下穿鐵路頂推框架橋施工技術研究與實踐探索

方鏡驊

中鐵一局集團有限公司 陜西 西安 710000

隨著城市交通需求的不斷增加，橋梁工程在各類交通建設項目中的地位日益凸顯。橋梁施工中經常遇到的一個問題是需要在不影響現有交通，特別是鐵路交通的情況下進行施工。這就引出了下穿鐵路頂推框架橋施工技術的研究和應用[1]。頂推法是一種新型的施工方法，通過頂推設備將預制好的橋梁結構順序推出，既能保證現有鐵路交通的正常進行，又能滿足新橋的施工需求。然而，由于其施工過程復雜，對施工技術和設備的要求極高，因此，對下穿鐵路頂推框架橋施工技術進行深入研究，是橋梁施工領域的一個重要課題。

本工程位于貴陽花溪大道，新建道路分別與南西上、下行鐵路線斜交，與上行線交角為63.95°，與下行線交角為53.75°。南西上行線新建框架橋為4座，下行線新建框架橋為6座，框架均為獨立框架橋，采用頂推法施工。

本文根據項目實際施工對下穿鐵路頂推框架橋施工技術的原理及特點、具體施工步驟以及優缺點進行詳細的探討，并提出相應的改進建議。目的是為了提高下穿鐵路頂推框架橋施工的效率和安全性，降低施工成本，同時為類似工程提供參考和借鑒。希望通過本文的研究，能夠推動下穿鐵路頂推框架橋施工技術的發展，促進橋梁施工技術的創新和進步[2]。

1 下穿鐵路頂推框架橋施工技術的原理及特點

在橋梁工程中，由于新建橋梁的位置常常需要穿越現有的鐵路，因此需在不影響鐵路正常運營的前提下進行施工。下穿鐵路的原理主要是通過預先施工好的隧道或者管道，在其下方進行施工，避免直接影響鐵路的正常運行。施工流程主要包括以下幾個步驟：

（1）樁基及D型便梁安裝施工：架空既有線路，保證線路正常運行。（2）開挖基坑施工：按照設計要求開挖基坑。（3）滑板及后背墻施工。（4）框架橋預制：按照正常工藝在線路外側預制框架橋。（5）頂推設備的安裝和調試：在預制部分施工完成后，需要進行頂推設備的安裝和調試。這包括液壓推桿、液壓油泵和控制系統等設備的安裝，以及設備性能的檢查和調試。（6）頂推作業：這是頂推框架橋施工的主要步驟，其中包括橋梁結構的頂推和位置調整，以及頂推過程的監控和控制。（7）后續施工：這包括框架橋就位后的整體性檢查，以及線路恢復。

下穿鐵路頂推框架橋施工技術的應用，可以有效地解決鐵路和橋梁施工的空間沖突問題，使得橋梁施工在不影響鐵路正常運行的情況下進行，極大地提高了施工效率。同時，由于采用了預制的橋梁結構，也大大提高了橋梁施工的質量和安全性。

2 線路加固

為確保在框架頂進施工過程中不中斷鐵路運輸，在框架頂進穿越鐵路時需將軌道架空加固，鐵路列車限速通過。待最后一根支墩樁砼澆注完達到設計強度后，開始架設D型便梁，架設D型便梁的過程中，嚴格按照審批施工慢行及封鎖計劃請點。本工程主要采用D24、D16、D8 型便梁組合加固線路。

線路架空施工順序：測量放線→內側D型便梁就位→橫梁就位→外側D型便梁就位→固定鋼軌→線路調整。

（1）D型便梁就位

按計劃請點封鎖線路，將線路需架設D型便梁段道碴刨除，縱梁利用油頂、起道機等機械設備就位并支撐加固；D型便梁梁先放倒平放，其頂面底于枕木底面0.2m以上，以便抽換枕木，待墊穩撐牢后，安裝聯結板及牛腿。

（2）抽換鋼筋砼枕

根據計劃每天請點封鎖線路，分作業組安裝橫粱并回填道碴搗實，安裝橫粱的位置應與軌枕位置一致,所以事先應將軌枕間距適當調整。由D型便梁兩端向中心排列抽換，抽一根軌枕，塞一根橫梁，在鋼軌下墊大塊絕緣橡膠板，防止軌道電路短路，影響信號和行車。塞入橫粱時要對準左側縱粱聯結板并定位，同時墊好橡膠軌墊，上好聯結緊固件。

（3）將D型便梁立起升高就位，并聯結全部橫梁。

（4）利用列車間隔逐段扒除道碴，安裝斜桿和所有聯結部件。

（5）限位措施

測定D型便梁放置位置，樁基澆注時預埋PVC管，待D型便梁安裝就位后，采用1.0m鋼軌插入預埋孔中，以防止D型便梁移動。

（6）D型梁監控與養護

D型梁安裝架設完成至框架涵頂進就位、拆除線路加固防護設施恢復線路前，線路加固防護范圍必須設專人監控與養護。D型便梁安設完畢后每天均需全部對扣件進行檢查、加固，并將相關整治記錄填寫在施工記錄本中。

3 下穿鐵路頂推框架橋施工

3.1 基坑開挖

按工程設計確定工作坑的尺寸，進行施工放樣，定出工作坑的位置，基坑開挖應避開雨季，并做好地表排水工作，防止雨水浸泡基坑。按順序分層次開挖，并預留30cm厚土層人工開挖，以免擾動基底土。工作坑基底應平整夯實，要注意對基底土質進行強度分析，保證基底具有足夠的承載力，否則須進行換填加固處理。

3.2 滑板及后背墻施工

滑板和后背墻是頂推框架橋施工過程中的關鍵組成部分，對于保證整個施工過程的順利進行具有重要意義。以下是滑板及后背墻施工的主要步驟和注意事項：

（1）滑板施工

a. 滑板澆筑：為減小頂推阻力，使框架涵頂進順利啟動，要求滑板頂面具有較高的平整度，如滑板砼澆筑存在局部不平處，應再用2cm素M10水泥砂漿抹面整平處理。

b. 潤滑隔離層施作：滑板潤滑隔離層由涂機油兩次+鋪塑料薄膜一層+滑石粉組成。首先將涂機油兩次攪拌均勻后，噴灑在滑板頂面，厚度約3mm，隨即用木板刮平。鋪上一層塑料薄膜，薄膜接縫處用塑料膠帶粘接使之成為整體，接縫壓茬20cm并使接茬口朝路基方向。為使潤滑隔離層在箱涵預制時免遭破壞，最后面層應撒滑石粉。

（2）后背墻施工

后背墻作為箱體頂進工作重要環節，后背墻埋深在工作頂進框架底以下。后背梁施工包括修整土底模、鋼筋加工綁扎、側模制作安裝、砼攪拌、運輸、澆筑、振搗、養護等整套常規鋼筋砼工程的施工工藝。

3.3 頂推油泵選型及現場布置

頂推油泵作為頂推框架橋施工中的重要設備，其性能直接影響到頂推作業的效率和安全性。以下是頂推油泵選型及現場布置的主要內容：

（1）頂推油泵選型

推油泵的選型涉及到很多因素，包括頂推力、頂推速度、油泵效率、系統壓力等。以下是一個大概的計算過程：確定頂推力：頂推力的確定主要依據工程的實際需求和設計要求。頂推力的大小直接決定了頂推油泵的工作壓力和流量。確定頂推速度：頂推速度是指框架橋在頂推過程中的移動速度，它直接影響了頂推油泵的流量。具體的頂推速度應根據工程的實際要求和設計要求確定[3]。確定油泵效率：油泵效率是指油泵的有效功率與輸入功率之比。一般來說，油泵效率與油泵的類型、工作壓力、流量等因素有關，可以根據油泵的廠家提供的性能參數確定。確定系統壓力：系統壓力是指頂推系統在工作過程中的壓力，它直接影響了頂推油泵的工作壓力和流量。具體的系統壓力應根據工程的實際要求和設計要求確定。確定油泵類型：頂推油泵的類型主要有齒輪泵、葉片泵、柱塞泵等，不同類型的油泵其性能特點和應用范圍各不相同，應根據工程的實際需求和設計要求選擇合適的油泵類型。一旦以上參數確定，就可以使用以下公式來計算所需的油泵流量：

Q = F / (ρ·η·v)

其中：

Q 是油泵的流量，單位為立方米/秒（m3/s）或立方米/小時（m3/h）；

F 是頂推力，單位為牛頓（N）；

ρ 是液壓油的密度，單位為千克/立方米（kg/m3）；

η 是油泵的效率，為無量綱數值；

v 是頂推速度，單位為米/秒（m/s）。

然后，可以使用以下公式來計算所需的油法工作壓力：

P = F / A

其中：

P 是油泵的工作壓力，單位為帕斯卡（Pa）；

F 是頂推力，單位為牛頓（N）；

A 是頂推活塞的有效面積，單位為平方米（m2）。

通過以上計算，可以確定頂推油泵的基本參數，然后根據這些參數選擇合適的油泵。以上分析只是一種通用的方法，并不適用于所有情況。實際上，選型的過程可能需要考慮更多的因素，例如油泵的可靠性、耐用性、維護的便利性等。因此，在進行選型時，應當綜合考慮各種因素，并根據實際工程需求和條件進行適當的調整。

在選擇頂推油泵時，需要考慮以下幾個方面的因素：

a. 推力需求：根據框架橋的重量和施工條件計算出所需的推力，以此為依據選擇油泵的型號和規格。

b. 油泵性能：應選擇性能穩定、壽命長、維護方便的油泵。同時，油泵的工作壓力和流量應能滿足施工需求。

c. 品牌和服務：在滿足性能需求的前提下，應優先選擇知名品牌和良好售后服務的產品。

（2）頂推油泵現場布置

頂推油泵的現場布置應滿足施工和安全需要：

a. 布置位置：油泵應布置在離頂推作業現場較近但又不影響作業的位置，便于操作和維護。油泵布置以涵身中心線為軸對稱設置，放在涵身底板尾部，與頂鐵設置方向相同并保證垂直于涵身底板后緣和分配橫梁。

b. 保護設施：周圍應設置防護設施，防止油泵受到撞擊和外界物體的侵入。

c. 連接管線：油泵與頂推設備之間的油管應采用高壓耐磨管，并安排在不影響施工和交通的位置。

總的來說，頂推油泵選型及現場布置是影響下穿鐵路頂推框架橋施工效率和安全的重要環節，應根據具體情況綜合考慮，確保施工順利進行。

3.4 框架橋頂推施工

在完成框架橋預制、滑板及后背墻施工之后，接下來就是進行頂推作業。以下是頂推作業的主要步驟：

（1）檢查作業前準備：在開始頂推作業前，需要對設備進行全面檢查，確保所有的部件都正常工作，無任何損壞或磨損。另外，還需要檢查油泵和油管的連接情況，確保無漏油現象。

（2）頂鐵接換：頂鐵安放必須保持與框架涵頂進軸線順直一致，與分配橫梁垂直，每列頂鐵要與千斤頂成一直線，各列頂鐵長度應一致。按頂進長度隨時更換或填補不同規格的頂鐵，為了保證頂鐵的受壓穩定，避免發生崩鐵事故，頂鐵之間使用螺栓連接，并每隔6m設置一道分配橫梁作聯系梁使用，使傳力均勻及橫向穩定。頂進時應注意觀察頂鐵受力情況，防止崩出傷人。

（3）頂推操作：開啟頂推油泵，使其產生推力，驅動頂推裝置將框架橋推向預定的位置。在頂推過程中，需要時刻監控頂推力的大小，以避免超出設計范圍，導致設備損壞或施工安全事故。

（4）監控頂推過程：在頂推過程中，應實時監控框架橋的位移、速度和加速度等參數，及時發現并處理可能出現的問題。為準確測量和掌握涵身頂進的方向和高程，應在頂進的后方設置觀測站，及時觀測。觀測站的設置應離后背一定距離，以免后背變形而影響觀測儀器的穩定。觀測站設經緯儀及水平儀各一臺，一般需要設兩個縱向觀測站。在框架涵的頂板四個角上粘貼水平及方向標尺，用于頂進中的高程測量和方向偏差的觀測。在頂進過程中，框架涵每前進一頂程，即應對框架涵的軸線和高程進行觀測。并要詳細做好記錄，如發現偏差應及時通知頂進指揮人員采取措施，糾正偏差。施測過程，對水準基點及標尺等要經常檢查，核對位置，如有變位或過大誤差時要及時校正。為避免洞內施工對觀測工作的干擾，在布置標尺的位置時，應使其位置能保證通視。如遇到地基條件變差、抗滑力增大等情況，應及時調整頂推力，以保證施工的順利進行。

（5）頂進糾偏：頂進全過程應加強對框架涵中心線、頂進方向及高程的測量監控，發現超出允許范圍的誤差必須立即修正?？蚣芎斶M就位后應確保中線誤差不得大于20cm，高程誤差不得大于頂程的1%，偏高不得超過15cm，偏低不得超過20cm。當發生方向偏差時，可充分利用方向墩設專人加換左右兩側與方向墩間的鐵板，每一頂程調整一次，必要時可縮短頂程?？蚣芎较蜃笥移畹恼{整可使用增減一側頂進千斤頂的頂力的方法，即開或關一側千斤頂閥門，增加或減少千斤頂頂力數。如向左偏，即關閉減少右側千斤頂，如向右偏則反之。

（6）頂推結束：當框架橋推到預定位置后，停止頂推油泵，完成頂推作業。然后，對框架橋進行詳細檢查，確認無任何問題后，開始下一階段的施工。

頂推作業是下穿鐵路頂推框架橋施工中的關鍵環節，其操作的正確與否直接影響到施工的效率和安全。因此，進行頂推作業時，必須嚴格按照施工規范和操作指南進行，確保施工的順利進行和施工質量的穩定。

4 下穿鐵路頂推框架橋施工技術的優缺點及改進建議

4.1 優點分析

下穿鐵路頂推框架橋施工技術具有多種優點。首先，它對鐵路交通的影響較小，基本不會對鐵路運營產生較大干擾。其次，由于采用了頂推技術，可以在鐵路上方進行施工，不需要進行大量的土方開挖工作，從而降低了施工難度和施工成本。再次，該技術具有良好的安全性，可以有效避免傳統施工方法中可能出現的地基坍塌等安全問題。

4.2 缺點分析

盡管下穿鐵路頂推框架橋施工技術具有多種優點，但也存在一些缺點。最主要的是，這種施工方法對施工設備的要求較高，需要專門的頂推設備和專業的操作人員，這在一定程度上提高了施工成本。此外，頂推施工過程中可能出現的問題如頂推力過大、速度控制不當等，也可能對框架橋的結構安全產生影響。

4.3 改進建議

針對上述缺點，提出以下幾點改進建議：首先，應加強施工設備的研發和更新，提高設備的性能，降低施工成本。其次，應加強施工人員的培訓，提高他們的操作技能和安全意識。最后，應進一步完善頂推施工的相關規范和標準，對頂推力、速度等關鍵參數進行更嚴格的控制，以確保施工的安全和效率[4]。

總的來說，下穿鐵路頂推框架橋施工技術是一種具有廣闊應用前景的施工方法，但在實際應用中也需要不斷的探索和完善，以克服其存在的問題，充分發揮其優點。

5 結論

本文通過對下穿鐵路頂推框架橋施工技術的研究與實踐探索，介紹了該技術在實際工程中的應用及其優缺點。針對施工過程中可能出現的問題，本文提出了一系列的解決方案，包括支撐系統的設計、油泵選型和現場布置等。通過對該技術的分析和改進，可以更好地推進相關工程的施工。