鐵路建設(shè)中鐵路箱涵頂進(jìn)施工方案研究

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隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，交通狀況成為了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展新的制約因素，東西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，交通發(fā)展不平衡是其原因之一。為了加強(qiáng)東西、南北各區(qū)域的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系，中國國家鐵路集團(tuán)有限公司出臺了《新時(shí)代交通強(qiáng)國鐵路先行規(guī)劃綱要》，為的是推動新時(shí)代我國鐵路的高質(zhì)量發(fā)展[1]。但目前在實(shí)際施工過程中，各分項(xiàng)工程的施工方案只片面追求施工便利，而忽視了其科學(xué)性、技術(shù)性及經(jīng)濟(jì)性，缺乏綜合考慮以及相關(guān)方案的對比分析，尤其針對較小工程或附屬工程項(xiàng)目時(shí)，如涵洞，在施工條件發(fā)生改變時(shí)未能及時(shí)對方案進(jìn)行合理的調(diào)整等一些因素，也會造成項(xiàng)目工期過長、成本提高，甚至?xí)斐身?xiàng)目工程出現(xiàn)質(zhì)量問題，危及工程項(xiàng)目施工建設(shè)及交通運(yùn)行安全。基于此，本文以寧西鐵路K179+190箱涵頂施工方案為例，重點(diǎn)針對施工過程涉及的方案進(jìn)行分析，目的是提出合理的施工方案，滿足新時(shí)代鐵路高質(zhì)量發(fā)展的要求。

1項(xiàng)目工程概況

寧西鐵路K179+190涵位于商鎮(zhèn)車站與丹鳳車站之間，距商鎮(zhèn)車站約5.4km，距丹鳳車站約3.5km，為1~4.0m鋼筋混凝土箱形涵，凈寬4.0m，凈高4.0m，涵身全長10m，下穿既有寧西鐵路，與線路正交，設(shè)計(jì)為頂進(jìn)施工，頂程16m，頂力約775t。涵洞上部覆土厚度0.37m，施工中采用Lp=16mD形便梁對既有線進(jìn)行加固，每孔D形便梁基礎(chǔ)采用4根Φ1.25m鉆孔樁，樁長10m，防護(hù)樁樁身深入頂進(jìn)涵底板下部約5m。

2施工方案

該箱涵施工時(shí)采用頂進(jìn)施工的方案，其施工順序?yàn)椋菏┕で暗臏?zhǔn)備—已有鐵路設(shè)備遷移、改裝、線路加固—工作坑開挖、主體預(yù)制—箱涵頂進(jìn)—線路恢復(fù)通車—附屬設(shè)施施工[2]。

2.1施工前準(zhǔn)備

工程項(xiàng)目施工前，與相關(guān)設(shè)備管理單位共同調(diào)查既有線路、通信、信號、電纜和電線等公共設(shè)施的準(zhǔn)確位置和使用情況，人工挖掘勘探溝，并用相關(guān)儀器進(jìn)行探測，查明管道線路的方向、位置，對施工有影響的管道線路應(yīng)及時(shí)進(jìn)行遷移調(diào)整，如果無法重新安置管線的，則應(yīng)采取深埋或架空保護(hù)。施工前先對既有寧西鐵路K179+180～K179+200段進(jìn)行物理隔離。物理隔離采用鋼管竹排架，在既有線路肩上打入鋼管，打入深度不小于50cm，外露1.2m，橫桿采用上下2道鋼管，中間用竹跳板封閉，竹跳板采用10#鐵絲與鋼管綁扎，鋼管竹排架外側(cè)懸掛警示標(biāo)牌。

2.2箱涵工作坑的施工方案

根據(jù)頂進(jìn)箱涵所處位置的具體情況，在開挖工作坑之前，調(diào)查清楚箱涵施工區(qū)域內(nèi)的通信、交通信號、電線電纜等管線的埋設(shè)情況并作好防護(hù)后才允許施工，應(yīng)采用挖機(jī)和人工相互配合進(jìn)行開挖，并預(yù)留10～15cm厚度用人工進(jìn)行挖除。由于本涵洞設(shè)計(jì)底面標(biāo)高基本接近原地面標(biāo)高，因此開挖量較小，為盡可能減少頂程，減少工作量。工作坑的開挖盡可能靠近現(xiàn)有線路的坡腳。工作坑底板采用C20鋼筋混凝土作為底板材料，厚度為30cm。底板澆筑前，應(yīng)在其下部基礎(chǔ)鋪上一層10cm厚的碎石墊層，以增加箱涵工作坑的抗滑力。在底板下沿箱涵頂進(jìn)方向每隔3m設(shè)一道地錨梁，地錨梁埋入深度0.35m，寬度0.3m，長度與底板寬度相同，地錨梁與底板一同澆筑，工作坑底板上部每隔3m設(shè)置一對導(dǎo)向墩[3]。工作坑后部由后背樁、后背墻、夯填土組成，后背樁采用C30鋼筋混凝土預(yù)制，高度2.5m，厚度0.8m，埋入工作坑底板表面以下1.0m；后背墻采用M10漿砌片石砌筑，墻厚2.4m，總高度5.1m，埋入底板表面以下約2.0m，后背墻總寬約9.0m。后墻的后方應(yīng)填滿并夯實(shí)填充物，填充物可選用工作坑開挖的土，填充物應(yīng)分層壓實(shí)，壓實(shí)度不小于90%，填土高度根據(jù)現(xiàn)場地形確定，應(yīng)能確保提供箱涵頂進(jìn)的推進(jìn)反力。

2.3箱涵預(yù)制

箱涵預(yù)制施工工藝如圖1所示。將鋼筋砼框構(gòu)在工作坑底板潤滑隔離層上進(jìn)行預(yù)制的施工，首先要做好測量定位工作，這樣就使得涵身的中心線和頂框架涵的中心線都在同一條直線上[4]。圖1箱涵預(yù)制工藝流程

2.3.1箱涵施工

先在基礎(chǔ)上放出底板的邊線及箱涵中線，對框架施工范圍用水沖洗干凈，箱涵模板均采用定型鋼模板，箱涵內(nèi)側(cè)搭設(shè)碗扣式腳手架，采用1.2m立桿，步高為0.6m，橫向間距為0.6m，縱向間距為0.6m。

2.3.2模板組裝

模板在組裝前應(yīng)清洗干凈并涂離型劑。模板架設(shè)時(shí)，根據(jù)十字交叉線對好中心點(diǎn)，并精確控制水平狀態(tài)。模板安裝完成后，需要檢查其平面位置、頂部高度、垂直度、節(jié)點(diǎn)連接及垂直水平穩(wěn)定性。模板之間的接縫必須緊密，防止?jié){料滲漏，影響混凝土質(zhì)量和表面光潔度。

2.3.3鋼筋加工

鋼筋按照設(shè)計(jì)時(shí)提供的鋼筋圖紙?jiān)诩庸龅丶屑庸ぃ瑖?yán)格按照施工圖紙和規(guī)范進(jìn)行鋼筋綁扎。鋼筋綁扎應(yīng)按從下到上、從內(nèi)到外的順序，逐根安裝到位。預(yù)埋件應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙做好，并與相應(yīng)的內(nèi)部鋼筋焊接牢固。混凝土的澆筑及養(yǎng)護(hù)混凝土應(yīng)在攪拌站內(nèi)集中拌合，有專用的混凝土運(yùn)輸車進(jìn)行水平運(yùn)輸，用起重車帶管道澆筑，每一層澆注厚度約為30cm，使用插入式振動器。混凝土施工分為2次完成，第一次澆到側(cè)壁倒角以上30cm處，第二次澆注直至完成。防水層施工防水層按設(shè)計(jì)圖及規(guī)范要求進(jìn)行施工。

2.4箱涵頂進(jìn)的施工方案

2.4.1試頂和涵身起動

頂進(jìn)試驗(yàn)的目的是繼續(xù)檢查頂進(jìn)設(shè)備是否能正常工作，頂進(jìn)力是否均勻，底板、后樁及涵身是否異常，并將涵身與工作坑底板分開。頂進(jìn)試驗(yàn)時(shí)，油泵每升一次壓力后逐漸穩(wěn)定10min，檢查設(shè)備、滑板及后背梁等是否有裂縫。油泵升壓大小及間隔時(shí)間見表1[5]。

2.4.2頂進(jìn)

頂進(jìn)過程為：當(dāng)前方彎角處開挖完成一個(gè)頂進(jìn)行程后，啟動高壓油泵，使千斤頂產(chǎn)生頂力，然后借助后樁反力，通過傳力設(shè)備推動涵身向前移動。涵身向前移動后，恢復(fù)千斤頂，然后在空檔位置加裝傳動柱，等待下一次開鎬。這個(gè)循環(huán)不斷往復(fù)，直到涵身就位。頂進(jìn)時(shí)注意以下幾點(diǎn)。（1）涵身啟動后，開始為空頂，不切土，但此時(shí)要控制好涵身頂進(jìn)的方向，切忌大意，以免產(chǎn)生較大的偏差，難于校正。（2）涵身沿正確的方向埋設(shè)后，在涵身埋設(shè)入土1/2長度之前，是頂管定型階段，此時(shí)要嚴(yán)格控制中線偏移和水平高差，勤于觀測并及時(shí)調(diào)整。（3）當(dāng)涵身埋設(shè)入土超過長度的1/2后，孔道已基本形成，除繼續(xù)掌握水平外，偏差校正擺動要保持很小。注意防止涵身“扎頭”，涵身底板需要用土頂起。（4）為減少傳立柱自由長度和增加穩(wěn)定性，每隔3m在錨梁處設(shè)置壓梁，壓梁采用工字鋼，并與預(yù)埋在底板中的扣件連接。（5）為保證現(xiàn)有線路的安全，涵身頂進(jìn)時(shí)應(yīng)采用少挖多頂?shù)姆椒ǎ看瓮谶M(jìn)長度應(yīng)控制在30~40cm。（6）頂進(jìn)時(shí)，應(yīng)經(jīng)常觀察并記錄頂進(jìn)中心線、標(biāo)高、油表讀數(shù)、頂進(jìn)次數(shù)、頂進(jìn)力、頂進(jìn)時(shí)間和頂進(jìn)距離，以便分析，為下次掘進(jìn)頂進(jìn)時(shí)采取糾正措施提供依據(jù)。

2.4.3頂進(jìn)挖土

涵身內(nèi)部挖土采用人工開挖。挖土操作如下。（1）每次挖土進(jìn)程控制在30~40cm。開挖面寬度高度比涵身輪廓小10cm，以保證挖土方向控制頂進(jìn)方向。（2）開挖邊坡不大于1∶0.8，自下而上開挖，嚴(yán)禁挖洞取土。（3）不開挖時(shí)，應(yīng)在涵身底部預(yù)留出比涵身厚度高出5~10cm的土層，以便底板能吃土并被頂進(jìn)，減少“扎頭”。（4）挖土應(yīng)在列車通行間隔時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，當(dāng)有列車通過時(shí)，必須停止挖土，人員離開工作面。發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障，無法將涵身頂進(jìn)時(shí)，也應(yīng)立即停止挖土。（5）挖土工作應(yīng)與觀測工作密切配合，根據(jù)偏差分析確定開挖方法。2.4.4棄土運(yùn)輸棄土采用垂直運(yùn)輸方式，人工挖土采用斗車運(yùn)送至后背墻位置，人工采用小型卷揚(yáng)機(jī)將棄土提升至地表，小型運(yùn)輸車輛運(yùn)送至指定位置。

2.5翼墻施工

箱涵頂進(jìn)到位后，立即進(jìn)行箱涵兩側(cè)翼墻施工，翼墻為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，施工結(jié)束后，對翼墻后部進(jìn)行填土和夯實(shí)。

2.6架空方案比選

方案一：采用手動走軌穿越方法，三腳架到位的方式。此方法適用于軌道較少的鐵路斷面線的地方。但缺點(diǎn)是施工量大，且施工時(shí)要嚴(yán)格控制走軌的前進(jìn)方向，施工時(shí)間較長，要多次封鎖途經(jīng)的鐵路線，進(jìn)度慢，對鐵路的交通運(yùn)輸影響較大。方案二：手動滑移施工，三腳架到位方式。適用于鐵路區(qū)段內(nèi)地形平坦、車站軌道較少的線路。缺點(diǎn)是需要施工人員多，施工量大，施工時(shí)間長，多次封鎖，進(jìn)度慢，對鐵路交通運(yùn)輸影響大。方案三：起重機(jī)直接吊裝到位。優(yōu)點(diǎn)是需要的施工人員少，能在封鎖點(diǎn)內(nèi)完成較多的吊裝工作量，成本少，對鐵路的交通運(yùn)輸影響也小。缺點(diǎn)是不適合在站內(nèi)有軟接觸系統(tǒng)橫跨區(qū)段施工。方案四：用鐵路列出吊裝。優(yōu)點(diǎn)是適用于鐵路內(nèi)的任何區(qū)段。缺點(diǎn)是施工成本高。根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮，選用方案三，該方案施工成本低，對鐵路運(yùn)輸影響小。

3施工安全體系

項(xiàng)目工程建設(shè)首先要保證施工人員的生命安全，持“安全第一，預(yù)防為主，綜合治理”的方針，確保以人為本、健全機(jī)制、強(qiáng)化管理、防止事故，因此設(shè)立科學(xué)、合理的安全體系是十分重要的。施工安全體系示意圖如圖2所示。

4現(xiàn)代技術(shù)在箱涵施工過程中的應(yīng)用

隨著科技的快速發(fā)展，越來越多的現(xiàn)代技術(shù)逐漸引入到箱涵施工，其主要原因在于傳統(tǒng)的箱涵施工方法具有較大的局限性，比如投資成本高、施工過程中出現(xiàn)的問題不可控，進(jìn)而導(dǎo)致工期延誤。針對施工過程中的事故頻發(fā)、施工進(jìn)度緩慢問題，現(xiàn)代技術(shù)的引入可明顯避免上述問題，比如BIM可視化技術(shù)、無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)、智慧實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)及數(shù)值模擬分析技術(shù)等[6-7]。其中BIM軟件可通過建立模型，以模型為基礎(chǔ)并基于一些可視化軟件，從而建立施工全過程模擬的動畫，進(jìn)而形成可視化平臺，該平臺可對箱涵施工的進(jìn)度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，同時(shí)對遇到的一些工程問題進(jìn)行預(yù)警，達(dá)到工程進(jìn)度監(jiān)測與預(yù)警雙向協(xié)同管理的目的。此外，通過引入無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測施工進(jìn)度，將采集回來的施工視頻即圖像，經(jīng)過三維成像技術(shù)，導(dǎo)入到BIM模型中，進(jìn)行實(shí)現(xiàn)箱涵施工進(jìn)度可視化，具有加快箱涵工程進(jìn)度、提高管理效率的目的，是未來重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)之一。

5結(jié)束語

箱涵施工常見于鐵路的建設(shè)中，而且對質(zhì)量要求非常高，現(xiàn)階段及未來我國鐵路建設(shè)在不斷往多元化方向發(fā)展，同時(shí)也為鐵路的箱涵施工帶來一定的難度和更大的挑戰(zhàn)。上述的施工方案較之前多數(shù)傳統(tǒng)的施工方案，施工量有所減少，施工期有所縮短，在保證施工質(zhì)量的同時(shí)工程成本在一定程度上能降低，施工的有關(guān)技術(shù)參數(shù)均符合相關(guān)的技術(shù)要求，而且施工時(shí)對周圍施工區(qū)域的環(huán)境污染也改觀不少，能做到綠色施工、文明交工，是個(gè)比較理想的施工方案。因此，在箱涵施工過程，需要科學(xué)制定好專項(xiàng)施工方案，需要施工技術(shù)人員樹立安全意識，嚴(yán)格按照施工要求，確保施工質(zhì)量，對于容易出現(xiàn)的質(zhì)量問題需對其進(jìn)行采取有效的防治措施。現(xiàn)代監(jiān)測與管理技術(shù)是未來箱涵施工重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)之一。

作者:高江龍 單位:中國鐵建投資集團(tuán)有限公司