既有线顶进桥涵.docx

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既有线顶进桥涵

既有线顶进桥涵

既有线顶进桥涵——穿越既有铁路的涵洞或立体交叉（地道桥），采用桥涵结构，用顶进法施工者，也叫箱涵顶进。

用顶进法施工，可减少对既有交通的干扰。

条件适合时，也可用于桥涵的扩建与改建。

箱桥一般为单孔或多孔箱形钢筋混凝土框架结构（有时也叫框架桥）。

箱涵顶进可分为箱桥顶进和小型涵管顶进。

箱桥顶进按箱桥形式可分为单孔、多孔和框架与梁跨结合等三种形式。

多孔的可采用连续框架或单孔拼装式；连续框架是多孔框架灌筑成整体结构顶入；单孔拼装式是将三个或两相邻单孔框架分别逐孔顶人拼装而成。

连续框架式的优点是受力情况好、节省材料、施工简单、工期短、干扰运输时间少；缺点是所需顶进力大，要求有较坚强的后背，线路加固也复杂。

单孔拼装式就位后易高低不齐，影响正常行车的时间长，线路加固也要进行多次，一般以采用连续框架式为宜。

箱桥截面可分为变截面与等截面两种。

按箱桥与铁路交角可分正交、斜交两种。

由于箱桥穿越铁路的具体情况（如断面与长度、最大顶力、地质情况、施工技术与地形条件等）不同，采取的施工方法也不一样，但主要施工程序仍是相同的。

开工前的准备工作（调查修箱桥处的公路铁路交通及铁路路基中埋设的地下管线及其他障碍物等情况、做好拆迁、施工时临时道路及排水等），开挖工作坑（必要时需降低地下水位），修筑滑板及后背，预制箱桥，安装顶进设备及装置观测设施，线路加固，起动，顶进（挖运土），监测调整（方向、高低），就位。

箱桥顶进要处理好“三水”：

①结构物的防水。

箱桥一般采用不低于C30及B8防水混凝土，各节间接头、施工缝是防水薄弱环节，可选用高效聚合砂浆、膨胀橡胶、聚氨酯液体填塞或涂刷，亦可用氯丁橡胶止水带等新材料。

结构外表以往常用外贴式甲种防水层，现多采用喷涂M-1500防水剂。

②施工时排水。

排除降水是保证工程质量及顺利施工的重要环节。

对地下水也应截流引排，必要时在基坑开挖及路基内采用井点法降水。

③建成后雨季时排水。

一般通过排水沟管将地下水地表水排到水井内经专门抽水泵站排走。

为确保雨季排水畅通，大型地道桥常采用两路电源。

一般顶入法箱桥顶进最常用的方法。

可分为一次顶入法和分次顶入法两种。

凡在铁路一侧的工作坑内，将在滑板上预制的单孔或多孔整体钢筋混凝土箱桥借助事先修筑的后背，利用千斤顶一次顶入，随顶随挖土直至就位称为一般顶入法，见图1。

图1一般顶入法

此法优点是对铁路运输干扰较小，顶进时间集中，要求列车慢行的时间短。

对多孔单独分别灌筑的钢筋混凝土箱桥则应分别逐孔顶入，一般避免同时顶进（因对线路加固不利），各孔间应相错一定距离，这种方法称分次顶人法。

（1）工作坑的修筑。

靠铁路路基侧工作坑的边玻应缓于1：

1，如箱体穿越多股铁路，工作坑一般避免放在靠近铁路正线一侧，以减少干扰。

路基两侧地势不同时，宜放在地面高燥一侧，在顶进施工中应保持地下水位在坑底下0.5～1.0m，以保持路基和工作坑的稳定，疏干及降低铁路路基内的地下水是保证箱桥安全顶进的重要措施。

工作坑底板（也称滑板）应有足够的刚性和稳定性，顶面要平滑。

以利铺设润滑隔离层，减少起动阻力，同时可使箱桥底面平整，减小顶进阻力。

滑板用混凝土或浆砌片石做成，表面抹水泥砂浆。

润滑隔离层多采用石蜡。

（2）钢筋混凝土箱桥结构的制作。

混凝土强度不宜低于C25，混凝土的抗渗要求不低于B6。

一般分两次灌筑，当底板达到设计强度的50%后再接续灌筑边墙和顶板。

如采用三次灌筑，则在边墙灌筑后再灌筑顶板。

顶板或底板必须一次灌成，不得中断。

（3）后背的修筑及顶力计算。

箱桥宜利用工作坑后壁密实原状土作后背。

若原状土松软或系填土，则应采取加固措施。

后背的一般形式：

板桩形式后背—由板桩（钢板桩、槽钢、工字钢或钢轨）、后背梁和后背填土（或片石）三部分组成；重力式后背—浆砌片石后背或利用引道挡土墙等垮工体做后背；钢筋混凝土抵座式后背—由钢筋混凝土抵座、垫层及后背填土组成。

顶进桥涵的顶力，应根据顶进长度、土的性质、地下水情况、桥涵外形及施工方法等因素，按照《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》进行计算。

后背的强度应考虑两种情况，即顶进前墙体（板桩、重力式砌体、抵座等）应能承受背后填土的水平推力（主动土压力）；顶进时，板桩或抵座主要由后背土的水平抗力（被动土压力）承受全部千斤顶的顶力。

重力式后背则由浆砌墙体自重与土的摩阻力及后背土的抗力承受顶进力。

箱桥顶进时，上下左右并非直线移动，由此产生分力，这些都会影响摩阻力及顶力的大小。

当顶进距离增加，方向控制不正，挖土不善和顶上覆土较厚时，顶力将显著增大。

（4）顶进设备。

包括液压系统及传递系统两部分。

液压系统：

动力机构——高压油泵；操纵机构——控制阀；调节执行机构——千斤顶（单作用柱塞式、双作用盾构式）；辅助装置——油箱、油管、压力表等。

传递系统：

顶铁——按每次顶进的行程更换顶铁；顶柱——箱桥顶进离后背越来越远，借顶柱将顶力传给后背；活动横梁——将千斤顶的顶力均匀地传给顶铁；固定横梁——横向联结顶柱，避免顶柱受压失去稳定。

（5）顶进工艺。

包括挖土、运土、开镐、顶进、换顶铁（顶柱）、接长运土车道、观测测量、顶进时方向与高程的调整。

斜桥顶进时更须注意调整，当箱桥重心脱离工作坑滑板时，容易发生“栽头”现象。

可在滑板上按1.0%左右上坡预留高度，亦可沿前端用开槽方式灌筑快硬混凝土、浆砌片石接长滑板，承托箱桥顶进以减小下沉。

为纠正箱桥“栽头”，可适当增加抬头力矩，即增加上刃角阻力，使上刃角多吃土。

为纠正“抬头”，可使底刃角前方超挖，同时使上刃角不吃土。

当发现左右方向偏差时，可用增减两侧顶力，改变两侧挖土量的方法来调整，亦可利用分别开闭左右侧千斤顶以调整顶力来解决中线方向偏差问题。

中继间法穿越股道多，箱桥长，纵向配筋要求过多，顶力较大，后背设备增多，此时宜将箱桥分成数段，在节间设置中继间，将箱桥接力顶进。

中继间法是我国大型箱桥顶进施工中最常用的一种方法。

预制箱桥可布置成并列式或串联式，并列式是将箱桥第一节顶入路基后，再将第二节横移过来，安装第一个中继间，当第二节顶入后，再横移第三节。

横移可采用滑道滚移、卷扬机牵引或千斤顶顶移。

串联式将数个中继间一次安装完成，连续顶进，但后背距铁路较远，需要顶柱多。

并列式需中途停止顶进，横移工作费事。

中继间法的特点是前节利用后节作后背，后背设备较少。

为了避免节间产生“错牙”现象，接口处需作特殊处理，如设置剪刀楔、钢搭榫、传力钢筋等。

见图2。

（a）示意图

（b）剖面图

（c）设备安装图

（d）接缝细节图

图2中继间法

顶拉法当顶进的箱桥较长，当地无条件修筑后背工程或为节省后背与传力柱等辅助设施时采用。

顶拉法是中国国内箱桥顶进施工中较先进的一种方法。

在修建较长的箱桥时，将整座箱桥分为多节（至少分为三节），各节之间互为后背，先顶后拉，交替前进。

用通长的钢筋束或型钢做拉杆将各节串联起来，以备牵拉后部单节箱桥之用。

其中两节或两节以上箱桥的静摩阻力，作为顶进另一节箱桥时克服滑动摩阻力的后背支座，依次将箱桥逐交换向前顶进顶拉就位。

拉杆通过锚具与钢牛腿相连，钢牛腿用锚螺栓固定在箱桥底板面上。

在箱桥的接缝处，箱桥（涵）四周均设置钢护套，钢护套与箱桥顶进方向前节末端的预埋螺栓连接，与后节前端无连接。

对顶法当穿越铁路股道多，一次顶入顶力较大，设备能力不足，中继间法又有其他问题不能采用时采用之。

但顶进时容易产生“错牙”现象。

对顶法是在铁路两侧各挖一个工作坑，每侧预制钢筋混凝土箱桥总长度之半，借助两侧之后背，将箱桥顶入路基。

中间接口应选择在铁路股道之间，要求严密不漏水。

接口的处理可预留缺口，完工后设置止水橡胶带。

对拉法修建后背困难或不经济，在单线铁路下顶进单孔及较小的箱桥时可采用。

对拉法是在铁路两侧工作坑内各预制全长1/2的箱桥，然后用小口径顶管法将高强度钢丝束或拉杆穿越路基，联结两侧箱桥，互为地锚，对拉合拢。

斜交箱桥顶进①多孔小跨度箱桥与铁路斜交时常采用正箱桥斜向顶进，并将洞口立面处理成阶梯形。

顶进时，两侧受力面积大小不等，在平面会形成扭矩，因跨度小，可用调整顶力法来解决。

②与铁路斜交的大跨度箱桥，纵向长度不大时，可采用正箱桥正顶进，再修建斜向道路的办法以避免箱桥斜顶造成箱桥多余部分较大等缺点。

③当大跨度箱桥纵向较长时，则应采用斜顶进的办法比较合理。

即箱桥本身为斜形，由于底板后端为设置顶镐用，故需浇制成与顶进方向垂直。

顶进时因箱桥侧土壤侧压力不在一条直线上，在平面上形成力偶，箱桥容易偏向，故需随时控制，调整两侧顶力，以形成反向力偶以平衡之。

顶进框架和换梁结合法例如预制三个框架顶进，分别作为两个桥台（兼作人行道孔）和中墩，再在其上架设临时性钢梁，将预制的钢筋混凝土板梁拉进临时性梁下面，再拆除临时性梁，或不用临时性梁而直接把钢筋混凝土板梁顶入，然后挖去板梁下土方而成新桥。

此法的特点是可减少顶力，但工序多，间距要求严格，而且合拢困难，慢行时问长。

至于顶进框架作桥台和换梁相结合，该法适用于旧桥扩孔改造。

开槽顶入法此法系在工作坑内预制钢筋混凝土门式刚构。

在与门式刚构中、边墙对应的铁路路基中，按中墙边墙厚度开槽，为保证路基稳定应将路基开槽部分支撑好，并按扩大基础设计、施工。

然后，以预先修好的基础和沟槽作为滑道，将刚构顶入，为减少顶力，可将基础顶面或门式刚构之边墙、中墙底部各预埋一钢板，并在其上涂油，顶进就位后，将预埋之钢板焊死，特点是顶力小，可将门式刚构顶进就位后，再挖除中间部分路基，因而施工速度大大加快。

但应注意路基土质，开槽不致坍方，为保证安全，必须进行线路加固。

气垫法应用气垫技术顶进施工的主要特点是在箱底板与滑板及士基面之间充入压缩空气，并在较短时间内形成气垫层，借以减少顶进摩擦系数降低顶力，从而简化辅助工程。

气垫由气垫裙、供气系统及供气管路组成。

京山线汉沽立交桥（属软土地基—流塑黏砂土）和天津西营门立交桥采用气垫法顶进获得成功。

液垫法对大型立交桥的顶进，采用一般顶人法或顶拉法，个别曾采用过气垫法或液垫法减少阻力顶进，气垫法对密封要求严格，对砂性土地基易泄气，不如液垫法泥浆润滑套层效果好。

立交桥顶进时，底板底面支承在泥浆润滑介质上（多用膨润土作泥浆，上边墙外侧也可加设泥浆润滑套层）。

为了保证泥浆介质的厚度，设计了沟槽。

为了密封泥浆，在底板四周设计了挡肩。

为了顶进时前端不“栽头”，设计了船头坡和支承平台。

顶进前对压浆系统进行试压检查，起动后一边顶进一边压浆，压力控制在0.5MPa。

北京铁路局在采用泥浆润滑套层法新工艺方面也取得了经验。

厚覆土下顶进顶进覆土较厚的箱桥，由于顶部土压增大而使顶进阻力增大时，除上述各种方法外，也可将箱身增高，以减少顶部覆土厚度，减少压力。

覆土较厚的箱桥顶进工程，亦可采用泥浆来减小摩阻力；但对于箱形结构，泥浆只灌入顶部及两侧的外壁，底部则可采用气（或液）垫法工艺。

软土地基顶进对于地基松软（如淤泥层）、承载力低的软土地基，也可采用顶进法施工。

如某箱桥顶进时，箱桥底板作船头坡；原防护线路用的木桩不予拔除，齐底板截断，以承托箱体部分荷载；不挖除刃角部分土体，强迫顶进。

软土地基顶进，亦可采用气垫法。

小型涵管顶进小型涵管一般是指钢筋混凝土圆管、小孔径混凝土拱涵、盖板涵等。

运营线上顶进小型涵管主要是解决农村灌溉与排涝，厂矿排污，以及各种管路电缆穿越铁路的问题，也可用于一般涵渠的改建与增建。

触变泥浆润滑剂、激光导向、液压纠偏、水力机械自动出土等新技术正在小型涵管顶进中逐步采用推广。

在顶进方法方面，除上述各法外，还有分段顶入法、圆管带基础顶入法等。

与箱桥顶进比较，小型涵管顶进有以下特点：

①管底进口高程是整个涵管高程正确与否的关键，该段基础必须坚固密实，因此也可在进口端铺设一层0.2～0.3m厚的混凝土基础，再在其上设置导向轨，以确保进口端高程准确。

②顶进管节时，千斤顶施力点必须控制在管周下半圆之内。

若施力点不当，顶进时将引起管端抬头或栽头，造成管节错口与高低不平。

③钢涨圈。

它的作用是防止涵管在顶进过程中管节之间上下左右错动，保证涵管成直线均匀向前移动。

钢涨圈宽100～150mm，厚8～11mm，直径较管节内径小100～150mm，用木块打进塞紧，控制管节衔接吻合。

④管节接缝处理。

接缝要强调质量，否则日后接缝漏水，造成线路翻浆冒泥、冻害、下沉及管节本身不均匀沉落。

处理方法有企口式接口及钢板内套环两种。

⑤出入口防护。

无基涵管顶进就位后，为保持管节稳定和防止出入口处冲刷，应对进出口管节灌砌圬工基础。

⑥为减小小型涵管的顶进阻力，可向外壁灌注触变泥浆润滑剂。

⑦当路堤高、涵管长度达30m及以上时，用一般顶入法会遇到困难，这时可采用分段顶人法。

⑧在路基不稳定、土质差、覆盖土薄（1m以下）受到列车动力的影响较大，或路基内有水囊、淤泥层等情况下，采用圆管连同基础顶入，此法施工简易、安全。

管身与基础用钢筋或混凝土包箍等法联结、管节与管节以及管节与基础之间可用环氧树脂粘结剂胶接。

用两根轻型钢轨承托基础，起导向作用（称滑轨）。

⑨为了节省钢筋，可以无筋混凝土拱涵来代替连同基础顶进的圆管。

中国既有线顶进箱桥记录：

目前最大的顶进立交箱桥是丰台地道立交桥。

该桥为四孔钢筋混凝土箱形桥，孔跨（净宽）为14.9m+17.5m+17.5m+14.9m，箱体总宽为68.2m，与线路斜交73°36＇，全高为7.55m，穿越12股道，5组道岔，箱的长度76.84m，分为5节采用顶拉法施工，顶程为9m，混凝土总量为10878m3，自重28077t，1990年建成。

顶入的箱形桥单节最长（68m）同时又是顶力最大（14700t）的立交桥为北京东站内立交桥。

斜度最大为京沪线沧州站内立交桥，斜交角为45°。

顶入箱形桥最高的为陇海线K807桥，原为1孔31.5m上承钢板梁桥，改建为双层框架结构的箱形桥，结构总高24.2m。

线路加固为保证既有线顶进桥涵在施工中行车安全，对线路采取加设吊轨、扣轨、横抬梁、工字钢架空等加强措施的总称。

顶进时铁道线路是否加固及用什么方式加固，根据铁路运输、地质、箱桥尺寸、覆土深度、地下水、施工季节和刃脚等情况综合考虑决定。

有下列情况：

当穿越直线地段，股道少，运输不繁忙，路基土质密实，施工处于秋冬少雨季节，箱桥净宽较小而覆土深度足以形成卸载拱，经过计算分析，可以不进行线路加固，但需有养护人员监视线路，如有异状，及时进行整修加固。

上述小孔径箱桥，若遇路基土质不良，在顶进中有可能坍陷时，可用吊轨进行线路加固。

当箱桥结构尺寸较大（8以内），覆土较深，为减小顶进阻力，可采用“钢板脱壳法”顶进，但线路仍须加固。

箱桥顶上覆土较薄或无覆土而直接和线路道床接触时，如公铁平交改立交、城市地道桥等都属于这种情况。

顶进时，线路必须加固，方法如下述。

轨束梁加固当箱桥外轮廓宽度较小，线路架空跨度小于4～5m时，可用一般轨束梁（吊轨、扣轨或纵横轨束梁）加固线路，见图3。

常用于临时性工程的轨束梁分单层、双层两种型式，在单层轨束梁中所需轨在4根以上时，为减小轨束梁宽度，应将轨顶上下交错互扣【图3（a）】，通称扣轨。

吊轨（又称扣轨吊梁）是将扣轨组铺设在行车轨两侧的枕木上，用U型铁箍和角钢与枕木联结，以承受荷载【图3（b）】。

吊轨虽设置方便，但受力状况不如扣轨，且配件多，费工费料。

纵横轨束梁是将纵轨束铺设在行车轨两侧路肩上，其上横穿横轨束梁用以承受荷载【图3（c）】。

轨束梁的细节图见图3（d）及（e）。

（a）单层轨束梁（扣轨）结合图

（b）轨束梁（吊轨）示意图

（c）纵横轨束梁示意图

（d）单层钢轨结合图

（e）双层钢轨结合图

图3轨束梁加固图（单位：

mm）

轨束梁下加横抬梁由于新扣轨法的纵向扣轨是设置在轨枕外，如有条件增加纵向扣轨数或改成双层，则跨度可达6～7m，若在跨中横穿一组工钢或槽钢抬梁，抬住纵向扣轨，其前端穿越线路下部搭在远销路基上，后端搭在箱轿背上，使纵向扣轨成为连续梁，其跨度可达10m左右。

这样可解决外宽7～8m的箱桥顶进。

箱桥顶进股道后，如发现纵向扣轨刚度不够，可在过车前，在其下两侧对称地用垫木楔紧在箱桥顶上，车过后松开楔木继续顶进。

工字钢架空如线路两侧各改用三片55型工字钢（用垫木、上下联结板、螺栓联成整体），将钢枕吊在工字钢底部，则架空跨度可达10m左右。

特制工型（或D型）钢架空设备，1980年由郑州铁路局研制，山海关桥梁工厂制造，它是“工型架空架桥设备”，由特制的大型工字钢（100型工字钢）和钢机组成，见图4。

100型工字钢作为架空主梁，钢枕作为线路的横抬梁。

是桥梁进行大修施，箱桥顶进施工的一种新设备，它特别适用于在运营线上施工。

主要用途是：

立交桥及顶管法施工的线路架空工程；墩台大修及架梁、换梁工程、便桥工程。

图4100型工字钢（I100）结构图（单位：

mm）

100型工字钢（I100）高100cm，长16m，重约6.2t，为特制焊接的成型结构，上下翼缘宽度均为36cm，根据架空架梁需要可拼成半穿式梁或上承式梁，亦可拼成连续梁。

在I100，腹板、上下翼缘均用拼接板，采用高强度螺栓拼接。

在下翼缘板处，顺着工字钢长度每隔10cm钻两个孔，以便用螺栓安装吊设钢枕。

钢枕也为特制的焊接成型结构，其高度为20cm，分长短钢枕两种（长度分别为4.94m与4.42m），长钢枕可用于曲线线路架空，钢枕安装间距可根据受力等情况进行调整。

线路架空时两侧各设置一片I100（不开天窗）可拼成连续梁进行架空架桥。

架设时除装卸外，可不要点，慢行即可，用人工或一般吊车即可安置。

工型架空架桥设备与线路轨道联成整体（在自动闭塞线路地段进行架空，为了防止连电需加设特制的钢轨绝缘扣瓦和垫板），它的优点是：

强度大，刚性好，稳固可靠，使用方便，用途广泛、干扰运输少，颇受现场欢迎。

现又增设了I60型（高60cm，全长9m）、I122型（高122cm，全长22m）及配套用装卸此设备的专用轨道吊机（吊机设有保险装置，在电气化铁路上作业以策安全）。

上海铁路局也研制出一套类似的设备，即“D型低高度施工便梁”（特点是大梁截面为箱形）也已成系列产品，有D12，D16，D24（如D16型，高100cm，长16m）。

大跨度架空当架空跨度为I5～32m时，可采用拆装式军便梁。

因较笨重、配件多、费工科等缺点，目前采用不多。

对于16m以上的大跨度架空比较好的办法是在线路两侧路肩上，设置单片连续拼接的I100工字钢，它和钢枕、钢枕与基本轨栓连成整体。

其下用多组抬梁，一般每隔4m左右为一组，每组由多片工钢或槽钢组成，抬住架空结构，抬梁前端搭在远方路基上，后端搭在箱桥背上。

该法的优点是：

轨道和架空结构栓联成整体，线路稳定，横向刚度大，安全可靠，行车平稳；架设时除装卸工作外，可以不要点，对运输干扰较小；架空跨度可按需要增大，适用于运输繁忙干线上的大型地道桥顶进工程。

对于大中跨度的架空，常用挖孔桩（参见钻孔桩和挖孔桩基础）代替枕木梁作支点，防止支点处的路基塌方，以策安全。

是改善支承方式，提高顶进时限速的有力措施。

道岔加固选择地道桥址时，尽量避开道岔处所，否则架空时须对道岔进行加固。

道岔加固方法：

①按一般线路办法架空后（注意架空设备各都不得侵限），另在岔枕上吊轨，以加强其整体性。

②如仅用吊轨加横抬梁法架空时，应将两尖轨间吊轨与导曲线和直股钢轨之间吊轨相互穿叉。

③辙叉部分横抬梁间距应该较直线部分小些。

④轨道电路地段要注意绝缘。

顶进涵施工中的高程控制