铁路建设中铁路箱涵顶进施工方案研究

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随着我国经济社会的快速发展，交通状况成为了区域经济发展新的制约因素，东西部经济发展不平衡，交通发展不平衡是其原因之一。为了加强东西、南北各区域的经济联系，中国国家铁路集团有限公司出台了《新时代交通强国铁路先行规划纲要》，为的是推动新时代我国铁路的高质量发展[1]。但目前在实际施工过程中，各分项工程的施工方案只片面追求施工便利，而忽视了其科学性、技术性及经济性，缺乏综合考虑以及相关方案的对比分析，尤其针对较小工程或附属工程项目时，如涵洞，在施工条件发生改变时未能及时对方案进行合理的调整等一些因素，也会造成项目工期过长、成本提高，甚至会造成项目工程出现质量问题，危及工程项目施工建设及交通运行安全。基于此，本文以宁西铁路K179+190箱涵顶施工方案为例，重点针对施工过程涉及的方案进行分析，目的是提出合理的施工方案，满足新时代铁路高质量发展的要求。

1项目工程概况

宁西铁路K179+190涵位于商镇车站与丹凤车站之间，距商镇车站约5.4km，距丹凤车站约3.5km，为1~4.0m钢筋混凝土箱形涵，净宽4.0m，净高4.0m，涵身全长10m，下穿既有宁西铁路，与线路正交，设计为顶进施工，顶程16m，顶力约775t。涵洞上部覆土厚度0.37m，施工中采用Lp=16mD形便梁对既有线进行加固，每孔D形便梁基础采用4根Φ1.25m钻孔桩，桩长10m，防护桩桩身深入顶进涵底板下部约5m。

2施工方案

该箱涵施工时采用顶进施工的方案，其施工顺序为：施工前的准备—已有铁路设备迁移、改装、线路加固—工作坑开挖、主体预制—箱涵顶进—线路恢复通车—附属设施施工[2]。

2.1施工前准备

工程项目施工前，与相关设备管理单位共同调查既有线路、通信、信号、电缆和电线等公共设施的准确位置和使用情况，人工挖掘勘探沟，并用相关仪器进行探测，查明管道线路的方向、位置，对施工有影响的管道线路应及时进行迁移调整，如果无法重新安置管线的，则应采取深埋或架空保护。施工前先对既有宁西铁路K179+180～K179+200段进行物理隔离。物理隔离采用钢管竹排架，在既有线路肩上打入钢管，打入深度不小于50cm，外露1.2m，横杆采用上下2道钢管，中间用竹跳板封闭，竹跳板采用10#铁丝与钢管绑扎，钢管竹排架外侧悬挂警示标牌。

2.2箱涵工作坑的施工方案

根据顶进箱涵所处位置的具体情况，在开挖工作坑之前，调查清楚箱涵施工区域内的通信、交通信号、电线电缆等管线的埋设情况并作好防护后才允许施工，应采用挖机和人工相互配合进行开挖，并预留10～15cm厚度用人工进行挖除。由于本涵洞设计底面标高基本接近原地面标高，因此开挖量较小，为尽可能减少顶程，减少工作量。工作坑的开挖尽可能靠近现有线路的坡脚。工作坑底板采用C20钢筋混凝土作为底板材料，厚度为30cm。底板浇筑前，应在其下部基础铺上一层10cm厚的碎石垫层，以增加箱涵工作坑的抗滑力。在底板下沿箱涵顶进方向每隔3m设一道地锚梁，地锚梁埋入深度0.35m，宽度0.3m，长度与底板宽度相同，地锚梁与底板一同浇筑，工作坑底板上部每隔3m设置一对导向墩[3]。工作坑后部由后背桩、后背墙、夯填土组成，后背桩采用C30钢筋混凝土预制，高度2.5m，厚度0.8m，埋入工作坑底板表面以下1.0m；后背墙采用M10浆砌片石砌筑，墙厚2.4m，总高度5.1m，埋入底板表面以下约2.0m，后背墙总宽约9.0m。后墙的后方应填满并夯实填充物，填充物可选用工作坑开挖的土，填充物应分层压实，压实度不小于90%，填土高度根据现场地形确定，应能确保提供箱涵顶进的推进反力。

2.3箱涵预制

箱涵预制施工工艺如图1所示。将钢筋砼框构在工作坑底板润滑隔离层上进行预制的施工，首先要做好测量定位工作，这样就使得涵身的中心线和顶框架涵的中心线都在同一条直线上[4]。图1箱涵预制工艺流程

2.3.1箱涵施工

先在基础上放出底板的边线及箱涵中线，对框架施工范围用水冲洗干净，箱涵模板均采用定型钢模板，箱涵内侧搭设碗扣式脚手架，采用1.2m立杆，步高为0.6m，横向间距为0.6m，纵向间距为0.6m。

2.3.2模板组装

模板在组装前应清洗干净并涂离型剂。模板架设时，根据十字交叉线对好中心点，并精确控制水平状态。模板安装完成后，需要检查其平面位置、顶部高度、垂直度、节点连接及垂直水平稳定性。模板之间的接缝必须紧密，防止浆料渗漏，影响混凝土质量和表面光洁度。

2.3.3钢筋加工

钢筋按照设计时提供的钢筋图纸在加工场地集中加工，严格按照施工图纸和规范进行钢筋绑扎。钢筋绑扎应按从下到上、从内到外的顺序，逐根安装到位。预埋件应按设计图纸做好，并与相应的内部钢筋焊接牢固。混凝土的浇筑及养护混凝土应在搅拌站内集中拌合，有专用的混凝土运输车进行水平运输，用起重车带管道浇筑，每一层浇注厚度约为30cm，使用插入式振动器。混凝土施工分为2次完成，第一次浇到侧壁倒角以上30cm处，第二次浇注直至完成。防水层施工防水层按设计图及规范要求进行施工。

2.4箱涵顶进的施工方案

2.4.1试顶和涵身起动

顶进试验的目的是继续检查顶进设备是否能正常工作，顶进力是否均匀，底板、后桩及涵身是否异常，并将涵身与工作坑底板分开。顶进试验时，油泵每升一次压力后逐渐稳定10min，检查设备、滑板及后背梁等是否有裂缝。油泵升压大小及间隔时间见表1[5]。

2.4.2顶进

顶进过程为：当前方弯角处开挖完成一个顶进行程后，启动高压油泵，使千斤顶产生顶力，然后借助后桩反力，通过传力设备推动涵身向前移动。涵身向前移动后，恢复千斤顶，然后在空档位置加装传动柱，等待下一次开镐。这个循环不断往复，直到涵身就位。顶进时注意以下几点。（1）涵身启动后，开始为空顶，不切土，但此时要控制好涵身顶进的方向，切忌大意，以免产生较大的偏差，难于校正。（2）涵身沿正确的方向埋设后，在涵身埋设入土1/2长度之前，是顶管定型阶段，此时要严格控制中线偏移和水平高差，勤于观测并及时调整。（3）当涵身埋设入土超过长度的1/2后，孔道已基本形成，除继续掌握水平外，偏差校正摆动要保持很小。注意防止涵身“扎头”，涵身底板需要用土顶起。（4）为减少传立柱自由长度和增加稳定性，每隔3m在锚梁处设置压梁，压梁采用工字钢，并与预埋在底板中的扣件连接。（5）为保证现有线路的安全，涵身顶进时应采用少挖多顶的方法，每次挖进长度应控制在30~40cm。（6）顶进时，应经常观察并记录顶进中心线、标高、油表读数、顶进次数、顶进力、顶进时间和顶进距离，以便分析，为下次掘进顶进时采取纠正措施提供依据。

2.4.3顶进挖土

涵身内部挖土采用人工开挖。挖土操作如下。（1）每次挖土进程控制在30~40cm。开挖面宽度高度比涵身轮廓小10cm，以保证挖土方向控制顶进方向。（2）开挖边坡不大于1∶0.8，自下而上开挖，严禁挖洞取土。（3）不开挖时，应在涵身底部预留出比涵身厚度高出5~10cm的土层，以便底板能吃土并被顶进，减少“扎头”。（4）挖土应在列车通行间隔时间内进行，当有列车通过时，必须停止挖土，人员离开工作面。发现机械设备出现故障，无法将涵身顶进时，也应立即停止挖土。（5）挖土工作应与观测工作密切配合，根据偏差分析确定开挖方法。2.4.4弃土运输弃土采用垂直运输方式，人工挖土采用斗车运送至后背墙位置，人工采用小型卷扬机将弃土提升至地表，小型运输车辆运送至指定位置。

2.5翼墙施工

箱涵顶进到位后，立即进行箱涵两侧翼墙施工，翼墙为钢筋混凝土结构，施工结束后，对翼墙后部进行填土和夯实。

2.6架空方案比选

方案一：采用手动走轨穿越方法，三脚架到位的方式。此方法适用于轨道较少的铁路断面线的地方。但缺点是施工量大，且施工时要严格控制走轨的前进方向，施工时间较长，要多次封锁途经的铁路线，进度慢，对铁路的交通运输影响较大。方案二：手动滑移施工，三脚架到位方式。适用于铁路区段内地形平坦、车站轨道较少的线路。缺点是需要施工人员多，施工量大，施工时间长，多次封锁，进度慢，对铁路交通运输影响大。方案三：起重机直接吊装到位。优点是需要的施工人员少，能在封锁点内完成较多的吊装工作量，成本少，对铁路的交通运输影响也小。缺点是不适合在站内有软接触系统横跨区段施工。方案四：用铁路列出吊装。优点是适用于铁路内的任何区段。缺点是施工成本高。根据实际情况综合考虑，选用方案三，该方案施工成本低，对铁路运输影响小。

3施工安全体系

项目工程建设首先要保证施工人员的生命安全，持“安全第一，预防为主，综合治理”的方针，确保以人为本、健全机制、强化管理、防止事故，因此设立科学、合理的安全体系是十分重要的。施工安全体系示意图如图2所示。

4现代技术在箱涵施工过程中的应用

随着科技的快速发展，越来越多的现代技术逐渐引入到箱涵施工，其主要原因在于传统的箱涵施工方法具有较大的局限性，比如投资成本高、施工过程中出现的问题不可控，进而导致工期延误。针对施工过程中的事故频发、施工进度缓慢问题，现代技术的引入可明显避免上述问题，比如BIM可视化技术、无人机倾斜摄影技术、智慧实时监测技术及数值模拟分析技术等[6-7]。其中BIM软件可通过建立模型，以模型为基础并基于一些可视化软件，从而建立施工全过程模拟的动画，进而形成可视化平台，该平台可对箱涵施工的进度进行实时监测，同时对遇到的一些工程问题进行预警，达到工程进度监测与预警双向协同管理的目的。此外，通过引入无人机倾斜摄影技术，实时监测施工进度，将采集回来的施工视频即图像，经过三维成像技术，导入到BIM模型中，进行实现箱涵施工进度可视化，具有加快箱涵工程进度、提高管理效率的目的，是未来重点关注的技术之一。

5结束语

箱涵施工常见于铁路的建设中，而且对质量要求非常高，现阶段及未来我国铁路建设在不断往多元化方向发展，同时也为铁路的箱涵施工带来一定的难度和更大的挑战。上述的施工方案较之前多数传统的施工方案，施工量有所减少，施工期有所缩短，在保证施工质量的同时工程成本在一定程度上能降低，施工的有关技术参数均符合相关的技术要求，而且施工时对周围施工区域的环境污染也改观不少，能做到绿色施工、文明交工，是个比较理想的施工方案。因此，在箱涵施工过程，需要科学制定好专项施工方案，需要施工技术人员树立安全意识，严格按照施工要求，确保施工质量，对于容易出现的质量问题需对其进行采取有效的防治措施。现代监测与管理技术是未来箱涵施工重点关注的技术之一。

作者:高江龙 单位:中国铁建投资集团有限公司