摘要：隨著我國經濟的飛速發展與科技的不斷進步，需要在營業鐵路線上增建橋涵以適應當地交通發展的需求，箱型框架結構在下穿鐵路線中被越來越廣泛的采用。就目前情況而言，在橋梁建設方面普遍采用的是一種名叫“頂進法”的施工建造方法，這種方法是在確保鐵路能夠安全運行的基礎上，將之前在鐵路路基旁所預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起來，并依靠事先準備的后背支撐以此頂入鐵路路基當中，即可建成鐵路立交橋。這種方法在我國大中型的立交工程建設當中應用較為廣泛。

　　關鍵詞：交通運輸論文,下穿鐵路,框架橋,頂進,設計

　　一、概述

　　頂進法施工是一種非開挖技術，可以在不影響地面交通的情況下橫向下穿立交構筑物的施工。在既有鐵路線上，有些地方需要增建橋涵。為了不中斷鐵路運營，目前普遍采用限速行車直接頂進橋涵的方法，即頂進法。這種施工方法的特點，是在保證鐵路安全運行的前提下，將在鐵路路基一側預制好的鋼筋混凝土箱形框架(或圓管)，采用高壓油泵帶動油壓千斤頂，并借助于預先修好的后背支撐，頂入鐵路路基內，成為一座鐵路立交橋涵。近年來隨著我國國民經濟的發展，國內越來越多的穿越既有鐵路線工程采用頂入法施工。本文依據河北省南水北調配套工程輸水管線穿越既有鐵路工程，進行頂進框架橋的設計與研究。

　　二、工程實例

　　1、對工程的相關概述

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

　　2、結構確定

　　依據實際情況及對道路的安排，將該框架橋結構設置為單孔11.75m，鐵路的框架橋軸線與其中心線的夾角為76°，且框架橋的軌低到頂板的最小距離為1.4m，其結構凈高是5.4m。此外，框架橋的頂板厚1.1m，側墻厚為1.0m，其底板厚為1.2m;框架橋的主體約長13m，前刃角與后平衡重分別為3m和2m。有關框架橋的橫斷面及縱斷面詳見圖1-2。

　　圖1框架橋橫斷面圖

　　圖2框架橋縱斷面圖

　　2、結構計算與繪制相應的鋼筋圖

　　在對框架橋的結構進行計算時，應當運用鐵路地道橋的CAD系統以及MidasCivil對其結構的受力情況進行分析，同時并計算出相應的框架橋其所控制的鋼筋面積，將有關框架橋的結構鋼筋圖繪制出來。MidasCivil計算結果如下圖3-4所示。

　　圖3結構承載能力彎矩包絡圖 圖4結構使用性能彎矩包絡圖

　　4、對線路的加固及防護

　　為保證鐵路運營安全，須在施工期間對鐵路線進行架空處理。鐵路線的架空一般采取人行挖孔樁加D型便梁對鐵軌進行架空，若無合適跨徑的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。因鐵路線上無法使用大型機械設備，人工挖孔樁是最優的選擇。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、鋼刃角設計

　　鋼刃角是框架橋設計頂推施工中的關鍵結構，設置在框架前端，其主要結構為鋼板焊接并用U型螺栓與框架橋連接。鋼刃角分為頂刃角、側刃角和中刃角。中刃角現在一般在兩室或多室框架橋設置，單室的框架橋無須。頂刃角一般在覆土較厚里設置，由于有鐵軌架空防護，在覆土較薄的情況就不設置頂刃角。本工程項目由于框架橋只有一個室，覆土厚1.4m，只設置側刃角。如圖6。

　　圖6鋼刃角設計圖

　　6、對工作坑的相關設計

　　具體說來，工作坑作為預制以及頂進橋涵的施工基底，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，須根據頂進力及工作坑深度及后背土高度因素選取。對工作坑位置的選取應全面考慮鐵路的線路平面、兩側的地質地形、材料的堆放場所等等。例如在頂進框架橋經過多條線路之時，通常都會避免將工作坑設在離鐵路正線較近的一側，這樣一來便會對鐵路運輸的干擾有所減少，但同時又應選取靠近鐵路線一側以減少頂推距離縮短施工工期，從而減少對鐵路線運營的干擾。此外，對工作坑的相關設計還應符合鐵路部門的安全標準，若工作坑達到一定深度時還須做專門的基坑支護設計，且坑底的四周設置排水溝及排水井，以便在施工期間能夠順利排水。

　　對工作坑的設計除了包括對其后背的計算之外，還有對錨梁、導向墩、分配梁以及滑板的設置。其中，工作坑滑板是作為頂進開始時與路基土壤的隔離層以及在預制箱涵時的墊底層，盡量防止在對框架橋結構進行混凝土澆筑的過程中出現一些不均勻的沉降現象，并且還能避免框架橋結構因其底下土壤的粘結作用而對頂進起動有所影響。除此之外，滑板對于框架橋進行水平面頂進運動起到了一定的導向作用。為了避免框架橋在頂進施工之時，工作坑滑板會逐漸隨其巨大的頂力而向前移動，所以在滑板的頂部應設置相應的潤滑隔離層，并在滑板底部向下設置錨梁，以便提高滑板所能抗滑的能力。導向墩應設在滑板兩端，通常到框架橋邊墻其外側的距離為5-10cm之間，并且還要沿著頂進的方向進行設置，以此能夠很好地控制框架橋在空頂階段向著準確方向頂進。工作坑后背能夠為頂進式框架橋提供其所需的最大頂力的支撐結構物，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、對頂進施工設計的相關問題探究

　　1、確保框架橋頂進線形的相關措施

　　為了防止頂進過程中“扎頭”現象的出現，應在框架底板的前端位置預留船頭坡，而在滑板的頂面以及頂刃角處留下1%的仰坡，并且在頂進橋涵過程中還應隨時對底板標高進行測量，以便據此對前端挖土的深度有所調整。另外，在頂進過程中所出現的左右偏差問題，可以利用變換左右兩邊不同的頂力及挖土，或千斤頂的位置等措施來加以控制。運用中繼間頂進的方式，在節與節之間準備相應的剪力楔，以便傳遞剪力，并在頂進施工的過程中使得前后節箱體重心運動軌跡能夠盡量重合，以促使剪力楔能夠發揮最佳的使用效果，避免出現節間剪力偏大的現象。除此，千斤頂的頂程越長，頂進施工速度相應越快，但這需要建立在較高的控制技術水平的基礎之上，千斤頂頂程在20cm之內較好控制。 　　2、確保管線安全的相關措施

　　在頂進過程中進行挖土時，自始至終頂部或側部鋼刃角其入土深度應不小于30cm，同時不能超挖，據此應在鋼刃角的四周標識相應的入土及開挖標志線，使得開挖面能和側刃角的前端保持平行。在每次頂進之前，應首先在框架橋的頂進前方開挖探洞，以弄清楚在前方的土壤內是否有阻礙頂進作業的一些障礙物，例如一些孤石、不明管線等，以保證每次的頂進作業能夠安全順利的完成。為了盡量減少在施工過程中所出現的變形現象，防止頂進施工時帶動路基促使土體移動，并使得框架與土壤之間的摩擦力減小，可采取措施：第一，對框架預制中的施工工藝采取嚴格地控制，確保框架的表面能夠平整光滑，并且在頂進之前能夠為預制框架的外表涂上潤滑層;第二，頂推第一節框架前的側板和頂板外側設置鋼刃角;第三，在鋼刃角的前端可設置相應的注漿管，隨頂隨灌可以變為泥漿，并在框架的周圍組成泥漿幕，這樣一來，對路基既有了“護壁”作用，而且還能更好地減少頂進作業所遭受到的阻力。具體說來，注漿管的類型宜選用60mm的鋼管，布置10mm梅花形的注漿孔，配制灌注泥漿時要依據施工的具體情況對其稠度進行調整，注漿要連續進行，不能中斷也不能堵管，促使頂進作業能夠順利完成。此方法跟頂管施工中在頂管外側布孔注泥漿以減阻類似。

　　四、在施工過程中所遇到的問題及相應的處理措施

　　1、掌子面發生塌方

　　在頂進施工之后，因沒有按照設計的相關要求確保掌子面的傾斜度，致使掌子面出現了較為嚴重的超挖現象，鋼刃角入土的深度也不符合設計的要求，并最終會導致刃角脫空現象的出現。除此，另外一個重要的原因在于人工填筑土，使得分布的密實度很不均勻，在遇到雨水之后土壤便會變得松軟膨脹，才致使掌子面出現局部且密實度較小的塌方。采取的處理措施：首先，嚴格按照設計時所規定的掌子面的傾斜度以及鋼刃角的入土深度來開展相應的挖掘，不允許超挖;其次，由于有鐵路線架空防護，對于框架頂覆土可進行掏空處理，但對于框架兩側的土體須按設計進行加固處理。

　　2、框架頂進水平偏斜

　　由于本框架橋與鐵路線斜交，框架為斜框架，雖采用齒墩輔助頂推，但難免出現偏轉。處理措施為：首先，在框架側面設置橫向千斤頂進行糾編;其次，調整后座頂進千斤頂的頂力布置，使其作用于框架上的頂力形成糾偏的力矩，克服框架轉動力矩;最后，調整左右兩側的挖土量以通過調整側土壓減少偏斜的發生。

　　3、頂進“栽頭”，確保箱身頂進誤差不超限的必要措施有

　　降低地下水至開挖面以下0.5-1.0m，避免擾動基底土層; 加快連續頂進速度、加強監測; 設門檻接長滑板，加長重心移動滑板時間等。人為地預先設置門檻并接長滑道板，對預防軟土地基頂進“栽頭”是極其重要的，應在軟土地基箱形橋頂進施工中堅持和推廣。

　　結束語

　　綜上所述，采用“頂進法”的方法對下穿鐵路框架橋進行相關設計非常有益，其應用也是十分地廣泛。但在設計時也要注意到幾點：首先，有關下穿鐵路框架橋的結構應綜合多方面的因素加以考慮，以進一步為行人以及行車營造出良好交通環境;其次，在進行頂進式框架橋施工時，其所采用的鋼筋含量必須比現澆的框架要大，須進行詳細周全的結構計算，避免在進行頂進作業時發生裂縫，甚至是斷裂等;再次，為保證鐵路線安全運營，須設置鐵軌架空防護，架空的D型便梁根據框架跨度等情況選用;最后，依照框架橋的實際情況對其附屬結構以及相應的輔助工程進行設置，并選用適當的構造形式以及數量，確保框架橋在以后的使用過程中仍能體現整體上的美觀以及穩定。

　　參考文獻

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