下穿铁路顶进框构桥顶进过程中铁路路基支护的施工方法

摘要

本发明属于铁路顶进框构桥施工技术领域，公开了一种下穿铁路顶进框构桥顶进过程中铁路路基支护的施工方法，通过在既有路基两侧浇筑基桩，在既有路基下方埋设锚索并张紧在所述基桩上，实现了对既有路基的支护；本发明采用桩锚式结构，结构简单，设计合理，提高了支护结构的整体性，受力性能强；锚索能施加预应力，控制支护结构的变形量，减小对周边建筑物的影响，且预应力的大小及作用点可根据需要调整；锚索埋设在路基下方的结构，抵消了路基的侧压力，顶进时，侧天窗不需放坡，可垂直开挖，增加了施工的空间，使得顶进施工更加方便；支护结构简单，施工方便，支护效果显著，避免了路基坍塌的隐患，提高了工程安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及铁路顶进框构桥施工技术领域，特别涉及一种下穿铁路顶进框构桥顶进过程中铁路路基支护的施工方法。

背景技术

随着经济、社会的快速发展，铁路客货运量也大幅增长，较大部分既有铁路的运能已不适应运输增长的需要，必须进行扩能改造。在铁路营业线增建二线过程中，穿越既有铁路项目日益增多，由于顶进框架桥穿越既有线并且基坑较深，在顶进框架桥顶进过程中，既有铁路路基都存在坍塌的风险，严重威胁着铁路运营的安全。目前存在着很多路基加固的方案：

旋喷桩方案，通过旋喷水泥对路基周围地层进行固结，提高其抗坍塌能力，并起到止水作用。此方案受地质条件影响，部分地区不适合采用；

沉井方案，采用钢筋混凝土沉井，抵抗基坑开挖后侧壁压力，从而对铁路起到防护作用。该方案在很多工程中均得到了成功的运用，但由于既有线侧施工空间有限，施工过程不易控制，该方案也存在弊端；

防护桩方案，采用混凝土灌注桩对路基进行支护，但桩基受到路基向外的推力，容易造成桩基倾斜。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：为解决顶进框架桥顶进过程中，部分防护方案操作容易受土质、施工空间的限制而无法实施，可实施的方案又存在安全隐患的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种下穿铁路顶进框构桥顶进过程中铁路路基支护的施工方法，包括以下步骤：

S1、确定由钢筋混凝土灌注而成的桩基的位置：多个桩基沿既有铁路延伸方向分布、且位于既有铁路两侧，所述桩基竖向设置、且位于垂直既有铁路方向以顶进框构桥边墙外侧向外1～2m处；

S2、挖孔，每节挖完后浇注钢筋混凝土护壁以形成浇筑桩基的空间；挖孔达到设计标深度后，进行孔底处理；

S3、浇筑桩基；

S4、桩基强度达标后，在所述桩基的桩顶浇筑冠梁，所述冠梁为同时与既有铁路同一侧的所有桩基连接的钢筋混凝土连续梁结构；

S5、开挖顶进框构桥工作坑至第一层锚索设计位置，从相邻桩基之间的区域朝既有铁路内侧向斜下方钻锚孔；

S6、编制、穿设锚索：将注浆管、箍筋环、扩张环、导向帽与钢绞线连接；锚索编制完成后，将锚索一端穿入所述锚孔，锚索另一端留在锚孔外；

S7、锚索穿入后立即向锚孔注浆；

S8、制作腰梁及腰梁托架：腰梁及托架采用型钢焊接而成；

S9、安装腰梁托架，按设计位置向桩基内打入膨胀螺栓，用螺母将腰梁托架分别与多个桩基侧面；

S10、腰梁托架安装好后，把腰梁放在相邻桩基之间的腰梁托架上面，用高强螺栓将腰梁固定在腰梁托架；

S11、锚孔内的注浆达到设计强度后，张拉锚索并将锚索锁定在所述腰梁上；

S12、重复执行所述步骤S5-S11，安装下一层锚索，直至所有锚索安装完成；

S13、进行顶进框构桥的顶进施工。

其中，在所述步骤S6中，编制所述锚索时，将所述导向头设置在钢绞线一端，并从这一端起沿钢绞线长度方向将扩张环与箍筋环交替设置在所述钢绞线上；所述锚索包括只具有钢绞线的自由段和设置有所述导向头、扩张环、箍筋环的锚固段，所述锚固段穿入所述锚孔，所述自由段的钢绞线通过锚具与所述腰梁连接。

其中，在所述步骤S8中，所述腰梁由平行设置的底板和顶板构成，所述底板和顶板之间通过两排由工字钢构成的腰梁支撑焊接连接，所述顶板上通过肋板连接有内侧钢板，所述内侧钢板上贴合有外侧钢板，所述外侧钢板、内侧钢板所在平面均垂直于所述锚索的长度方向；在所述外侧钢板、内侧钢板、顶板、底板上依次开设有用于穿设所述锚索的导向孔。

其中，所述锚索设置三层。

其中，在所述步骤S2中，每节深度为1米。

其中，在所述步骤S5中，采用风动潜孔冲击式钻机钻锚孔。

(三)有益效果

上述技术方案具有如下优点：本发明一种下穿铁路顶进框构桥顶进过程中铁路路基支护的施工方法，通过在既有路基两侧浇筑基桩，在既有路基下方埋设锚索并张紧在所述基桩上，实现了对既有路基的支护；本发明采用桩锚式结构，结构简单，设计合理，提高了支护结构的整体性，受力性能强；锚索能施加预应力，控制支护结构的变形量，减小对周边建筑物的影响，且预应力的大小及作用点可根据需要调整；锚索埋设在路基下方的结构，抵消了路基的侧压力，顶进时，侧天窗不需放坡，可垂直开挖，增加了施工的空间，使得顶进施工更加方便；支护结构简单，施工方便，支护效果显著，避免了路基坍塌的隐患，提高了工程安全性。

附图说明

图1是本发明整体结构断面示意图；

图2是本发明整体结构平面示意图；

图3是本发明中冠梁、锚索平面布置示意图；

图4是本发明中腰梁结构示意图；

图5是本发明中锚索结构纵断面图；

图6是本发明中锚索结构横断面图；

图7是本发明中腰梁托架示意图。

其中，1、桩基；2、冠梁；3、腰梁托架；4、腰梁；4-1、底板；4-2、顶板；4-3、腰梁支撑；4-4-1、外侧钢板；4-4-2、内侧钢板；4-5、导向孔；4-6、肋板；5、锚索；5-1、锚具；5-2、注浆管；5-3、钢绞线；5-4、导向头；5-5、扩张环；5-6、箍筋环；6、锚孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”的范围包括本数，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明公开了一种下穿铁路顶进框构桥顶进过程中铁路路基支护的施工方法，包括以下步骤：

S1、确定由钢筋混凝土灌注而成的桩基的位置：多个桩基沿既有铁路延伸方向分布、且位于既有铁路两侧，所述桩基竖向设置、且位于垂直既有铁路方向以顶进框构桥边墙外侧向外1～2m处；桩基数量、长度、间距根据计算确定。

S2、挖孔，每节挖完后浇注钢筋混凝土护壁以形成浇筑桩基的空间；往下施工时以每节作为一个施工循环，即挖好每节后浇注混凝土护壁，再开挖下一节；挖孔达到设计标深度后，进行孔底处理，做到平整，无松渣、污泥及沉淀等软层；

S3、浇筑桩基；即向前述多节混凝土护壁围成的空间内进行浇筑，以形成竖向设置的桩基；

S4、桩基强度达标后，在所述桩基的桩顶浇筑冠梁，所述冠梁为同时与既有铁路同一侧的所有桩基连接的钢筋混凝土连续梁结构；

S5、开挖顶进框构桥工作坑至第一层锚索设计位置，从相邻桩基之间的区域朝既有铁路内侧向斜下方钻锚孔；

S6、编制、穿设锚索：将注浆管、箍筋环、扩张环、导向帽与钢绞线连接；锚索编制完成后，将锚索一端穿入所述锚孔，锚索另一端留在锚孔外；

S7、锚索穿入后立即向锚孔注浆；锚孔注浆采用排气法二次注浆进行施工；

S8、制作腰梁及腰梁托架：腰梁及托架采用型钢焊接而成；

S9、安装腰梁托架，按设计位置向桩基内打入膨胀螺栓，用螺母将腰梁托架分别与多个桩基侧面；

S10、腰梁托架安装好后，把腰梁放在相邻桩基之间的腰梁托架上面，用高强螺栓将腰梁固定在腰梁托架；

S11、锚孔内的注浆达到设计强度后，张拉锚索并将锚索锁定在所述腰梁上；

S12、重复执行所述步骤S5-S11，安装下一层锚索，直至所有锚索安装完成；

S13、进行顶进框构桥的顶进施工。

本发明采用桩锚式结构，结构简单，设计合理，提高了支护结构的整体性，受力性能强；锚索能施加预应力，控制支护结构的变形量，减小对周边建筑物的影响，且预应力的大小及作用点可根据需要调整；锚索埋设在路基下方的结构，抵消了路基的侧压力，顶进时，侧天窗不需放坡，可垂直开挖，增加了施工的空间，使得顶进施工更加方便；支护结构简单，施工方便，支护效果显著，避免了路基坍塌的隐患，提高了工程安全性。

具体的，在所述步骤S6中，编制所述锚索时，将所述导向头设置在钢绞线一端，并从这一端起沿钢绞线长度方向将扩张环与箍筋环交替设置在所述钢绞线上；所述锚索包括只具有钢绞线的自由段和设置有所述导向头、扩张环、箍筋环的锚固段，所述锚固段穿入所述锚孔，所述自由段的钢绞线通过锚具与所述腰梁连接。

其中，在所述步骤S8中，所述腰梁由平行设置的底板和顶板构成，所述底板和顶板之间通过两排由工字钢构成的腰梁支撑焊接连接，所述顶板上通过肋板4-6连接有内侧钢板，所述内侧钢板上贴合有外侧钢板，所述外侧钢板、内侧钢板所在平面均垂直于所述锚索的长度方向；在所述外侧钢板、内侧钢板、顶板、底板上依次开设有用于穿设所述锚索的导向孔4-5。腰梁及托架采用型钢制作，型钢采用等离子切割，焊接采用手工电弧焊，通过实验确定最佳的焊接参数。腰梁加工时严格按设计图加工，保证腰梁各组成部分的位置准确，焊接质量检测合格。

优选的，所述锚索设置三层。

优选的，在所述步骤S2中，每节深度为1米。

优选的，在所述步骤S5中，采用风动潜孔冲击式钻机钻锚孔。

参见图1、2所示，本实施例中，支护结构为桩锚支护体系，由路基防护桩1、桩顶冠梁2、腰梁托架3、腰梁4、锚索5组成，这些组成部分之间相互联系、相互影响、相互作用，形成一个有机整体。

参见图1所示，本实施例中所述基桩1为钢筋混凝土桩，为人工挖孔桩。桩的桩径和桩长应根据地质和环境条件由计算来确定，本实例桩径为1.2m，桩间距0.6m，混凝土等级采用C30，纵向受力钢筋采用HRB400级，螺旋箍筋常用HPB300钢筋。人工挖孔桩施工程序为:测量放样及定桩位→孔口护圈浇筑→开挖第一节桩孔土方→桩基中心位置检测→支护壁模板→浇筑第一节护壁混凝土→清除土石方→照明灯、通风机、水泵等→开挖、吊运第二节桩孔土方→支护壁模板→桩基中心位置检测→浇筑第二节护壁混凝土→依次往下循环作业→开挖扩底部石方→检查验收桩孔。

参见图1、2、3所示，本实施例中所述桩顶设冠梁2连接，桩顶冠梁2在路基防护桩1施工完成后施工，采用钢筋混凝土。本实例中要求桩主筋锚入冠梁内部，冠梁宽度等于桩的直径，为1.2m，冠梁的高度为1m。

参见图1所示，本实施例中桩间设置纵向腰梁4、锚索5结构，自上至下共设置3排。

参见图1、4、5所示，本实施例中腰梁4采用型钢及钢板焊接制作。底板4-1及顶板4-2采用350×444×20mm钢板，钢板相应位于预留半径50mm的导向孔4-5；腰梁支撑4-3采用I28a工字钢；腰梁4导向锚板采用两层20mm铁板组成。腰梁4导向锚板外侧钢板4-4-1尺寸为180×200×20mm；内侧钢板4-4-2尺寸为180×320×20mm。导向锚板外侧钢板4-4-1预留半径50mm的导向孔4-5，内侧钢板4-4-2预留半径35mm的导向孔4-5。导向锚板外侧钢板4-4-1与内侧钢板4-4-2焊接在一起，预留导向孔4-5需同心。腰梁4焊接完成后，其底板4-1及顶板4-2预留导向孔4-5，导向锚板外侧钢板4-4-1与内侧钢板4-4-2预留导向孔4-5需同心。腰梁4的作用是将锚索、锚具产生的集中预应力荷载均匀分散到桩基1，再到路基土体，从而调整土体受力方向，对路基边坡进行加固。腰梁托架3采用型钢加工，安装时先把托架3按设计位置锚固在桩基1上，腰梁4采用螺丝规定在托架3顶端。

参见图1、6、7所示，本实施例中锚索5由锚具5-1、注浆管5-2及钢绞线5-3、锚孔6组成。锚具5-1为OVM15锚具，中间预留注浆孔。注浆管5-2穿在钢绞线5-3中间用扎丝扎紧，防止下锚时脱落。钢绞线5-3采用直径15.2mm钢绞线，分为自由段及锚固段，锚固段采用M20砂浆锚固。锚固段顶端安装锥型导向帽5-4，采用φ50mm钢管制作。锚固段每2m放置一个定位扩张环5-5，扩张环采用定型的塑料产品；两扩张环中设置一个箍筋环5-6，箍筋环采用2#铅丝。钢绞线5-3自由段涂防腐油，再在每一根钢铰线上套上20mm的塑料管。锚孔深度为锚索锚固段长度加自由端长度，锚孔6直径不小于300mm。

参见图6所示，本实施例中锚孔6的钻孔在确定好锚索孔位置后，采用风动潜孔冲击式钻机进行钻孔，在钻机安装时，必须严格控制钻杆与水平面的夹角，钻孔必须采用干钻，不得采用水钻，以确保注浆与孔壁的粘结度，钻孔的孔径严格按照设计孔径施工。钻孔的深度要大于设计的孔深40cm左右，钻孔达到深度后，要稳钻2～3分钟，确保孔深满足设计要求。钻孔完成后，采用高压风进行清孔，待无粉尘或杂物吹出，再次对锚索孔进行成孔检查，钻孔技术指标如下：锚索孔满足孔位允许偏差±50mm；深度允许偏差0～+10mm；孔径允许偏差0～+10mm；倾角允许偏差1％；锚索长度允许偏差-30～100mm，钻孔经检验合格后，堵好孔口，等待下步工序施工。

参见图4所示，本实施例中锚索5的编制是一项相对简单的施工工序，其工作就是将经检验合格的钢绞线及各种配件，按设计图纸编织成束，待入孔。本工程锚索采用3根φ15.2mm高强度、低松弛钢绞线制作，其抗拉强度不得低于1860Mpa。编制时严格按照设计图纸设置注浆管、箍筋环、扩张环、导向帽等部件。

参见图4所示，本实施例中在锚索5下锚完成后，为避免锚孔内沉积物影响灌浆质量应立即注浆。注浆材料选用M20水泥砂浆。水泥浆应拌和均匀，随拌随用，一次拌和的水泥砂浆应在初凝前用完。锚孔注浆采用排气法二次注浆进行施工。第一次注浆采用孔底返浆法注浆，砂浆由孔底注入，直至孔口溢浆为止，全段一次注浆完成，注浆的压力不小于0.6～0.8Mpa。

参见图4所示，本实施例中在锚索5的张拉、锁定在锚固砂浆、锚墩强度达到设计强度80％以后，在锚索张拉施工前，选择有代表性的工作锚索，孔数要求为工作锚索总数的3％且不少于3孔，进行非破坏性张拉试验，张拉试验的控制应力采用锁定应力的1.2倍，以验证设计的合理性和锚索锚力的可靠性，同时检查和控制施工质量。锚索正式张拉时，先采用10％～20％的设计张拉荷载进行试拉，对锚索试张拉1～2次，使其各部位接触紧密，钢绞线完全平直。再逐级加荷，整个张拉过程分五级进行加荷，即设计荷载的0.25、0.5、0.75、1.0、1.1倍张拉。每级荷载施加后，稳定观测时间不小于10min。如果10min的相对位移量小于1mm为稳定，否则继续观测，直至满足位移小于1mm的条件后，对锚索进行锁定。锚索锁定后3天后，若发现锚索预应力有损失的，应在进行补偿张拉后重新锁定。

1、本技术采用桩锚式结构，结构简单，设计合理，提高了支护结构的整体性，受力性能强。

2、锚索能施加预应力，控制支护结构的变形量，减小对周边建筑物的影响，且预应力的大小及作用点可根据需要调整。

3、由于用锚索的采用，抵消了路基的侧压力，顶进时，侧天窗不需放坡，可垂直开挖，增加了施工的空间，使得顶进施工方便。

4、支护结构简单，施工方便，支护效果显著，避免路基坍塌的隐患，提高工程安全性的施工方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。