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          科學技術論文

          有高差的鐵路下穿框架橋對頂施工技術

          時間:2022年03月26日 所屬分類:科學技術論文 點擊次數:

          摘要:豐潤動車城外環公路下穿京哈鐵路地道橋工程,采用兩座存有高差的框架橋對頂施工。工程整體地形、地質條件復雜,箱體超高,施工組織困難、頂進精度不易控制;抗移樁的存在限定了工期。通過設置線間通道、減弱結構的土壓力、通過土工試驗確定留土高度、采用異型抗橫

            摘要:豐潤動車城外環公路下穿京哈鐵路地道橋工程,采用兩座存有高差的框架橋對頂施工。工程整體地形、地質條件復雜,箱體超高,施工組織困難、頂進精度不易控制;抗移樁的存在限定了工期。通過設置線間通道、減弱結構的土壓力、通過土工試驗確定留土高度、采用異型抗橫移系統等措施對施工進行控制,確保了 施工安全、進度和效益,效果顯著,為以后類似工程施工提供了很好的借鑒。

            關鍵詞:鐵路下穿工程;框架橋;對頂;高差;抗橫移系統

          鐵路工程技術

            1 工程概況

            豐 潤 動 車 城 外 環 公 路 下 穿 京 哈 鐵 路 地 道 橋 工程,位于河北省唐山市豐潤區小營村。地 道 橋 為8m-13.5m-13.5m-8m 四孔 框 架 地 道 橋,與 京哈鐵路交點里程為 K162+91.76m。本工程設兩座橋,對頂施工,其中京哈下行線北側設 置1#基 坑,預制1#箱體,由北向南頂進,頂程33.6m。京哈上行線南側設置2#基坑,預制2#箱體,由南向北頂進,頂程39m。地 道 橋 總 長 為45.824 m,其 中1#箱體長21.018m,高8.9m。2#箱體長24.776m,高12.15m?驑嫷装、中墻、側墻厚1.1m,頂板厚1m,加腋尺寸1.8m×0.6m,橋寬均為48.5m。

            本工程穿越京哈鐵路。既有京哈鐵路為雙線電氣化鐵路,兩股 鐵 軌 中 間 距19.844 m,鐵 路 位 于 直線段上,橋位處路基填高約3m。此處京哈下行線低、上行線高,上、下行高差3.25m,上、下行分別位于8.5‰和4‰的縱坡上。線路加固采用扣軌縱橫工字鋼梁加固體系,單股線路加固長度87.5 m,寬 度25 m? 軌 采 用50kg/m 鋼 軌,組 裝 方 式 3-5-3扣 軌。橫 梁 采 用I40b工字鋼,間距0.9 m。橫 梁 的 一 端 支 撐 在 框 構 橋 頂板上,另一端支撐在抗移樁上的冠梁上?v梁采用I45b工 字 鋼,沿 線 路 方 向 在 線 路 兩 側 布 置,縱 梁 工字鋼與橫梁工字鋼用直徑22mm U 型螺栓連接在一起,兩端置于枕木垛基座或護坡樁樁頂冠梁。本工程是豐潤動車城外環的重要節點,也 是G102國道改線之后的重要節點,建成后能大幅緩解豐潤區的貨車通行壓力。

            2 工程難點及針對性措施

            2.1 線間地形條件復雜

            2.1.1 施工難點本工程位于鐵路的線路區間地段,鐵路線路為封閉線路,施工機械不能跨越鐵路,所有施工只能依靠人工進行。橋位處鐵路線路有3.25m 高差,兩鐵路線間 距 19.844 m,既 有 地 面 為 路 基、邊 坡、排 水溝、邊坡、路基斷面形式。整體地形比較復雜,期間還有排水管涵,均不利于施工。

            2.1.2 設置線間通道借助施工區域外的橋梁通道進入鐵路線間,沿鐵路線路設置人行通道并設置硬隔離設施,確保施工人員和列車運行的安全。利用施工區域的排水管涵接通水、電和混凝土地泵,為現場施工提供必須的保障。因線間施工,無論鉆孔樁還是挖孔樁均需將土方或泥漿進行外運,鐵路樁基數目多,將產生的土方向兩側施工區域內倒運,形成土平臺,保證線間內施工,同時倒運的土方高度不會對鐵路行駛造成影響。

            2.2 箱體超高

            2.2.1 施工難點以往地道橋的外高一般為8m,而本工程2#橋外高12.15m,是一般地道橋的1.5倍還多,且橋寬為48.5m,長24.776m。長高比為2∶1,長寬比為1∶2。地道橋的底面受力面積小,側墻摩阻力較常規地道橋靠上。頂進受力位于底板,橋體所受抬升的扭矩增大,頂進就位精度不易控制。兩座橋梁需要對頂合攏,對頂進施工的精度要求非常高。

            2.2.2 減小側面摩阻力、降低正面阻力針對2#箱 體 結 構 重 心 上 移,摩阻力受力較高的情況進行箱體受力分析。根據分析,頂進過程中側面摩阻力與底板所受的頂力形成的抬頭力矩將會增大,將不利于箱體的姿態控制,需降低正面阻力及側面阻力。(1)減少側面阻力:邊墻土壓力的大小及其分布規律受到墻體可能的移動方向、墻后填土的種類、填土面的形式、墻的截面剛度和地基的變形等一系列因素的影響。邊墻完全沒有側向位移、偏轉和自身彎曲變形時,作用在其上的土壓力即為靜止土壓力,此時墻后土體處于側限應力狀態(彈性平衡狀態),與土的自重應力狀態相同。將箱體兩側注入觸變泥漿減少側面土體對箱體的阻力[1]。

            通過試驗獲取觸變泥漿配比為:膨潤土∶CMC∶純堿∶PHP∶水=6%∶0.1%∶0.3%∶0.2%∶93.4%,注入觸變泥漿同時邊墻外面涂蠟,使石蠟附著于混凝土防水卷材表面,形成一層蠟膜,從而能夠進一步減小頂進施工中結構與外側土體之間的摩阻力,減少50%~70%的 摩 阻 力,最 終 外 側 土 壓 力 減少至7082.5kN。(2)減少正面壓力:將箱體前方刃角的土及兩側邊墻的土全部清理,使箱體正前方沒有阻力,減少正面阻力對箱體的干擾。頂進時,前刃角處要本著“非必要,不吃土”的原則,即箱體不扎頭就不吃土頂進,將側方土體清至邊墻外面以內10cm 左右,在保證路基土體不塌方的情況下,減弱前段的抬升力矩。

            2.3 土質復雜

            2.3.1 施工難點

            工程地點地形復雜、水位較高?辈靾蟾骘@示,2#基坑區域地層較為平緩,不同地層成上下分層狀態。1#基坑區域位于不同地層的縱向變化地帶,僅在1#基坑區域內,坑底就呈現出4種不同的地 質狀態,其土質分 布、性 質。地 下 水的區域分布也很明顯,東側1/3區域有地下水,較豐富,中西2/3區域無地下水。土質條件的復雜性給頂進施工精度控制增加了難度。

            2.3.2 通過土工試驗

            確定留土高度基坑開挖后,對底板前方的粉質黏土進行土工試驗模擬、對土方的壓實度進行檢測,控制底板前方土的預留高度。線間施工路基防護樁及支撐樁時,將地質變化的位置深度及地質層的厚度進行記錄,并繪制成簡易地質圖。同時通過對補充勘探的地質報告及地質圖共同研究,分析出抗移樁及箱體位置的大致地形地質,對可能遇到的施工問題進行提前分析模擬并提出可行的有效措施。既有框構橋底板土進行取樣,做壓實度試驗,求得頂進前方土壤壓實度,采用灌砂法測取壓實度,壓實度為干密度/最大干密度,F場實際采集土方,通過灌砂法檢測壓實度:經過實際測量灌砂桶與原有砂重質量為4000g,圓錐體內砂重質量為270g,灌砂筒與剩砂質量2720g,砂密度P砂 為1.4g/cm3。試樣 m 為1460g;稱取30g試樣,用酒精加熱后稱重質量為25.9g,則最大干密度P大 為1.89g/cm3。土體總質量 M =(4000-270-2720)g=1010g,土體總體積V =M/P砂 =721.4cm3,濕土密度P土 濕 =m/V =2.02g/cm3,含水量 W 水 =(30-25.9)g/25.9g=15.8%,干土密度P干 =P土 濕/(1+W 水 )=1.74g/cm3。獲得壓實度K =P干 ×100%/P大 =92.06%。

            先根據以往鋪筑假定一個松鋪系數,以該松鋪系數作為試驗段的參考值,然后測得原有土的高程h1,之后預留土 方 測 得 松 鋪 高 程h2,最 后 測 得 壓 實后的 高 程 h3,壓 實 系 數 為 K = (h3 -h1)/(h2 -h1)。則松鋪系數X= (h2 -h1)/(h3 -h1),計算值為1.08。通過土體壓實度及松鋪系數計算,當頂進前方土達到試驗要求的壓實度時,壓實后的高程h3 一定時,h2 與h1 成正比關系,如果箱體頂進趨勢向下沉、則將h2 預留土厚度變大,反之,控制h2 預留土厚度變小。

            2.4 抗橫移系統的設置

            2.4.1 施工難點

            抗移樁是頂進地道橋施工必需的臨時樁基,其作用是在頂進過程中抵抗橋體對線路的摩擦力、支撐線路加固體系,以保證鐵路軌道的穩定,進而保證列車的行駛安全。本工程為對頂施工,兩座橋需分別設置抗移樁,2#箱體抗移樁設置在1#箱體就位框構橋范圍內;1#箱體抗移樁 設 置 在2#箱 體 就 位 框 構 橋 的 前 懸臂板下。這種設置解決了兩個箱體的抗移樁問題,但是也限定了頂進施工的順序,頂進不能同時進行。需先進行2#箱體頂進施工,就位后再進行1#箱體的頂進,頂進至2#箱體抗移樁時先進行鑿除,鑿除完成后再繼續頂進,至頂進就位。整個施工需依次進行2#橋和1#橋的線路加固、頂進施工、鑿除抗移樁,整體頂 進 施 工 工 期 長,對 鐵 路 運 行 影 響 時 間長,同時安 全 壓 力 大。而 且,鑿 除 2# 箱 體 抗 移 樁時,高出1#橋體頂面的部分難以施工,鑿除過程風險較大。

            2.4.2 采用異型抗移樁系統

            為了降低2#橋體抗移樁鑿除過程中的施工風險,縮短對鐵路運行的影響時間,經研究提出了一種能夠雙向使用的異型抗移樁頂進系統,變更原來兩排抗移樁為可雙向抗移的單排抗移樁。將抗移樁 設 置 在 2# 箱體框構橋前懸臂板下方。將常規 的“L”型 冠 梁,調 整 為“ㄣ”型 冠 梁。下部“丨”區域冠 梁 與 抗 移 樁 相 連,為1#箱 體 頂 進 提供抗移。中間的“一”位于兩橋體前懸臂板中,并伸出2#箱體框構橋前懸臂板。上部“丨”區域冠梁位于2#箱體前懸臂正前方,為2#箱 體 頂 進 提 供 抗移。通過此設置,解決了兩座框構橋無法同時頂進施工、施工工期長、鑿 除 風 險 高 的 難 題,減 少7d頂進時間(鑿除2#橋體抗移樁2d,1#橋體頂進時間5d)?挂茦豆诹航Y構如圖5所示。根據頂進距離及時間分析,下部線路加固體系先開始對冠梁產生作用,上部線路加固體系再對冠梁進行作用,如圖6所示。需檢算抗移樁冠梁厚度是否能在實際中抵消加固體系產生的水平橫向力。

            3 工程效果

            以豐潤動車城外環公路下穿京哈鐵路地道橋工程為例,通過設置臨時通道、減弱四周土體壓力、施作土工試驗、設 置 異 型 抗 移 樁、合 理 組 織 施 工 等 措施,使本工程對頂施 工圓滿完成、接 縫 處 誤 差 3mm,精度符合要求。此施工有效減少了施工人員、縮短了工期,大幅節約成本,降低了對鐵路運營的影響時間,值得廣泛推廣使用。

            參考文獻

            [1]王明勝,劉大剛.頂管隧道工程觸變泥漿性能試驗及減阻技術研究[J].現代隧道技術,2016,53(06):182-189.

            作者:王朝騰

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