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所属栏目：建筑设计论文发表 发布时间：2011-02-25浏览量:128
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城市顶进地道桥的设计与施工要点
姚庆贺
中国市政工程西北设计研究院有限公司武汉分院，湖北武汉，430056
摘要：随着城市建设发展和铁路提速实现跨越式发展的需要，在铁路既有线采用顶进技术修建下穿式立交桥被全国各城市广泛采用。本文通过总结与实践，对地道桥（箱型框架结构）顶进设计与施工过程中需要控制的关键问题作以介绍。
关键词：顶进，地道桥，设计，施工
1． 城市顶进地道桥的发展情况
顶进地道桥是在铁路提速改造及沟通铁路两侧道路交通建设中广泛采用的一种箱型框架结构。实践证明，在既有线下采用顶进法修建立交桥具有占地拆迁少、对城镇交通干扰小、结构轻巧、适宜配合城市建筑风格等优点，并且可以确保铁路不间断运行[1]。
为解决地道桥顶进施工与列车运行间的矛盾，铁路线架空加固是顶进施工的根本前提。铁路低高度便梁的设计与应用为顶进地道桥的发展创造了便利条件，解决了过去纵挑横抬线路加固法的限速较低（25km/h以内）及列车荷载加剧箱体“扎头”问题。随着城市建设的发展，多箱、超长、超深等大型地道桥越来越多见，大型箱涵顶进施工工艺尤其是软土地基顶进施工技术问题的解决，把箱形桥顶进施工技术提高到了一个新的水平。
2． 城市顶进地道桥的设计与施工要点
总体说来，顶进地道桥结构设计与施工本身较简单，主要技术难点在于顶进工艺设计，常规顶进地道桥设计及施工工艺也并不复杂，但对于大型箱形桥及软土地基地道桥的施工工艺较复杂，其中顶进工艺设计、顶进施工及安全质量控制成为设计与施工过程中需要控制的关键技术问题。
2.1顶进工艺设计
顶进工艺设计主要为工作坑及降水、顶力、滑板及后背、施工便梁加固线路、软土地基加固、预制箱涵等各环节的工艺设计与验算。
工作坑做为地道顶进施工的工作场所及临时结构，应在确保铁路运营安全及顶进施工质量的前提下，力求降低成本消耗。工作坑的尺寸应根据预制箱涵的尺寸、后背尺寸和模板安装、基坑排水等作业空间来确定，后背及两侧一般留有2m左右工作宽度，前段应预留安置刃角及箱体空顶的位置，对深工作坑需进行基坑围护以保证边坡稳定，对难以满足预制及顶进施工需要的土质松软基地需进行地基加固。为保持干槽施工，工作坑应有降排水措施，结合水文地质资料通过地表及基坑底设置排水沟、集水井明排，基底降水可采用轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深井井点等降水方法。
顶力大小受箱体重量、润滑隔离层的力学性能、路基土质、施工方法等因素控制，其直接决定着顶进设备选择及后备设计，正确确定顶力使其具有适度的富余度十分重要。顶力受启动阻力和顶进阻力两者的最大值控制。启动顶力为滑板上的粘结力、真空吸附力及静摩阻力之和，启动顶力综合系数可取0.6~1.0，采用气垫或水垫滑板可取0.3~0.6。文献[1]指出顶进最大顶力可采用如下公式计算：P=K[N1f1+(N1+N2)f2+2Ef3+RA]
K—富余系数，一般取1.1~1.3；
N1—箱体顶上总荷载；f1—顶面摩阻系数，一般取0.4~0.8；
N2—箱体自重；f2—底面摩阻系数，一般取0.6~0.8；
E—箱体侧土压力；f3—侧面摩阻系数，一般取0.6~0.8；
A—刃角正面面积；R—刃角正面土压力，粘性土取0.5~0.6MPa，卵石土取1.5~1.7MPa，允许箱体前超挖土可不计此项。
后背及滑板为临时构筑物，但其承受顶进反力，必须安全可靠方能确保顶进施工顺利进行。后背根据地形及定力需要，可采用天然后背、浆砌片石后背、板桩后背、钢轨混凝土后背等型式，对于大型箱体，应考虑采用中继法顶进及采取加气垫、水垫、滑板润滑隔离优化、后背与滑板连成整体等措施合理减小临时构筑物工程量。
顶进施工中的铁路线路加固目前常采用D型施工便梁加固，列车需#p#副标题#e#限速45km/h。D型便梁的布置需根据铁路限界、线间距、曲线半径及超高等因素综合计算确定，此外需根据地质条件及现场条件选择合理的便梁支墩类型并验算。对于地质较好的小型箱涵可采用浆砌片石条形支墩，对于软土地基的中大型箱涵可采用高压旋喷桩结合混凝土帽梁支墩，对于大型箱涵也可采用人工挖孔桩或预制箱体支墩。
在顶进地道桥中常遇到预制箱身软土地基加固、便梁支墩软土地基加固、设置门槛路基边坡加固及顶进箱体软土地基加固等几个方面。预制箱身前需，对滑板下的承载力进行验算，对承载力不足的软土地基可采用浅层换填或深层搅拌桩处理，有时需与U型槽抗拔桩设置相结合。顶进前，为解决软土地基大型箱形桥顶进扎头问题，需增设门槛及接长滑板，门槛也就是在滑板及线路的适当位置设置排桩，排桩可根据地质及箱涵自重情况采用钢板桩、深层搅拌桩、钢板桩等。同时应对箱身基地的地基承载力及沉降进行验算，难以满足要求时，需对箱身基地软土进行加固处理，通常采用顶进前与便梁支墩同时采用高压旋喷桩对箱身两侧地基进行加固，形成1~2m宽的加固带，待顶进到位后再利用箱底的预留孔进行高压旋喷桩补强加固。
2.2顶进施工及安全质量控制
顶进施工中关键在于确保既有线行车安全、顶进作业及安全质量控制。下面就施工过程中需重点控制的问题进行阐述分析，以供顶进施工参考。
施工前应联系沿线管线产权单位，进行必要的探挖和探测，摸清地下管线情况，对相关管线做好施工期间的保护及抢险应急方案，以保证管线及行车安全。在工作坑开挖、箱形桥顶进施工中，应按设计做好降排水、基坑围护、边坡加固、带土顶进施工以避免路基或基坑垮塌、便梁支墩下沉倾斜发生。
在箱身预制时，对长大箱涵应严格诱导缝设置及施工缝凿毛等处理，对混凝土品质、浇筑时间及振捣进行严格控制，文献[2]指出框架桥由于受到自身约束作用，日照是导致结构温度裂缝的最常见原因，因此施工中应加强混凝土养护，减少温度裂缝及收缩裂缝。
在顶进过程中，控制箱形桥的平面及竖向线形是施工是否成功的关键，顶进监测报警值应按验收规范允许偏差标准的一半控制，即每镐偏差不大于10mm、累计不大于50mm控制。为防止扎头，应降水至开挖面0.5~1m以下，对箱体基底松软土进行加固处理，设置门槛及接长滑板，箱体底板前端设置船头坡及滑板设置0.5%~1%仰坡等措施，加快连续顶进速度、根据监测情况及时调整扎头或抬头量。平面方向偏位容易在斜交顶进及箱体两侧土体开挖不均时发生，对于斜交顶进需根据计算的不平衡力矩调整后背各油顶来加以平衡，在切土前的空顶段通过设置方向墩加以控制，对应箱体的路基拉槽尺寸应小于箱体宽度，以便一旦发生方向偏差，便于用两侧挖土量不同结合油顶不平衡力加以纠偏。
3．工程实践
某城市道路下穿双线铁路干线及专用线，路幅布置为6快2慢的四块板断面，机动车道采用单箱双室框架，每侧非机动车道采用单箱单室框架，下穿双线铁路干线处采用顶进施工，专用线段采用明挖现浇施工。工作坑最大深度4m，采用钢板桩围护结合放坡开挖；因基底存在淤泥质粘土，基坑底地基加固利用U型槽的抗拔桩及接缝处基地的水泥搅拌桩加固，箱身基地结合便梁支墩采用高压旋喷桩加固、顶进就位后通过底板预留孔补桩；线路加固采用2套D24低高度便梁三次纵向移位满足三幅箱体顶进需要；箱身预制分二节段，每节段长12m，设中继顶施工；地基加固、顶进控制及其他各项指标均达到预期要求。
4.结语
随着城市建设的发展，大型、超长、多箱的顶进地道桥越发常见，软土地基地道桥也经常遇到。地基加固技术的不断发展为软土地基箱形桥顶进工程的推广和发展起到了重要推动作用，通过施工工艺的不断完善与创新，顶进施工的风险越来越小，线#p#副标题#e#形偏差控制的防治措施越来越成熟。顶进工艺设计及施工控制需要不断优化与创新，逐步提高到一个新的水平。
参考文献
[1]朱健身，陈东杰．《城市地道桥顶进施工技术及工程实例》．中国建筑工业出版社，2006
[2]卫星，强士中．铁路斜交框架桥顶板裂纹原因分析．桥梁建设，2004年第1期
