 转正三角块的受力状态
（2）框架桥脱离滑板进入土壤，桥体两侧摩阻力增大，且不能维持在同一条直线上，在平面上形成力偶（如图3所示），易导致框架桥顶进时发生偏向。
（3）框架桥进入铁路范围，桥体两侧增加了路基土压力E左和E右，分别垂直于桥体两个边墙，作用方向不在同一条直线上，形成一个以桥涵平面形心为圆心，桥体向一个方向转动（偏斜）的力偶（如图3所示）。随着框架桥逐渐顶入路基，该力偶逐渐增大，当桥体全部进入路基以后，该力偶达到最大值。
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图3 框架桥在铁路路基的受力状态
3.3线路受力状态
框架桥与纵挑横抬梁发生支点转换后，顶进过程中，支点与框架之间的摩阻力会反作用至线路，导致线路发生位移。
4 施工流程
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图4 框架桥顶进施工工艺流程图
5 顶进施工要点
5.1千斤顶配置
依据设计最大顶力5746 t，后节框架桥采用300 t的千斤顶30台，另配6台备用。按转正块对称布置在桥体与顶进后背桩之间。中继间处亦采用300 t的千斤顶30台，另配6台备用。按顶墙对称布置。桥体左、右孔洞各安装一台油泵进行控制。
5.2顶铁、顶柱配置
采用吊车或者挖掘机配合人工吊放，顶柱按0.1 m，0.2 m，1 m，2 m，4 m等规格安装，按顶进距离随时更换或填补。横梁每4 m布置一道，顶铁、顶柱与千斤顶须成一条直线并垂直于后背。
5.3中继间顶进
本项目采用串联式中继间法，前后节桥体采用钢轨插销和销子盒连接成整体。每镐顶进顶程为0.2 m，每镐施工顺序为：前节框架桥先顶进20 cm，力传递形式由中继间千斤顶→后节框架桥中继间顶墙→端尾千斤顶→顶铁传力柱（含横梁）→后背分配梁。后节框架桥再顶进20 cm，力传递形式由端尾千斤顶→顶铁传力柱（含横梁）→后背分配梁。依次循环，直至前、后节框架桥顶进至设计位置。
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图5 框架桥中继间顶进示意图
5.4试顶
正式顶进前要进行试顶。试顶的顶力一般为桥体自重0.4～0.8倍，使顶镐逐渐加压，每升压一次要稳定几分钟，并由专人对滑板、后背、框架桥和顶进设备进行检查。
5.5挖土作业
挖运土作业采用机械挖土，工作坑开挖时，靠铁路侧和靠后背侧土方由上向下台阶式开挖，按1:1放坡，设置平台。工作坑两侧沿支护桩垂直开挖，边开挖边支护。框架顶进时，分别在左右孔配置1台挖掘机，视顶进情况安排开挖方式，随挖随顶，废弃土方由自卸汽车外运。列车通过时，禁止开挖，施工人员撤离开挖面5 m以外。
5.6支点转换
框架顶进采用破桩法进行支点转换，共分为两个阶段，第1个阶段为框架顶进至第1排支承桩时，设置临时支墩将主横梁的一端支点转移至框架顶部，破除桩基后继续顶进，第2个阶段为框架顶过铁路临近第2排支承桩时，在框架桥端头增加临时支墩将主横梁的另一端支点转移至框架顶部，破除桩基后继续顶进至设计位置。由于铁路位于圆曲线地段，第1阶段和第2阶段的施工需循环交叉施工。支撑桩拆除至设计标高以下1 m位置，并回填级配碎石，人工夯填密实。在顶进过程中，及时调整临时支墩的位置，确保线路安全。
临时支墩采用工字钢支架，每组长度2.5 m，间距3 m，高度按照横抬梁与框架桥顶部的高差进行设置，采用木契进行调平。技术人员按框架桥顶进方向对临时支墩进行定位，确保支墩导向与顶进方向一致。
6 顶进过程中的质量控制
框架涵顶进施工允许偏差：
（1）中线一端顶进允许偏差：200 mm，二端顶进允许偏差：100 mm。
（2）高程允许偏差：1%顶程，且不大于+150 mm、-200 mm。
6.1测量控制
框架桥顶进纠偏的依据来源于测量监控，在施工现场布置测量控制网。配备全站仪、水准仪各一台，框架桥每顶进一镐，同步观测桥体的轴线位置和标高，并做到一人测量、一人复核。每次测量仔细记录数据，分析偏差原因，及时制定方案调整。根据不同情况采取不同的方法进行纠偏，保证工程进度。
6.2高程控制
（1）放坡地段
框架顶进前，对放坡地段预先开挖土方，并做地基承载力试验，结果显示为100～120 kPa，小于设计要求的150 kPa，且地下水丰富。依据3.1-（1）的受力状态分析，所采取的对策为：挖除不合格土质换填C20片石混凝土，每次换填长度3 m，深度1.5 m。施工效果：前节箱体锐角端头高程扎头41 mm，钝角端头高程扎头8mm，后节箱体锐角端头高程扎头15 mm，钝角端头高程扎头23 mm，中继间前后节桥体高程相对最大高差33 mm。重复上述步骤直至支点转换。框架桥顶出铁路范围后亦按此方法施工。
（2）支点转换地段
对支点转换内的土方继续按1:1放坡开挖，并设置平台。对基底做地基承载力试验，结果显示为40～80 kPa，远小于设计要求的150 kPa，且地下水丰富。依据3.1-（2）的受力状态分析，所采取的对策为：缩短施工周期，挖除不合格土质换填C30早强混凝土，每次换填长度3 m，深度2 m。施工效果：前节箱体锐角端头高程扎头38 mm，钝角端头高程扎头4 mm，后节箱体锐角端头高程扎头89 mm，钝角端头高程扎头95 mm，中继间前后节桥体高程相对最大高差91 mm。
从结果可以看出，控制扎头最有效的措施就是提高地基承载力，对于自重较大的桥体而言，效果尤为明显。
6.3轴线控制
（1）顶进工作坑滑板空顶
依据3.2-（1）的受力状态分析，所采取的对策为：滑板两侧设P50钢轨导向墩，间距2 m，埋深0.5 m，露出地面0.5 m。对框架桥顶进方向进行卡控。施工效果：前节箱体轴线向右偏差6 mm，后节箱体轴线向左偏差4 mm，中继间前后节桥体轴线偏差7 mm。
（2）放坡地段开挖空顶
依据3.2-（2）的受力状态分析，所采取的对策为：放弃随顶随挖随纠的常规施工方式，结合换填措施，将放坡地段土方全部开挖，在基坑支护桩和框架之间设C20混凝土导向墩，宽度2 m，埋深0.5 m，露出地面0.5 m。并在靠框架桥侧预埋钢板，减小摩擦力。同时根据测量数据，通过轮流调动左、右半幅的油泵，增减相应的顶力，从而控制桥体顶进方向，避免桥体因偏转过大出现混凝土崩裂或者导向墩挤裂的情况。利用刚性结构有效的引导框架顶进方向，解决了桥体极易发生摆尾的问题，优化了施工工序。施工效果：前端轴线向右偏差42 mm，后端轴线向右偏差30 mm，中继间前后节桥体轴线偏差12 mm。
（3）支点转换切土顶进
依据3.2-（3）的受力状态分析，当框架桥开始支点转换后，由于桥体持续向右偏移，前节框架左侧边墙保持吃土30 cm，右侧边墙超挖30～50 cm，利用土体正面阻力改变桥体顶进走向，同时调整两侧顶镐布置，关闭或者减少左侧千斤顶，右侧千斤顶保持顶力，使桥体右侧顶进速度大于左侧，及时纠正框架桥顶进方向。当框架桥入土深度8.2 m时，桥体左侧土体已被挤实，土压力产生的力矩大于右侧土压力产生的力矩，桥体开始左偏，采用与右偏相反的步骤进行纠偏。当轴线偏差达5 cm时，必须采取纠偏措施，通过顶镐调整与挖土及其他措施结合使用，确保桥体顶进误差在规范允许范围之内。由于前期的施工措施使得桥体仅在纵挑横抬梁范围内（12m）实施切土顶进，顶程的缩短，使得桥体顶进的偏差得到了有效控制。施工效果：桥体顶进就位后，前端轴线向右偏差98 mm，后端轴线向右偏差77 mm，中继间前后节桥体轴线偏差21 mm。
6.4线路抗横移措施
（1）在基坑支护桩冠梁和前节框架桥预先埋设吊环，总计10组，使用倒链葫芦牵引纵挑横抬梁，随着框架桥顶进，调整倒链葫芦松紧程度，确保线路几何尺寸。
（2）临时支墩与框架桥之间垫设φ32钢筋作为滚筒，以便减少摩阻力，减轻水平反力对线路的影响。
施工效果：顶进施工期间，线路状态合理可控。
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图6 线路抗横移措施示意图
7 结束语
（1）框架桥顶进施工历时47天，累计顶程84 m，顶进效率平均1.79 m/天。通过采取以上措施，施工质量得到了有效保障，框架顶进就位后，轴线最大偏差为98 mm，高程最大偏差为95 mm。均在规范允许范围以内。
（2）中继间顶进法施工要坚持勤测量，善分析，顶进过程中随偏随纠，控制一次纠偏量的原则。
（3）大吨位斜交框架桥轴线控制关键在于利用导向墩和土体，同时调整顶力分布，保持中继间处水平偏差在允许范围之内。高程控制的关键在于及时掌握地基承载力、地下水等情况，提高地基承载力，控制扎头，保持中继间处垂直偏差在允许范围之内。支点转换时，注意增加抗横移措施，控制既有铁路线形指标，确保既有线行车安全。以上均是与正交框架桥顶进施工的不同之处。
参考文献
[1] 白国栋. 既有线下斜交顶进桥的顶力计算及有关问题[J]. 铁道工程学报，1994（2）：66-69.
[2] 郭锐. 浅谈铁路顶进框架涵施工的顶进与纠偏[J]. 大观周刊，2013（3）：37.
[3] 徐康，杨晓刚. 斜交下穿铁路多箱涵顶进施工技术要点及纠偏措施[J]. 西部探矿工程，2017（2）：178-181.
[4] 倪香林. 中继间法顶进小角度斜交铁路框架桥的质量控制[J]. 铁道建筑技术，2004（5）：49-51.
[5] 全和顺. 高框架桥长距离顶程下穿高路堤既有线姿态控制[J]. 房地产导刊，2014（32）：304-308.
[6] 范波. 支点法在大跨度框架桥顶进中的应用[J]. 铁道标准设计，2005（10）：96-98.
[7] 任宗军. 既有线斜交框架中继间顶进施工技术[J]. 铁道标准设计，2006（7）：58-60.
[8] 高玉兰. 软塑淤泥地层中继间顶进框架桥施工技术[J]. 铁道标准设计，2011（8）：71-74.
[9] 张伟. 中继间法顶进小角度斜交铁路框架桥施工实践[J]. 科学之友，2008（21）：71-74.
[10] 聂石宇，赵凯. 大跨度斜交地道桥顶进技术研究[J]. 科技风，2009（21）：200.
[11] 张乃乐. 纵挑横抬梁法加固线路在顶进式框架桥工程中的应用[J]. 国防交通工程与技术，2012（3）：78-80.
[12] 胡拥军. 大跨度小角度斜交框架桥顶进施工技术[J]. 铁道标准设计，2005（8）：59-61.