大角度斜交箱涵在复杂地质环境下的技术探讨

摘要：大跨斜交箱涵等结构被广泛应用在公路、铁路等立体交叉工程中，但大跨斜交箱涵顶进法施工存在诸如施工技术发杂、纠偏难度大等问题。以符夹线扩能工程符离集至新河段平改立工程为背景，从既有线路处理、工作坑开挖、滑板施工、线路加固、箱涵顶进和顶进过程中的纠偏等进大角度斜交顶进箱涵施工技术研究总结，以期能为类似工程提供有意义的参考和借鉴。
关键词：顶进法；箱涵；施工技术；线路加固；便梁
中图分类号：P62 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）03-0134-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.069
Abstract： The structure of large span slant box culvert is widely used in three-dimensional cross engineering such as highway and railway， but the construction of large-span skew box culvert has problems such as difficulty in construction technology and difficulty in rectification. In order to solve the problem of the existing line from the existing line， the work pit excavation， the skateboard construction， the line reinforcement， the box culvert and the jacking process， Large angle oblique jacking box culvert construction technology research summary， with a view to similar projects to provide meaningful reference and reference.
Key words： jacking method； box culvert； construction technology； line reinforcement
随着国民经济的快速发展，道路交通网不断增强，公路和铁路道口不断增加，使得公路与铁路之
间的通行矛盾日益明显。铁路道口由于经常通过火车，不但易造成交通堵塞，并且存在安全隐患，因此，平改立新增工程大量应用于既有铁路线路的改造。道口平改立通常处于交通枢纽地段，安全隐患多、施工风险大，大型平改立框架涵顶进施工无疑将进一步增大安全风险，因此施工方案的不断完善和优化非常重要。
1 工程概况
1.1 概况
符夹线南起符离集站，向西北经淮北市，北抵夹河寨站，行经安徽、江苏两省的宿州、淮北、徐州三市。为增加符夹线的运输能力，进行符夹线扩能工程符离集至新河段平改立工程。该工程范围为岱河站～新河站，里程范围为：K45+000-K78+500，长度为33.5km。
符夹线扩能工程符离集至新河段平改立工程项目平改立下穿立交工程共31处（目前已完成29处）。其中K58+977.7处箱型框架涵跨度7m，涵长24m，用途交通，箱身中心线与符夹线交角最大为45°，属大角度斜交箱涵。
该项目营业线列车通过次数为73对/日。
1.2 地质情况
见图1柱状图。
1.3 水文情况
地下水的主要类型为孔隙潜水及弱承压水，水位变幅受大气降水和地表径流的影响，地下水位一般在1.8-6.0m随季节变化，补给来源主要为大气降水及河渠地表水。
2 大角度斜交顶进箱涵施工技术
2.1 工艺流程
（1）营业线围护→（2）测量放样→（3）地基处理→（4）开挖工作坑→（5）浇筑滑板及后方背→（6）制作隔离层→（7）预制箱身→（8）便梁支墩施工→（9）架設D24型便梁→（10）顶进涵身→（11）拆除便梁→（12）恢复线路。
2.2 工作坑开挖
工作坑开挖施工顺序为：①工作坑放样→②人工挖探→③降水井施工④土方开挖→⑤工作坑喷锚防护→⑥基底平整。
2.3 滑板施工
滑板在预制钢筋混凝土箱涵时是作为施工的垫层，而在顶进施工过程中又作为隔离箱梁和土层的隔离层，起到保证整个混凝土箱涵沉降均匀、有效的隔离土层并能降低钢筋混凝土箱涵同地基土的摩擦力，保证顶进过程的有效进行，其作用十分重要。滑板施工顺序为：①基坑清理→②夯填碎石层→③钢筋砼滑板→④润滑隔离层施工。
滑板润滑隔离层由下向上铺设顺序为：铺石蜡（掺25%机油）一层、M10水泥砂浆抹面2cm、滑石粉一层、塑料薄膜一层、铺石蜡（掺25%机油）面层，层厚4mm，先将石蜡加热至160℃左右，再掺入25%左右的废机油，搅拌均匀后，用扁咀喷壶浇在滑板上，用木板刮平，槽痕用喷灯烤合； 滑板面标高按设计标高低2～3cm控制，底层石蜡铺设完成后立即进行水泥砂浆抹面找平，确保滑板顶面平整； 在水泥砂浆抹面上洒滑石粉一层，厚3mm；在其上铺塑料薄膜一层，搭接方向以顶进方向为准，搭接宽度为0.5m，并采用5cm的塑料胶粘带粘接成整体；最后面层再铺设一层含25%机油的石蜡即可[1，3-4]。
2.4 箱涵顶进
施工程序：①顶进取土→②基底检查处理→③箱涵顶进→④中线、水平测量→⑤纠编→⑥顶柱改建→⑦取土顶进，箱涵顶进经过上述工序的多个循环顶进到位。
2.4.1 顶力计算
顶进时，需要初步估计最大顶力以降低箱涵与土层之间的摩阻力以及箱涵的两边刃角切上抗力的影响，保证箱涵顺利顶进。
根据《铁路桥涵设计基本规范》，按式（1）计算最大顶力
Pmax=1.2[N1·f1+（ N1+ N2） ·f2+2E·f2+R·A] （1）
式中：Pmax-最大顶力，kN；N1-箱涵顶上荷重，kN；N2-箱涵自重，kN；f1-箱涵上表面与荷重的摩阻系数，取f1=0.17～0.34；f2-箱涵底板与基底的摩阻系数，取f2=0.7；E-箱涵两侧土压力，kN；R-钢刃角正面阻力，kN /m2；A-钢刃角正面积，m2。
2.4.2 顶进取土施工
涵顶进采用带土顶进，每次挖土进尺及开挖面坡度根据土质情况、线路加固情况和千斤顶的顶程确定。开挖坡面平顺整齐，不得有反坡；列车通过时，严禁继续挖土，人员应撤离开挖面1m以外。
2.4.3 箱涵顶进
⑴试顶。试顶的目的是检查顶进设备是否正常，顶力是否均匀，后背，滑板及箱身有无异状，并使箱身及滑板分离。
试顶时，油泵需逐渐加压，每次升壓后需稳定10分钟，并对设备、滑板及后背梁进行检查，油泵升压大小及间隔时间如下表：
⑵顶进。顶进工作的过程是：当前方挖土完成一个顶程后，即开动高压油泵，使千斤顶产生顶力，通过传力设备，借助于后背梁反作用力，推动箱体前进。箱体前进后，回镐使千斤顶复原，然后在空档处放入顶铁，以待下次开镐。如此反复直到箱涵顶进就位[2]。
为保证箱形桥顶进质量，必须对顶进过程严格控制，以确保处于同一水平面上，同时要确保轴线符合设计要求。在箱体顶进到位后即可进行线路回填、拆除便梁。
2.5 拆除便梁，恢复铁路线
在箱涵顶进到位后，申请封锁拆除便梁。在拆除便梁施工前，应备足回填用砂及道碴。箱涵两侧先填筑河砂并冲水密实，封锁后线路回填道碴，捣固密实，拆卸D梁牛腿扣件，轨道吊拆除D梁。根据路局封锁天窗时间确定抽换钢横梁根数，调整枕距，回填道碴捣固密实。轨道必须有24h以上的慢行养护时间，待道床基本下沉稳定后且工务验收合格后方可解除慢行恢复常速行车[5-6]。
3 大角度箱涵顶进施工技术难点攻克及创新措施
该工程施工的难点主要为：（1）箱体自重和体积较大，斜交角度大，在顶进过程中对便梁存在威胁，需对便梁支墩采取进一步加固措施；（2）箱涵净空高，距河道近地下水位高且地质情况复杂，顶进出土易造成路基坍塌，控制切土顶入难以实施； （3）箱体自重大，框架涵顶进过程易发生方向偏差、“扎头”及“抬头”现象。针对上述难点，优化后方案如图2。
3.1 便梁加固创新措施
便梁支墩是便梁的主要受力点，在框架涵顶进过程中便梁一旦发生位移将直接造成线路变形，影响行车安全，因此便梁的稳定性十分重要。为进一步加强便梁强度，采取便梁支墩介入设置限位桩方案。该项目便梁支墩设计为人工挖孔桩，采用C40钢筋混凝土浇筑，共需施工6根3排便梁支墩挖孔桩（见图2）。
⑴设置便梁支墩限位桩的目的。对便梁支墩采取加固，增加横向和纵向阻力， 目的是为确保框架涵顶进过程中便梁和线路的稳定，防止便梁发生位移。
⑵便梁支墩（挖孔桩）和便梁限位桩的关系便梁支墩承载了便梁、线路和通行列车的全部重量，为主要受力点。便梁限位桩在便梁支墩桩头对便梁进行限位，加强便梁的横纵向摩擦力，防止便梁在框架涵的顶进过程中发生位移。
⑶ 便梁支墩限位桩的设置和安装方案。在挖孔桩浇筑后期，将P50短轨插入挖孔桩桩头。要求限位桩插入混凝土深度不得低于50 cm，高出混凝土高度建议为30～35 cm为宜。组装就位后，限位桩和便梁间空隙用方木（木枕）塞紧。限位桩不宜过高或过低。过低影响枕木头塞紧强度，过高影响行车安全（见图3）。
⑷设置便梁支墩限位桩的效果。实践证明，便梁支墩设置限位桩可以明显增大便梁横纵向受力强度，防止便梁产生位移。经测量，整个施工过程中，铁道线路纵向和横向位移最大为2 mm。
3.2 框架涵切土顶入路基防坍塌控制
⑴ 框架涵切土顶入的意义和重要性.在框架涵顶进过程中，应严格控制箱体切土顶入。切土顶人的含义是框架涵顶进过程中路基与框架涵（u型槽）侧墙必须充分接触，一般预留150mm×180mm切土厚度，当框架涵整体顶进到预设位置后，框架涵与路基间不应产生缝隙。缝隙严重影响到营业线行车安全，如产生缝隙，应立即采取补救措施，需使用5%水泥稳定碎石填料进行填冲夯实，施工较为困难，增加成本投入。
⑵防坍塌优化方案。该大型框架涵顶进挖土以人工开挖和机械开挖相结合为主，该框架涵下穿既有丁里车站双股道，基坑开挖深度达7.5m，基坑侧墙坍塌隐患较大。在顶进过程中控制过度超挖的同时，还需控制切土顶入。为防止开挖时顶进路线上路基边墙土方坍塌，将采取下述优化施工方案： ①在顶进线路中心路基上挖土断面为长方体（60 cm深，500 cm宽，上方挖空）；②在长方体下方向路基顶部两侧取土修坡（坡深度为25～30 cm），形成约45。的斜坡（斜坡可以防止侧墙土方倒塌）； ③在顶进过程中进一步修坡成直角，减小顶进阻力，直至切土顶进完成。
3.3 框架涵顶进高程控制技术措施
在框架涵顶进过程中，箱体的位置控制相当重要。一旦顶偏或者发生“扎头”、“抬头”情况，后果严重，所以要动态监控和做好防范措施：
⑴加强顶进过程中的动态控制.顶进应贯彻“小挖、慢顶、勤测、勤纠”的原则，每一顶程土方开挖完毕后，及时对轴线高程进行观测，发现偏差及时采取措施纠正。在顶进中如发现左右偏差较大时，可增减一侧顶力调整或用挖土调整，然后继续顶进[7]。
⑵防止框架涵“扎头”和“抬头”措施。由于箱体较大，自身质量过大，当箱身重心脱离工作坑底板时，容易产生“扎头”现象。
①在施工过程中需及时核对设计地质资料，检测滑板下地基承载力是否与设计相符。以免箱体顶进重心在移出滑板端部时箱体前倾“扎头”。
②做好基坑及线路两侧的降水，水位线需降至箱底1m以下为宜，以免箱体带水顶进造成基底土质软化箱体“扎头”。
③在箱体预制时预留滑板仰坡，利用船头坡，将高出部分土壤压至箱底，以防箱体在顶出滑板时因支撑条件变化造成“扎头”船头坡一般采用1：10。
④如箱体吃土過多易造成“抬头”现象，可适当减小箱体前端吃土量控制。
⑶顶进过程框架涵高程控制效果。通过上述控制手段，框架涵顶进施工完毕后，框架涵上下左右偏差均在设计偏差允许范围之内。
4 结语
顶进法施工已成为既有交通设施平改立和增加下穿式立交通道的一种重要施工方法，大角度斜交顶进箱涵施工技术将被逐步推广应用。以符夹线扩能工程符离集至新河段平改立工程为背景，从既有线路处理、工作坑开挖、滑板施工、线路加固、箱涵顶进和顶进过程中的纠偏等进大角度斜交顶进箱涵施工技术研究总结，以期能为类似工程提供有意义的参考和借鉴[8]。
参考文献
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收稿日期：2017-03-22
作者简介：郝子棋（1983-），男，大学本科，高级工程师，研究方向为路桥。