高速公路下穿既有运营铁路施工关键技术及安全控制

滕居根，刘义丰

（江西省公路工程有限责任公司，江西 南昌 330006）

摘要：我国公路网建设中，高速公路与铁路交叉的现象屡见不鲜，高速公路下穿铁路施工工艺应用广泛，其主要采取的是顶进式地道桥箱涵结构，目前此技术体系发展得较为成熟。因此，阐述顶进式地道桥箱涵结构施工工艺的基本原理，分析高速公路下穿既有运营铁路施工安全风险与控制，以工程实例为基础展开详细探讨，为类似工程提供借鉴。

关键词：高速公路下穿既有运营铁路；顶进式地道桥箱涵；施工技术

0 引言

随着我国社会经济的快速发展，对交通路网的要求也在不断提高，各种公路、铁路的新建、改扩建，使交通网络的密度急剧增大，“交叉”现象屡见不鲜，文中主要以高速公路下穿既有运营铁路为研究对象，此种交叉施工方式难点集中在公路新建与铁路运营的矛盾，安全风险较大，必须重视规范开展施工操作，做好安全控制，保证施工作业的顺利开展。

1 顶进式地道桥箱涵原理

目前，针对我国高速公路与既有运营铁路交叉问题，主要采取立体交通模式，既有运营铁路不变，高速公路上跨或是下穿铁路。顶进式地道桥箱涵结构是典型的下穿施工工艺，原理如下：①在交叉道路的一侧，开挖工作坑，修筑滑板、隔离层，同时在滑板上预制箱涵（严格按工程实际情况确定箱涵尺寸规格，保证通车顺畅）；②对交叉道路开展加固、防护施工，确保施工安全后方可继续箱涵的顶进作业，直至箱身就位；③箱身就位后，可作引道，贯通前后道路。

2 施工安全风险与控制

2.1 箱涵顶进风险

开挖岩土体是箱涵顶进施工的必要前提，因此无论采用何种技术、设备，均无法避免对岩土体的扰动。箱涵顶进作业中，部分岩土体被掘出，整个地层的平衡被打破，出现应力变化，主要表现为地层移动、变形，若是箱涵顶部覆土不够，则会导致此种应力变化波及地表，产生路基变形、路面损坏等情况。基于此，加强沉降计算，做好沉降控制调整、顶进步长控制与安全防护工作是关键［1］。

2.2 列车动载风险

由于顶进式地道桥箱涵时，既有铁路依旧处于运营状态，列车带来的动荷载难免会对工程施工产生影响，带来一定的安全风险。基于此，合理确定列车行驶速度限值、科学制定轨道加固方案是关键。

2.3 降水作业风险

开挖工作坑是顶进式地道桥箱涵施工的首要环节，基坑的开挖中，基底标高在地下水位之下并不罕见，降排水是解决这一问题的主要措施。但是，基于交叉施工背景下，基坑降排水面临着重要问题，即：基坑降水必然会破坏水土平衡，周边的土体必然都要受到影响，若是降水量控制不当，则会引发地面沉降问题，造成铁路地基变形。基于此，合理制定降水方案、做好安全防护工作是关键。

3 实例分析

3.1 工程概况

本工程为某高速公路下穿既有运营铁路项目，此铁路运营的是2万t级重载列车，具有行车频率高、载重大的特点，高速公路下穿施工难度较大。此工程采取的是顶进式地道桥箱涵施工方法，地道桥型式为框架桥，穿越的是铁路上、下行线两股道（直线区段），分别为轻/重载线，钢轨参数为：60kg/m（轻）、75kg/m（重），间距4.2m，钢筋混凝土轨枕。此次下穿施工，净跨2～14m，高速公路与既有运营铁路的交角80.21°，根据地质勘察显示，此铁路路基高4m，地面下5.3m分布的是粉土，框架桥顶进施工时不受地下水的影响。

3.2 施工技术

本次采用框架桥顶进施工工艺，框架桥主体长30.9m，宽16.41m，采用320t液压顶镐，顶程32.8m、最大顶力5052t。按照中—活载（2010）图式，确定列车行驶速度限值为45km/h。框架桥施工材料选用如下：框架桥、顶进三角块：C35—P8混凝土，HRB335、Q235钢筋；滑板、后背：C20混凝土；出、入口挡土墙：C25混凝土。

3.2.1 挖孔桩施工

由于本项目为高速公路下穿既有运营铁路施工，故为确保铁路运营安全，在开挖工作坑前，开展线路北侧防护桩、后背挖孔桩的施工作业；在预制框架桥时，开展线路南侧防护桩、支撑桩、抗横移桩施工。

3.2.2 工作坑开挖

工作坑开挖深度距原地面、轨底分别为9.9m、5m，开挖线与路基坡脚相距达到2m，决定采用分层全断面开挖法，人工刷坡，按照既有线原坡度开挖。为了保证基坑开挖安全，采用喷锚支护井壁，选用φ20mm锚固钢筋（长度：2m）、φ6mm钢筋网（规格：300×300mm），锚固钢筋间距控制在1m。

3.2.3 滑板施工

完成工作坑开挖工作后，检验基底承载力，确认达到设计要求后，铺设碎石垫层、浇筑滑板混凝土，在顶进方向，需保证留有0.3%的坡度，滑板布置地锚梁，规格：350×450mm，间距：3m。做好滑板混凝土的压光作业，浇筑第2d在顶面撒滑石粉，厚度控制在3mm左右，铺设塑料布隔离层，搭接宽度必须超过0.2m。完成隔离层的敷设后，涂抹水泥砂浆，并在滑板两侧20cm处，布设长旧钢轨导向墩，长度：1.5m，间距：3m。

3.2.4 框架桥预制、防水层施工

预制框架桥，根据工程现场实际情况，合理调整船头坡，预制作业主要包括两个阶段：一是底板浇筑；二是边墙、顶板浇筑，要求底板强度达到设计值的50%后，方可开展第二阶段的施工。本工程施工中，采用的是定制9015型钢模板、C35—P8混凝土，养护时间≥14d。

防水层施工，采用防水涂料冷作施工工艺，施工顺序为顶板→边墙，框架桥主体养护≥7d后方可开始施工，冷涂完成后施作保护层，采用c40钢纤维混凝土，预留0.5%流水坡。

3.2.5 后背施工

后背采用的是C20混凝土作分配梁，规格：1.5×2.5×32.9m，滑板下埋深1m；C25混凝土作挖孔桩，长9m，滑板下埋深5m，密排布置。分配梁、挖孔桩均采取人工开挖施工方法，后背与顶进方向呈90°，同时平行于底板三角块［2］。

3.2.6 土体注浆加固、既有线路加固

为保证本工程施工安全，在顶进施工前，对框架桥两侧的路基、既有线路进行加固处理。①两侧路基选用注浆加固方法，选用1:1水泥浆液、φ50mm注浆孔，注浆孔以梅花型布设，孔间距为1.2m，深度为线路下9.5m。在灌注浆液时，注浆压力：0.3～1.0MPa，顺序：帷幕孔→中间孔。当注浆靠近路基2m，需降低压力值，不得超过0.3MPa，防止出现路基隆起的问题。②既有线路选用纵挑横抬法加固。

3.2.7 框架桥顶进

本工程采取斜向顶进法，配置了24台320t顶镐，并增加1台作为备用，框架桥角度为80.21°，两侧三角块各配置12台，顶镐后端垫厚2cm的钢板。当框架桥处于空顶状态时，需及时调整桥体轴线，确保刃角吃土方向精确；刃角吃土后，需立即加快挖土，确保桥体持续顶进，若是不得不中断顶进，也需间接顶动，避免桥体继续顶进时阻力变大。

3.3 安全控制措施

框架桥顶进施工过程中，做好安全监测工作，主要内容包括：箱桥结构内力监测、孔隙水压力观测、深层土体位移监测、基坑边坡稳定性监测、路面沉降测试。根据施工监测结果，比较预期情况与实际情况的差异，判断施工方案的合理性，预测后期工程可能会产生的问题，为工程施工改进优化提供数据支撑，保证施工安全。此外，工程施工前需制定安全应急方案，预测各种可能出现的安全问题，事先确定处理措施，以最大限度保证工程的安全顺利开展。

4 结语

综上所示，高速公路下穿既有运营铁路是解决“公铁交叉”问题的重要途径，顶推箱桥则是实现“下穿”的重要施工技术。由于新建高速公路与既有铁路交叉，施工中难免会对铁路路基产生一定冲击，从而引发安全事故，同时既有铁路必须维持正常运营状态，也就对高速公路的施工、防护技术等提出较高的要求。基于此，在顶进式地道桥箱涵结构施工中必须控制好各项技术措施，做好相关加固、防护工作，对施工全过程开展安全监测，切实保证施工人员、铁路工作人员乃至于相关乘客的生命安全。

参考文献：

[1] 徐珂. 高速公路下穿既有运营铁路施工关键技术及安全控制研究[D]. 西安：西安建筑科技大学，2013.

[2] 赵挺生. 公路工程建设安全管理[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2009.

（编辑：刘学文）

中图分类号：U458

文献标识码：B

收稿日期：2017-04-20

作者简介：滕居根（1982—），男，助理工程师，主要研究方向为公路工程。