大型多管分槽输水管道穿越铁路施工工法.pdf

1、大型多管分槽输水管道穿越铁路施工工法大型多管分槽输水管道穿越铁路施工工法1前言1前言辽西北穿越铁路框构涵顶进施工是服务于国家大型“东水西调”项目的重难点工程，其中穿越京哈线、辽开线两处工程施工难度大，工期紧张，各项施工必须在保证质量的情况下提高工程进度。（1）穿越京哈线大角度斜交框构涵顶进主要面临以下问题：1）需满足顶进偏差、线路变形双重标准，顶进过程中偏差控制难度高，需保证施工期间正常行车安全，且工程技术标准高、工期紧张。2）穿越京哈线铁路大型斜交框构涵顶进工程施工框构涵尺寸大、斜交角度大、顶程长，现行规范及类似施工没有成型的斜交顶进顶力计算公式。（2）穿越辽开线高路基铁路大跨度框构涵施工其

2、主要面临以下问题：1）穿越辽开线位置处于寇河、G102 国道的三角地带，无法进行框构涵顶进或改线施工。2）穿越辽开线铁路处为高路基铁路，管道埋深深度大。线路加固、框构涵浇筑工序复杂，施工难度大。为了解决这些施工技术难题，公司结合国内外典型工程实例，通过划分不同顶进阶段，细化顶进过程，引入新的顶力值及弯矩计算方法，提出顶进偏差均匀控制技术，以保障达到满足行车及工程建设顺利进行的双重标准；创新的提出高路基组合式便桥工法。通过该工法的深入研究及应用，穿越京哈线、辽开线工程均达到了既能保证工程质量，又能够节约工期，同时行车安全有所保障的目标。公司针对该工法，申请并受理 既有线浅埋大跨度斜交框构涵顶进施

3、工方法 和 穿越既有线高路基组合式便桥施工方法两项发明专利。科技查新结果：国内外均未见与该项目所述技术相似。该工法关键技术评审结果为：总体技术达到国际先进。2 2工法特点工法特点大型多管分槽输水管道穿越铁路施工工法与国内外同类技术的对比有以下特点：（1）将框构涵顶进中线偏差均匀的控制在100mm 之内，高程偏差均匀控制在50mm 之内，顶进过程中偏差无剧烈变化，大幅度减小了大角度斜交框构涵顶进偏差，确保了施工期行车安全，创新性突出。（2）创新引入“大角度斜交框构涵顶进顶力值和斜交力矩计算方法”，填补了目前铁路规范关于斜交框构涵顶进计算方法的空白。（3）针对穿越高路基工程，创新性提出了高路基组合

4、式便桥工法，实现结构物预制与线路运行空间交叉，缩短了工程工期，并改方法在国内外相关文献未见提及。（4）优化了劳动力及机械设备施工组织，施工效率明显提高，全线框构涵顶进偏差合格，地表和铁路既有线沉降均满足规范要求，大大节约了处理质量缺陷与控制沉降的施工成本。（5）总结了大角度斜交框构涵顶进和高路基组合式便桥工艺可能遇到的问题以及注意事项。通过施工，总结了一系列输水管道穿越铁路施工过程中的注意事项。3 3适用范围适用范围本工法适用于城市轨道交通工程、铁路工程、水利穿越建筑物施工。4 4工艺原理工艺原理（1）通过对以往工程的分析，提高框构涵顶进偏差标准，对工程质量及施工期间行车安全提供理论安全保障。

5、（2）对大角度斜交框构涵顶进过程存在的三种情况进行分析，引入创新的顶力计算方法，为减小顶进偏差提供技术支撑。（3）提出高精度控制大角度斜交框构涵顶进偏差控制工艺，避免出现超挖、变形。（4）合理的利用顶进过程中侧向土压力的控制技术，避免盲目防止偏挖土而造成的偏差控制难，提高顶进效率，达到顶进偏差的均匀控制。（5）创新使用简单的组合式便桥施工工法，使得框构涵浇筑与列车行车成为相对独立的立体交叉进行。5 5施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点5.15.1 穿越无缝线路大跨度斜交框构涵顶进穿越无缝线路大跨度斜交框构涵顶进5.1.1 施工工艺流程图 5.1.1 施工顺序流程图5.1.2 操作要点

6、步骤一：既有线排迁步骤一：既有线排迁确定地下管道和线路、电缆等的埋设具体位置和具体走向。当确定好这些线路的具体位置以后，并采用人工挖探沟，确认电缆具体位置后，进行排迁。图 5.1.2 既有线排迁图步骤二：临近既有线降水步骤二：临近既有线降水水位降至框构涵底板下 0.5m 左右，降水深度 12m，沿线每 2m 布置一孔，且布置深度距框构涵中线递减布置，降水井直径选择 80cm。主要工序为：定井位、钻孔、下线路排迁线路排迁管、填滤料、洗井、水位监测。图 5.1.3 临近既有线降排水图临近既有线降水井布置、降水量大小，直接影响既有路基沉降。需要对降水实时跟踪监测。根据设计降水中心拟定框构涵两侧铁路路

7、基边缘处，利用 FLAC3D 软件，进行铁路路基以及地基沉降分析，分析结果如图 5.1.45.1.7 所示。图 5.1.4 地基竖向位移云图图 5.1.5铁路路基边缘竖向位移云图图 5.1.6 铁路纵向中心轴线方向沉降曲线图 5.1.7 铁路路基横剖面沉降曲线结合上图可以发现，针对该工程的施工降水引发的地面沉降的数值模拟结果符合一般降水规律的。由图 5.1.6、5.1.7 可以看出降水影响造成铁路路基发生沉降，最大沉降位移为 24mm，符合要求。步骤三：工作坑开挖步骤三：工作坑开挖工作坑开挖尺寸由预制框构涵平面尺寸、后背墙尺寸和操作空间确定，框构主体两侧边坡按 1:1 控制，铁路迎面边坡按 1

8、:1.5 控制，坑顶至铁路外侧钢轨距离不少于 4.5 m,坡脚堆码草袋防护。坑底面做成面向顶进方向前高后低的仰坡。基坑开挖完成后，在基坑内南北两侧按 4的坡度设置 0.50.3 m 的排水沟，基坑东、西侧设置两个 0.50.50.5 m 集水井，安放抽水机及时抽水，保持基坑干燥。同时基坑内碎石垫层以下设置纵横向的 0.40.5 m 排水盲沟。为确保铁路路基安全，减少雨水冲刷对路基的不良影响，靠路基一侧边坡进行挂网喷射混凝土防护，其余边坡采用草袋防护。图 5.2.8 工作坑开挖图步骤四：修筑后背梁和滑板步骤四：修筑后背梁和滑板后背梁：采用了一种组合式结构，即浆砌片石分配梁和钢筋混凝土后背梁连接。

9、后背梁设置在分配梁和千斤顶之间，目的是将千斤顶顶力均匀的传递给各个后分配梁。图 5.1.9 滑板后背梁养护面图 5.1.10 后背梁施工过程图滑板：滑板锚梁沟与工作坑同步开挖，滑板前端标高和涵底底板底部标高保持一致。在基底土层上铺一层厚 30cm 碎石垫层，坡度设为 3，人工找平夯实，以方便绑扎钢筋，同时应确保滑板的厚度满足要求。浇筑滑板时，施工顺序为从前端至后背连续浇筑，不设置施工缝。步骤五：箱身预制步骤五：箱身预制箱涵预制包含：钢筋工程、模板工程、混凝土工程、TQF-1 型防水层施工、玻璃纤维混凝土保护层。其中，预制箱体底板时，底板前面需要设置船头坡，船头坡可以将高出箱体的土体压入框架内部

10、，避免框构涵顶进时出现“扎头”现象。本工程中的船头坡位于箱体前部 1 米左右，坡度 5%。船头坡示意图如图 5.1.11 所示。图 5.1.11船头坡示意图步骤六：路基防护加固步骤六：路基防护加固（1）采用水平加固及倾斜辐射注浆法对框构涵两侧粉质粘土层及圆砾层进行旋喷桩固化，以防止顶进期间路基侧天窗过大影响行车安全，框构两侧相临 6 排旋喷桩间距0.6 m。（2）为保证框构涵就位施工不影响铁路路基稳定，在顶进涵两侧设置 C30 混凝土钻孔防护桩，桩径为 1.25 m，桩中心距为 1.8 m，桩顶设 C30 钢筋混凝土冠梁，桩间隙喷射 5 cm 混凝土防护。图 5.1.12 旋喷桩注浆图步骤七：

11、线路加固方案步骤七：线路加固方案（1）线路准备：慢行申请行车速度按 45km/h。吊装纵梁申请封锁线路施工。所有电缆都已探明并做好防护。图 5.1.13 线路加固示意图（2）支墩施工：顶进前端设置钢轨锚桩、混凝土横梁中支带，纵梁两端设置 20010060cm 的 C20混凝土支墩。（3）便梁安装：纵梁使用 56C 型工字钢便梁，工便梁可用纵向联接板将 5 孔 12m 的联接起来组成50m 长便梁。接头联接板进行联结时使用相同强度，由上、下两组夹板和一组腹板拼装而成。用 50t 吊车把便梁吊装到路肩外枕木支点上架设好，然后平向移动到路肩位置上。架设便梁之前，首先把钢枕穿入便梁两端，并保证每个便梁

12、有 2 片及以上钢枕，这样便梁就位时立即连接起来，确保了便梁的稳定性，提升了行车安全性。（4）横抬梁安装：横抬梁采用 56C 工字钢，所有横梁一端架设在支墩上，另一端搁置于框架顶端。顶进施工时，考虑横抬梁与箱顶之间摩擦力的作用，为避免纵梁横向变形，在箱顶接触面放置钢板，横梁与钢板间涂抹润滑油，以减少摩擦力，保证纵梁及线路方向正确，确保行车安全。工作坑后面存在抗滑移桩，并且采用钢丝绳、10t 倒链将横抬梁与地面锚固点固结，这样做的目的是为了防止在顶进过程中，横抬梁纵移线路影响列车的运营安全。（5）木枕安装：一般选用木枕来连接便梁和纵梁，木枕安装时要按照“隔六穿一”的原则进行。安装顺序为：开挖一孔

13、然后穿入一根，穿入一根以后固定一根，依次逐步安装完成。在安装过程中，要严格掌握好方向，以保证行车的安全。木枕两端采用高强螺栓与纵梁连接。防止横梁偏移防止横梁偏移纵梁加固纵梁加固横梁加固横梁加固U 型螺栓型螺栓加固加固（6）线路控制因为木枕上面都留有道钉，木枕和纵梁通过高强螺栓连接以后，使得线路被紧密固定在便梁之间，本工程采用此方法控制线路的横向方向，使纵梁、横梁和线路连接成为一个整体，保证了线路线形安全可靠。（7）防止线路横移及高度调整由于顶进桥涵顶面与线路设备间相对移动会产生摩擦，顶进施工过程中线路有时会发生横向移动现象，为防止这种情况发生需采取一些预防措施，当线路为路堤结构，在施顶箱涵的一

14、侧使线路拉紧，可以间隔 4 根左右的横梁安装一组卷扬机及滑轮组，若线路与地面大致高度保持一致时，在箱涵顶进方向对面，安放板桩地锚，用木撑杠将线路及横梁顶住，效果较好。另外在顶进中，箱涵高程的变化会牵连土体从而导致轨面高程改变。为随时调整，在横梁枕木间用木板垫起大约 15cm 厚，槽钢与箱涵顶板间也可用木楔垫塞。（8）轨束梁加固依据轨束梁的具体跨径和列车轮轨重的差异，其可以设计成一层或者两层、焊接梁三种常见形式。单层梁由 2 到 9 根轨组成，当钢轨数量超过 4 根时，需要将轨道顶上、下错开进行设置，但这种情况下需要将各个钢轨拴在一起，以此确保钢轨上、下轨底面在相同的平面之上。轨间空隙用木块填塞

15、。对于双层的轨梁，其形式和上述单层的形式相同，不同之处仅在于轨梁分为两层排列。对轨梁进行焊接，主要目的在于增加其承载力。具体形式是将每两根钢轨底面间加块12160mmmm的焊接板，使上、下轨形成一个整体。（9）提高限速的加强措施1）改变支撑方式。使用轨束梁或工字钢束梁在线路架空时提供支承。枕木垛很容易发生变形，而路基在顶进过程中非常容易出现沉陷等危害，这严重威胁着枕木垛的稳定。2）加强纵梁自身连接。纵梁通常情况下由很多片组成，由于钢轨截面为工字型，其焊接起来很不容易，一般在现场施工时，会间隔一段距离后，采用等边角钢或高强螺栓等措施来固定几片纵梁，保证钢轨的整体性。3）固定钢轨。在施工时，为了防

16、止实际钢轨在运营期间内发生横向的移动，横梁之上添加角钢，用木撑装置或鱼尾板等装置顶住轨腰。步骤八：涵身顶进步骤八：涵身顶进（1）准备工作大跨度斜交顶力计算方法目前国内现行规范只提供正交顶进最大顶力计算方法，未考虑顶力的动态变化，与工程实际符合性较差。鉴于此原因，本工法提出了优化的大角度斜交框构涵顶力计算方法。在框构涵顶进施工过程中，划分两个阶段，分别为空顶阶段、带土匀速顶进阶段；其中带土匀速顶进阶段又分为有线上荷载和无线上荷载两种情况。根据依托工程实际情况，顶进长度 48m，分三个顶进阶段，利用公式 5-15-3 对其顶进不同长度时的最大顶进力值进行了计算。根据本工程具体情况，摩擦系数取值为：

17、f1=0.3，f2=f3=0.8桥上线路重：12 33.5 1.02.5167.5Nt框架桥自重：217172.5291.594584.09Nt土壁侧压力：1212112210.3 1.90.80.3 1.9 9.08.221.22485.53512EeeHLrHrHHLt其中，系数=0.3；土体比重1.9；桥上土高10.8mH；桥高8.2mH，总高218.20.89.0HHHm刃角正面积：322 3.5 0.85.6Ahbm刃角阻力：255Rt m1）箱涵空顶阶段框构涵体处于空顶施工过程中，仅考虑涵体自重作用即可，此时所需的顶进力主要用于克服底板与滑板的摩阻力，故顶进力计算方法如下式所示。1

18、fKGPo（5-1）式中：P-最大顶力（t）；K安全系数，取 1.2；）。框构涵自重（t0G数。板和滑板之间的摩阻系蜡减阻措施时，箱涵底根据设计图纸，采取石1f)(73.44008.009.45842.1tP2）带土匀速顶进阶段（不含线上荷载）随着顶程的增加，当框构涵刚吃土顶进时，仅考虑框构涵自重和涵身侧向土压力作用即可。框构涵顶进施工过程中需要克服的阻力主要为框构涵外壁和四周及底板与滑板之间的摩阻力，故该种工况条件下顶力计算方法如下式所示。221RAEffGKPo（5-2）)(57.57026.5558.055.48528.009.45842.1tP3）带土匀速顶进阶段（包含线上荷载）随着顶

19、程的增加，线上横抬梁由于跨度太大，则必然要将部分荷载传递在涵体上，即涵体顶进过程中需要克服的阻力为框构涵外壁与周围土体之间及框构涵底板与滑板、土体之间的摩擦力。即该种工况条件下框构涵受力最大且最为复杂，可以定性判断此段顶程为最不利阶段，所以顶进施工既要考虑顶进推力，还需计算最大弯矩。并根据弯矩平衡反算各组千斤顶顶力值大小。顶进施工所需的顶进推力方法如下式所示。)2/2)(32011RAEffNGfNKP（5-3）式中：涵顶荷载；1NP最大顶力，kN；K安全系数，取 1.2；1N涵顶荷载，kN；f1涵顶面与顶上荷载的摩擦因数；0G结构自重，kN；2f箱身底板与基底土的摩擦因数，一般取用 0.70

20、.8；E结构侧面土压力，kN；3f侧面摩擦因数；R钢刃角正面阻力，kN/m2；A钢刃角正面积，m2。)(9.57382/6.5558.055.48528.0)5.16709.4584(3.05.1672.1tP设计顶力)(9.573857389maxtKNP，满足要求。4）弯矩计算每组千斤顶的顶力值图 5.1.14 主体斜交受力示意图不平衡力矩：sinmaxEBM平衡方程：;sin)(2/112maxBPPM。sin/2)(max12BMPPP不平衡力矩：0maxsin485.53512 33.5 sin17.854985.7774MEBt m平衡方程：0max211cos17.852MPP

21、B，由此得)(7.312)85.17cos5.33/(7774.49852)85.17cos/(2)(max12tBMPPP)(1.27132/)7116.3129.5738(2/)(max1tPPP)(8.30257.3121.271312tPPP（2）顶进设备安装、调试顶进时，使顶力不变，顶镐的施工方向与框构涵轴线相同。分别在后背和顶镐、顶镐和箱体尾部布置分配梁。顶镐沿纵向每隔 8 米设置一道橫顶梁。顶镐在高压油泵液压下产生顶力，使箱体向前移动。完成一个冲程后，顶镐活塞回复到原来位置，然后放置顶铁在空档处，反复进行上述操作，完成箱身的顶进工作。（3）顶进作业当箱身在工作坑滑板上移动时，程序

22、如下：图 5.1.15 箱涵空顶流程当箱身与路基接触后，增加挖运土方及凿除翼墙工序，其程序如下：图 5.1.16 箱涵顶进流程（4）涵身挖土及顶进作业1）顶进过程中侧向土压力的控制a 构涵顶进偏差原因分析图 5.1.17 框构涵吃土顶进受力示意图由于框构涵顶进时受多种力的综合作用，框构涵底板处于偏心受压状态。当底板前段对土体的压应力 E2 大于土体承载力时，地板前段的土体被挤压破坏，框构涵前段下沉，造成“沉头”；同样，当底板后端对土体的压应力 E1 大于土体承载力时，地板后端的土体被挤压破坏，框构涵后端下沉，造成“抬头”。b 空顶状态图 5.1.18 空顶状态主体受力分析示意图图 5.1.19

23、 带土顶进主体受力分析示意图底摩顶地）（hFLlG2/-(5-4)从式(5-4)可知，只要 F 顶存在，则 l 地L/2，即框构涵底板受力，E2E1。当箱型板底板前还在滑板上时，只要滑板承载力满足设计要求，框构涵是不可能出现“沉头”。c 带土顶进中偏挖土对框构涵顶进偏差影响分析底摩底摩底板阻底板阻墙阻墙阻墙摩墙摩地）（hfhFhFhflLG2/（5-5）式中：G-箱体和线上荷载总和；F 地-地基反力；F 墙阻-顶进前方边墙收土体正面阻力；F 底板阻-顶进前方底板收土体正面阻力；f 底摩-箱底板与土体的摩擦力；f 墙摩-箱边墙与土体的摩擦力；H-涵身高度；L-涵身总长；l 地-地基反力对 O 轴

24、的力臂；h 底摩-箱涵底板与土体摩擦阻力对 O 轴的力臂；h 墙摩-箱涵侧墙与土体摩擦阻力对 O 轴的力臂；h 底板阻-箱涵底板与土体正面阻力对 O 轴的力臂；h 墙阻-箱涵侧墙与土体正面阻力对 O 轴的力臂。以上分析可知，当“l 地”L/2 时，存在“沉头”的可能，若原先涵体两侧放坡挖土或超挖顶进时，取消放坡及超挖，调整为全边墙切土顶进；若原先涵边墙前方超挖顶进，则调整为保留边墙前方土，强迫顶进。当“l 地”L/2 时，存在“抬头”的可能，同样可以通过调整挖土方式来减小“l 地”。若原先涵身边墙带土强迫顶进时，则可调边墙两侧前方超挖顶进。图 5.1.20 箱涵顶进示意图图 5.1.21 路基

25、断面开挖图2）出土采用挖掘机挖土自卸车外运，挖掘机清基，严禁超挖乱挖，每次进尺一般约 2 m 为宜。正面开挖坡度应控制在 1:0.30.5 之间。两侧直立部分宜先形成弧面，开顶前再切除弧面部分。3）框架上设置的支点需安全可靠。拆除挖孔桩时，首先保证线路处于可靠稳定的状态，然后撤掉行车间隙上的枕木，最后才能拆除挖孔桩。4）箱涵顶进过程中，要随时观测箱身的轴线和标高是否符合设计要求。5）挖土作业和顶进过程需要紧密配合，每次向前顶进一镐，及时测量一次，如果箱涵顶进过程中出现较大的偏差，则应及时调整挖土方法。为了降低墙体侧土压力和纠正顶进过程中出现的偏差，在要调整方向侧可以超挖 510cm。需要说明的

26、是：需要说明的是：顶进过程轨道变形顶进过程轨道变形作用于轨道上的荷载系符合力的独立作用原理，即列车轮系作用下轨道各部件的应力、应变，等于各单独车轮作用下的应力、应变代数和。直线轨道上的垂直荷载采用准静态当量静荷载，其计算公式如下：jPP)1(d(5-6)式中：dP车轮作用下钢轨上的垂直动荷载；jP静轮载；速度系数，速度h/km160V 的电力牵引机车=0.6v/100。经计算取dP=280KN1）荷载工况工况一为只有顶力作用，工况二为上行线来车，工况三为下行线来车，工况四为上行线和下行线同时来车。图 5.1.22 工况一图 5.1.23 工况二图 5.1.24 工况三图 5.1.25 工况四2

27、）模型建立运用大型商用有限元软件 ANSYS 建立有限元模型，如图 5.1.26 为所建立的有限元模型图，5.1.27 为有限元网格划分图，5.1.28 为局部网格放大图。图 5.1.26 有限元模型图图 5.1.27 有限元网格划分图图 5.1.28 局部网格放大图3）荷载加载及求解分为四种工况进行加载和求解，即只有顶力作用、上行方向来车、下行方向来车，上行方向和下行方向同时来车。工况一为只有顶力作用。如图 5.1.29 为 Y 方向位移云图，5.1.30 为 Z 方向位移云图，5.1.31 为变形矢量累积云图，5.1.32 为 Y 方向应力云图，5.1.33 为钢轨不利位置 Y、Z方向位移

28、变化时程图。图 5.1.29 Y 方向位移云图图 5.1.30Z 方向位移云图图 5.1.31 变形矢量累积云图图 5.1.32Y 方向应力云图图 5.1.33 钢轨不利位置 Y、Z 方向位移变化时程图从以上各图可以看出，在顶力作用下钢轨最大竖向位移为 0.354mm，横向最大位移为 0.073mm，竖向位移主要是在自重作用下产生的，可以看出在顶力作用下钢轨变化微小，几乎可以忽略。工况二为上行方向来车。如图 5.1.34 为 Y 方向位移云图，5.1.35 为 Z 方向位移云图，5.1.36 为变形矢量累积云图，5.1.37 为 Y 方向应力云图，5.1.38 为钢轨不利位置 Y、Z方向位移变

29、化时程图。图 5.1.34 Y 方向位移云图图 5.1.35 Z 方向位移云图图 5.1.36 变形矢量累积云图图 5.1.37Y 方向应力云图图 5.1.38 钢轨不利位置 Y、Z 方向位移时程曲线图从以上各图可以看出，在上行方向列车荷载作用下钢轨最大竖向位移为 2.414mm，横向最大位移为 0.0288mm。钢轨竖向最大位移超过 2mm，对行车安全和舒适性有一定影响，在施工过程中进行限速运行是合理的。工况三为下行方向来车。如图 5.1.39 为 Y 方向位移云图，5.1.40 为 Z 方向位移云图，5.1.41 为变形矢量累积云图，5.1.42 为 Y 方向应力云图，5.1.43 为钢轨

30、不利位置 Y、Z方向位移变化时程图。图 5.1.39 Y 方向位移云图图 5.1.40 Z 方向位移云图图 5.1.41 位移矢量累积云图图 5.1.42 Y 方向应力云图图 5.1.43 钢轨不利位置 Y、Z 方向位移时程图从以上各图可以看出，在下行方向列车荷载作用下钢轨最大竖向位移为 2.146mm，横向最大位移为 0.1189mm。钢轨竖向最大位移超过 2mm，对行车安全和舒适性有一定影响，在施工过程中进行限速运行是合理的。工况四为上行方向和下行方向同时来车。如图 5.1.44 为 Y 方向位移云图，5.1.45 为Z 方向位移云图，5.1.46 为变形矢量累积云图，5.1.47 为 Y

31、 方向应力云图，5.1.48 为钢轨不利位置 Y、Z 方向位移变化时程图。图 5.1.244Y 方向位移云图图 5.1.45 Z 方向位移云图图 5.1.46 变形矢量累积云图图 5.1.47Y 方向应力云图图 5.1.48 钢轨不利位置 Y、Z 方向位移变化时程图从以上各图可以看出，在上行方向和下行方向列车荷载作用下钢轨最大竖向位移为4.046mm，横向最大位移为 0.1489mm。钢轨竖向最大位移超过 2mm，对行车安全和舒适性有一定影响，在施工过程中进行限速运行是合理的。5.25.2 穿越高路基铁路框构涵便桥穿越高路基铁路框构涵便桥5.2.1 工艺流程图 5.2.1 施工工艺流程图5.2

32、.2 操作要点需要解释的是：创新提出高路基便桥可行性分析需要解释的是：创新提出高路基便桥可行性分析穿越高路基框构涵施工过程引起的线路线形及结构内力具有时间和空间规律。在其开挖过程中，钻孔桩的侧摩阻力逐步消失，变为联合支撑的桥墩形式，结构受力趋于不利。列车行进过程中，桥墩及冠梁的内力及变形增大，工字钢横梁及轨道位移结构位移应保持在合理范围。针对各种不同工况，确定最不利情况下结构分析，进而调整工字钢横梁的尺寸选择及间距布设。（1）结构有限元建模。需要根据各结构传力途径，采用合理的边界条件进行仿真分析。以本工法依托的辽宁某供水工程建模分析为例，依次建立各构件。均采用国际标准单位 kg、N、m、s 为

33、基本单位。1 Structure Analysis !DEC 11 201414:17:53ELEMENTS1 Structure Analysis !ELEMENTS图 5.2.2结构有限元中部分构件显示图（2）施加边界条件，且施加列车通过结构时各种工况下的受力条件。其中列车荷载取值铁路规范中为中-活载数值，即 5 个间距为 1.5m 的 220KN 的轴力（2*110KN）、30m 长的 92KN/m 的均布荷载（2*46KN/m）、无线长的80KN/m 的均布荷载（2*40KN/m）。施加及计算图示如下图 5.2.3。1 Structure Analysis !ELEMENTSUROTF

34、PRES46000图 5.2.3 铁路轨道上施加铁路活荷载（集中力与均布力组合）（3）列车以较低速度通过便桥跨中时，对应的结构响应为线路最不利状态，此时结构各个构件及最大位移响应如下图 5.2.4 所示。1MXXYZ Structure Analysis !0.444E-03.889E-03.001333.001778.002222.002667.003111.003556.004NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB=1TIME=1USUM (AVG)RSYS=0DMX=.004SMX=.004图 5.2.4 铁路活荷载通过时位移分布云图（单位 m）从图中可以看出，在列车低速（40K

35、M/h）作用下，火车荷载（列车）行进过程中，5 个 220KN 集中力作用下跨中的位置工字梁的位移最大，为 4mm，此数值可以保证列车顺利安全通行，符合规范要求，且说明按照 0.5m 间距布置的 55C 工字钢横梁可以满足线性要求。桥墩（桩）的位移很小。桩间支撑工字梁对限制桩的变形、提高桩的稳定性起到了重要作用。（4）最不利工况作用下，混凝土结构各构件的应力响应如下图 5.2.5 所示。1MNMX Structure Analysis !-.170E+07-.132E+07-926871-538447-150023238401626826.102E+07.140E+07.179E+07ELEM

36、ENT SOLUTIONSTEP=1SUB=1TIME=1STRESS_X(NOAVG)DMX=.004SMN=-.170E+07SMX=.179E+07图 5.2.5 冠梁及桥墩最大主应力分布云图（单位 Pa）从图中可以看出，混凝土构件的冠梁及桥墩的最大主应力为 1.79MPa，小于结构采用的混凝土 C30 的受拉及受压极限强度，混凝土尚未开裂，结构处于安全状态。同时在此最不利工况作用下，工字钢横抬梁应力如图 5.2.6。1MNMX Structure Analysis !-.300E+08-.230E+08-.159E+08-.883E+07-.178E+07.528E+07.123E+0

37、8.194E+08.265E+08.335E+08ELEMENT SOLUTIONSTEP=1SUB=1TIME=1STRESS_Z(NOAVG)DMX=.004SMN=-.300E+08SMX=.335E+08图 5.2.6 工字钢横抬梁最大主应力分布云图（单位 Pa）从图中可以看出，220KN 集中力作用下的工字钢横梁的最大主应力为 33.5MPa，且为整个结构的最大应力数值，此数值小于钢材的受拉及受压极限强度，结构材料处于线弹性阶段，远未进入塑性阶段，结构安全。列车低速运行下，结构可以进行正常施工。步骤一：电缆排迁步骤一：电缆排迁确认地下管线、电缆埋设情况，明确电缆路径和电缆存在的准确区

38、域，并采用人工挖探沟，确认电缆具体位置后，进行排迁。步骤二：钻孔桩筑岛步骤二：钻孔桩筑岛施工前在铁路两侧填筑施工平台，为确保施工机械（钻机、吊车、挖掘机、混凝土罐车）在施工平台上安全作业，地基不产生不均匀沉降，填料采用碎石土，分层碾压夯实，平台顶部 50cm 填筑拆房土作为施工机械应急路面。钻孔桩桩位专门回填粘土，保证钻进过程不塌孔。填筑平台剖面如下图（图 5.2.7）。图 5.2.7 钻孔桩填筑平台剖面步骤三：钻孔桩及冠梁施工步骤三：钻孔桩及冠梁施工（1）钻孔桩施工。沿铁路方向在线路两侧 5.2m 处按扇形布置，施工钻孔桩，钻孔桩桩径 1.5m，桩长 28m，钻孔桩横向间距 10.4m，纵向

39、间距 6m，为确保铁路线安全，采用设备高度小、施工振动小的反循环钻机施工。（2）冠梁施工。冠梁宽 1.7 m、高 1.2 m，钢筋绑扎完成后立模板，模板采用竹胶板，模板加固用拉丝套塑料管对拉，混凝土保护层用混凝土垫块保证，浇筑混凝土前预埋固定横向工字钢用20U 型螺栓（见图 5.2.8）。图 5.2.8 冠梁施工步骤四：线路加固步骤四：线路加固线路加固采用 3-5-3 吊轨梁加 55C 工字钢横抬梁方案，横抬梁间距 50cm，将加固范围内线路全部更换为 250*16*20cm 新类油枕，横抬梁支点放在冠梁顶面，用 U 型螺栓锚住（见图 5.2.9），防止横梁窜动引起线路变形。图 5.2.9 横

40、抬梁支点详图线路穿工字钢施工期间，列车慢行 40km/h 通过施工地段。施工方法步骤如下：（1）线路加固范围内更换 60kg 钢轨。（2）砼轨枕更换木枕及方正轨枕。利用线路封锁时间更换线路既有的混凝土枕为木枕，木枕间距为 500mm，同时预埋好 U 型螺栓，换完枕木要对线路进行沉落整修，保证行车安全。（3）按 3-5-3 型式安装吊轨梁。要将吊轨梁所用的钢轨提前选好，对钢轨整修、量好钢轨尺寸，编排好扣轨顺序（扣轨接头要相错 1m 以上）利用封锁时间进行扣轨。每个加固地段的组拼顺序为先两侧的 3 根组后中心的 5 根组（见图 5.2.10）。上紧非横抬梁位置处的扣板。图 5.2.103-5-3

41、式扣轨图（4）穿入横抬梁。人工在轨枕下挖槽，深度 0.6m，挖掘机配合穿入工字钢；每穿入一根立即用20 U 型螺栓、扣板与轨枕及扣轨连接，上好扣件，开通前 30min 停止穿入工字钢，检查部件是否齐全、紧固，是否有超限、联电部位，支点是否牢固；开通前20min 工程车轧道、电务试验。线路加固效果（见图 5.2.11）。图 5.2.11 线路加固效果图步骤五：开挖路基步骤五：开挖路基路基开挖采用挖掘机挖装，自卸汽车运输，施工时，严格执行“一机一人”监护制度，防止设备施工时碰触到铁路、工字钢加固体系以及钻孔桩。土方开挖应自上而下进行，不得乱挖超挖，严禁掏底开挖。图 5.2.12 路基开挖效果图经常

42、检查边坡开挖坡度，纠正偏差，避免超挖、欠挖。用挖掘机将坡面整理平顺，路基开挖位置路基开挖位置无明显的局部高低差。每天安排线路工对线路的轨距、水平、方向进行检查，发现变化或超限及时处理。路基开挖效果（见图 5.2.12）。及时进行边坡防护与支护，不得长期暴露，造成坡面坍塌。在挖方时先预留一定厚度的保护层，边刷坡边支护。开挖至框构涵以上 2m 时，立即安装桩间工字钢支撑（见图 5.2.13），保证整个支撑体系的整体稳定性。图 5.2.13 桩间工字钢支撑步骤六：施工降水步骤六：施工降水在工作坑四周分别设置管径 600 mm 的降水井，间距 6m，井深为 18 m，施工期间安装水泵降低工作坑区域水位

43、至基坑底部 1.0 m 以下，降水井抽出的水集中排至东侧河道内。步骤七：开挖基坑步骤七：开挖基坑（1）根据线路两侧地形地貌、土质情况及施工场地大小等综合考虑，工作坑开挖尺寸由预制框构涵平面尺寸、操作空间、路基稳定因素确定，框构主体两侧边坡按 1:1.5控制，坡脚堆码草袋防护。基坑采用挖掘机、汽车和人工配合开挖，弃土堆放到指定地点。基坑挖至离设计标高 0.2m 时，采用人工开挖，以免地基土挠动。（2）基坑开挖完成后（见图 5.2.14），在基坑内南北两侧按 4的坡度设置 0.50.3m 的排水沟，基坑东、西侧设置两个集水井，安放水泵及时抽水，保持基坑干燥，不被浸泡。工字钢横撑工字钢横撑锚固桩身锚

44、固桩身图 5.2.14 开挖完成图（3）当工作坑需要渡汛时,路基边坡应防护加固，或放缓边坡。步骤八：箱涵预制步骤八：箱涵预制箱涵身混凝土浇筑可分两阶段施工。先浇筑底板（包括下梗肋），当底板混凝土强度达到设计强度的 50%后，再浇筑中、边墙及顶板混凝土，当混凝土浇筑量较大或两阶段施工有困难时，也可分三阶段施工，但中、边墙的施工缝不应设在同一水平面上。施工接缝必须按有关规定严格处理。步骤九：回填基坑及路基土步骤九：回填基坑及路基土待框构涵强度满足要求后进行基坑及路基土回填。基坑回填时，对框构桥两侧，在边墙 2m 范围内采用砂夹碎石回填，其余部分采用渗水土回填，并应对称、分层夯填密实，保证不出现偏载

45、。铁路路基采用 A 类土回填，并分层夯实。对于边墙两侧 2m 范围内及路基顶部无法采用大型设备碾压部位采用注水泥浆加固处理。步骤十：拆除临时桥梁恢复线路正常运营步骤十：拆除临时桥梁恢复线路正常运营路基回填后，尽快安排恢复线路。主要作业项目有：框构涵侧夯填、补碴、上枕、撤梁、整修线路。利用天窗点更换混凝土轨枕，补充道碴；抽撤工字钢和木枕，按隔六抽一的原则，抽一根木枕换一根混凝土枕，及时补充道碴并捣实。6 6材料与设备材料与设备完成本工法采用的材料与设备见表 6.1 和 6.2。表 6.1 主要设备材料表序号材料名称规格单位数量单位重（kg/m）总重（t）附注1工字钢I56c，L=16m根2561

46、23503.81横抬梁2工字钢I56c，L=16m根4812394.46纵梁3钢轨50kg,L=12.5m根11051.5470.87吊轨梁4木枕I 类油枕,L=2.5m根3845钢轨桩50kg,L=12.5m根6451.5441.236顶铁m900顶进7顶镐500t个18顶进表 6.2 主要设备及参数序号设备名称型号规格数量额定功率（KW）生产能力备注1推土机TY2201162KW2挖掘机PC2002107KW0.8m33装载机ZL50C1154KW3m34自卸车斯太尔419620T7大口井潜水钻机KQ15028旋喷桩钻机XP-50A1011KW50-60m9注浆泵SYB60/1601011

47、KW60L/min10搅拌机SJY110KW80L/min11砼喷射机PZ-915.5KW9m3/h29汽车吊QY251200KW25t框构涵30起道机15t1515t顶进31高压油泵55MPa18顶进7 7质量控制质量控制验收中严格执行铁路桥涵工程施工质量验收标准（TB10415-2003），并进行全过程质量控制。7.17.1 一般要求一般要求（1）严格执行施工规范要求。（2）每一步施工程序都要制定相应的施工实施细则指导施工。（3）严格执行材料、设备进场的复核验收工作程序，确保进场材料、设备合格。（4）严格每道工序开工前和结束后的检查验收制度，坚持执行班组自检，质检部门检查合格，报请监理工程

48、师检验的工作程序，重要工序请监理旁站监督检查。7.27.2 大跨度斜交框构涵顶进质量保证措施大跨度斜交框构涵顶进质量保证措施（1）在顶进施工中严格落实岗位责任制，每班设一名技术人员，负责质量监测及技术故障处理，并做好记录；（2）导轨的安装：导轨材料必须顺直，安装时应严格控制高程、轨距及中心线，按管节的外径制作弧形样板，检查导轨铺设的误差。导轨高程及轨距容许误差为2mm，中心线容许误差 3mm，管节外径距底板面不得小于 20mm；（3）涵体顶进：在顶进首节涵管时，每顶进 200300mm，对中心线及高程测量一次。其后每顶进 400600mm 测量一次。工作坑内应设置稳固的水准点，以便测量及时校核

49、。（4）防止地下涌水、涌砂为防止涌水、涌砂，顶进施工前，在管道两侧施工止水帷幕，止水帷幕咬合桩桩长9m，穿透承压水层，在管道底部施工高压旋喷桩对地基进行固化处理，防止地下承压水涌出。（5）防止涵体上浮由于涵体顶部覆土较薄，涵体容易上浮，为防止涵体上浮，在顶进过程中及时将开挖土方回填至管道顶部，增加管道顶部重力，回填时注意做出 5%的横坡，也可防止上部积水，避免影响顶进施工。7.37.3 穿越高路基铁路框构涵便桥质量保证措施穿越高路基铁路框构涵便桥质量保证措施（1）穿横梁时，挖出的沟槽有列车通过时及时用枕木支垫。（2）吊轨梁与木枕间联结螺栓要紧固有效，不准有超限处所。横抬梁联结牢固有效，不准有松

50、动扣件。线路的水平方向要始终保持良好，严禁有超限处所。（3）模板和支架应有足够的强度、刚度和稳定性；能承受住所浇混凝土的重力、侧压力及施工荷载；保证结构尺寸的正确。（4）模板安装必须稳固牢靠，接缝严密，不得漏浆；模板板面与混凝土接触面必须清理干净并涂刷脱模剂；混凝土浇筑前不得存有积水和杂物。（5）钢筋保护层垫块位置和数量应符合设计要求，当设计无具体要求时，垫块数量不应少于 4 个/，梅花形布置。（6）混凝土结构表面应密实平整、颜色均匀一致，不得有露筋、蜂窝、孔洞、疏松、麻面和缺棱掉角等缺陷；不应有灰浆渗漏现象，不得受到污染和出现斑迹，不得出现裂纹。8 8安全措施安全措施8.1 本工法知性国家、