既有铁路长大箱涵顶进施工技术及质控研究

焦时照

中国电建市政建设集团有限公司 天津 300384

进入新时代后，既有铁路下穿箱涵项目施工材料、建造工艺、施工技术等发生了一系列变化，虽然有利于此类工程向着高质量方向发展，但是在实际施工期间，受到人、机、材、技、法、环、钱、管等各个层面的资源配置影响，容易发生技术效用低、施工质量隐患多的风险。因而，在当前以“项目立项→决策→设计→招投标→采购→施工→竣工”为主要环节的设计施工一体化实践模式下，施工单位一方面应加强对项目诸环节的资源配置，另一方面需加强对施工技术的应用分析及质量控制，使项目建设与运营期间均能够产出综合效益。下面先对某既有铁路立交工程做出简要概述，再从施工技术与质控措施两个方面展开分析。

1 项目概况

以某既有铁路立交工程为例，立交主体为两孔16.0m箱涵，总长80.5m，轴线与既有铁路中心线夹角为74.10°。根据设计方案要求，其框架结构尺寸如下：（1）顶板厚：0.95m；（2）底板厚：1.15m；（3）边墙厚：1.1m；（4）结构净高：6.3m；（5）总高：8.4m。丰水期地下水位约为黄海高程27.8m，勘察报告显示其岩土层为填土、粉质黏土、粉砂、粉质黏土、粉土，施工单位根据其实际情况提出了“钻孔灌注桩+双排高压旋喷桩止水帷幕”围护结构施工方案[1]。考虑到框架桥长度、跨度较大，施工中选择了适配性较高的D型便梁为其提供支撑，具体操作时以“D16+D24+D16型便梁”架设既有铁路，分南北两段进行顶进施工。其中，长大箱涵为混凝土箱涵，实施时以永临结合箱涵结构方案为准，关键施工技术包括D型便梁施工与箱涵顶进施工技术，下穿铁路顶进施工主要包括：施工准备→滑板垫层→箱涵预制→箱涵顶进施工等。

2 永临结合箱涵结构施工方案分析

2.1 图纸审核

施工人员协同BIM操作员将二维Auto CAD图纸导入Revit软件，利用其中的“族库”功能建立分项工程（主要包括基坑工程、支护工程、箱涵工程、D型便工程）的“族模型”，依次对其进行可视化检查。然后，将族模型导入4D Navisworks软件，利用其中的“漫游”功能和“碰撞检查”功能完成分项工程施工预览、重点标记、硬碰撞与软碰撞检查等。

2.2 支护体系

确认图纸与实际施工情况相符后，施工人员对该项目中的载力及力学指标进行全面检查，具体以室内土工试验、标准贯入试验、现场鉴定情况综合比较检查，确认各地层的压缩模量、粘聚力、内摩擦、地基承载力特征值均符合要求后，按“钻孔灌注桩+双排高压旋喷桩止水帷幕”支护体系进行支护作业，操作时选择旋挖成孔钻孔灌注桩与双排高压旋喷桩止水帷幕，配套有管井法降水、开挖渠道措施。其中，灌桩尺寸为1.5*1.5m，长度范围在18～28m之间，考虑到要增大桩底承载力，实际施工中对桩基底部进行了相应的扩大头设计。支护施工现场的作业流程主要包括：（1）施工准备；（2）搭设提升架；（3）钻孔、护壁、清孔、土石外运；（4）钢筋笼制安；（5）灌注桩浇筑；（6）检查验收等。配套的止水帷幕施工以现场实际情况为准先设置帷幕、降水井、开挖渠道，再根据实际施工现场情况进行排水、止水等。需要说明的是，在该方案下支护体系与D型便梁的联合应用，有利于节本降耗、提质增效[2]。

2.3 D型便梁

该项目以“D16+D24+D16型便梁”为支撑，考虑D型便梁架设与拆除施工在该项目中的工程量相对较大，设置有专项施工方案，主要包括6大环节：（1）轨道吊进入施工现场；（2）起吊；（3）落梁；（4）轨道吊按调度命令离开施工现场；（5）线路开通前检查确认；（6）销记。施工技术操作分为8个步骤：（1）施工准备；（2）便当运输；（3）调整木枕间距；（4）穿设钢枕；（5）安装主纵梁；（6）结合件连接；（7）拆除架空；（8）恢复线路等。该分项工程旨在为铁路进行架空保护，具体以该项目铁路线附近的10根支护桩为支撑，配套设置专用D型便梁位于支护桩顶。同时，在施工时不用再对支护桩进行更换，只需按照施工进度完成D型便梁的架设、拆除、移用即可。从模型分析结果看，桩基与下穿箱涵结构施工不会对上方列车的运行造成影响[3]。

2.4 永临结合箱涵结构连接

通过刚性连接方式完成邻近支护桩与主体箱涵的连接，提高对差异沉降的抵抗能力等。箱涵和桩基永临结合部位的施工主要通过左右幅同步施工方法按铺设垫层→底板施工→墙身与顶板施工→支护桩表面凿除→回填夯实→回填区注浆等进行操作。

3 既有铁路长大箱涵顶进施工技术分析

3.1 滑板垫层施工

滑板垫层是预制箱梁的施工垫层，在实际应用时能以润滑绝缘层的形式为箱涵顶升提供服务。该方面的施工技术重点集中在对滑板顶部润滑绝缘层的加强方面，施工人员根据实际情况选择了在底部设置地锚梁方式。具体如下：（1）施工人员以水平防滑地梁槽设计要求的3m/个标准沿顶进篱工主方向进行开挖作业；（2）将地下连接墙钢杆与其连接后，设置“工”字梁模板并进行浇筑（C25混凝土）形成滑板；（3）对滑板进行监测与养护，当其强度达到设计要求的50%以上时即可采用2cm厚石蜡与塑料薄膜设置分离层或隔离层。具体施工中的塑料薄膜长度不小于0.25m，铺设好后再进行石蜡浇筑。最后，叠放安装润滑层使用M10水泥砂浆进行2cm厚度的覆盖保护。

3.2 箱涵预制施工

箱涵预制时采用现场预制方案，施工人员先选择厚度为1.5cm的竹胶合板与厚度为2.5cm的泡沫板及粘胶、条公开破等材料，完成模板支设、接缝内侧与外侧处理。其中，边墙模固定时采用墙体螺栓进行固定，然后使用螺母连接紧固，实际操作时应在螺栓中间使用止水带提高其施工质量。其次，完成模板装设后，施工人员依次拆除螺栓并对两端进行水泥砂浆封闭处理。第三，施工人员选择国内标准钢管（外径与内径分别为48mm、40mm）搭设碗扣支架结构。支架搭设期间步距设置为1m，并按照65cm设置杆间垂距，立杆顶部设置有方形木质材料[4]。考虑预制地板在后续预制中可以产生的影响，施工人员设计了底部支撑结构（15*15cm）。整体上的支架以全长剪式支架为准，可借助以3m/个标准设置的剪式支架为其提供稳定性。

3.3 箱涵顶进施工

该项目中的箱涵顶进施工分为开始滑动→向前移动→步入路基承载状态三大阶段。一般而言，顶进土体时的顶进力数值达到了最大值，而且会对箱涵施加作用力。考虑到箱涵可能产生的受力影响，施工人员结合项目特点应用了架空输电线路千斤顶结构，有效解决了该问题。从计算情况看，该项目中的侧箱涵重量、中心孔箱涵重量分别为2215t、4292t，此时箱涵顶进施工中对应的最大顶进力应为2876t、5579t。为保障顶进施工安全与有效性，施工人员针对侧孔箱涵、中心孔箱涵配套设置了相应的千斤顶设施，前者以40t规格为准设置5个到10个，后者以300t到400t规格为准设置15到20个。需要说明的是，在实际的顶进施工作业期间，若千斤顶设施数量达到10台，应根据实际情况配套中控措施，以确保其使用安全。

顶进施工时，施工人员先进行开顶前的试顶操作，具体以箱结构自重的0.6倍为准启动，然后使用顶镐按5MPa/L逐步加压，确定一切正常后再进行加压式顶进操作。首节、中间节的顶进作业应同步，刃脚入土可开启中继间顶镐进行操作，回镐应以顶进20cm为标准进行操作，末端顶镐操作需确保中继间顶死再操作。横梁与顶铁、后背梁方面应以间隙为标准，箱体横移对位时，应以2节箱体全部入土且没有脱离滑板时为准[5]。

4 既有铁路长大箱涵顶进施式质控措施

4.1 组建质量管理小组

施工单位在项目经理管理制度下，由项目经理负责组建专家团队，主要成员包括全过程管理师、环境咨询师、技术工程师、生产经理、BIM软件操作员等[6]。首先，专家团队结合BIM模型推演情况提出了开展全过程质量管理方案。其次，由生产经理负责组建质量管理小组，并通过组内会议讨论划分具体的管理任务，主要包括。

（1）开展现场实地踏勘并做相应的记录，结合踏勘结果分析细化施工方案中的质量管理制度规范条件，然后在制度引领条件下明确质量管理小组组长、副组长、组员的管理职能及应负的责任。考虑到该项目质量要求较高，配套设置有责任追究制，即使在项目完工后也可以根据实际发生的质量隐患进行责任追究。

（2）质量管理小组成员根据箱涵顶进施工分项工程，编制施工质量管理要素清单与技术质量控制指标，确保“管理要素-管理指标”一一对应的前提下，根据施工进度实际情况，进一步编制针对滑板垫层、箱涵预制、箱涵顶进相关的“质量管理表”，可以将质量管理工作细分到以周、日为单位的详细施工中，确保质量管理的有效性。

（3）实际施工期间，按照业主方提出的施工管理指导意见，施工单位提前搭建了以“数据库层-模型层-信息管理层-应用层”为基本架构的BIM在线管理平台，业主、设计单位、施工单位、监理单位、环保单位均被纳入了“应用层”，可以共享质量管理信息。同时，质量管理小组与进度、安全、环境、合同、成本等质量管理小组之间可以通过在线交流方式实施协同管理，以此保障整个质量控制的全面性、及时性、精准性。

4.2 顶进施工质控措施

该项目箱涵顶进施工中易发生安装偏差，出现阻力，而且对D型便梁与箱涵的监测要求较高，因此在质量管理方面，质量管理小组针对上述风险配套设置了针对性较强的质量控制措施。分述如下。

4.2.1 纠偏质控措施

该项目施工中对箱涵轴线和标高的控制十分关键，难度相对较大。质量管理人员根据质量管理要素-管理指标表中提前列举的轴向偏差、“抬头”纠偏、“扎头”纠偏，查看了顶进控参数表（如表1），然后按照针对性措施指导施工人员进行了质量控制。例如，在轴向偏差质控方面，当偏差较小时增设钢板至一侧顶铁部位，当前端需向左偏时则在右侧增加顶力或降低左侧顶力。再如，在“抬头”偏差质控制方面，施工人员根据箱身实际抬头量，进行稍作超挖或多超挖并辅以顶进调整措施。至于“扎头”偏差质控，则根据挖土时、基底土壤松软、箱身端土受力状态等实际情况，对其进行纠偏处置，包括平衡压重法、设置“船头坡”法、加固地基法等[7]。

表1 顶进质量控制参数表

4.2.2 减阻质控措施

除了纠偏质控外，该项目施工存在至少三种阻力：（1）箱身前端刃角切土形成的正面阻力；（2）箱身与两侧土体形成的摩擦力；（3）箱身自重与地面形成的摩擦力。根据施工进度情况看，本次施工期间的吃土顶进量与顶进时间，分别为142m、90d，同时需进行2次箱体横向移对位作业，质量管理人员在充分考虑上述情况后针对可能发生的“抱死”问题，设置了减阻剂，同时将润滑剂涂抹到箱体表面。

4.2.3 测量质控措施

该项目规模大、施工周期长，顶进施工作业期间涉及若数据记录要求，质量管理人根据其实际要求协同技术工程师对其顶程、顶力、吃土量、接缝处宽度、错台变化等实际情况进行了一一监测。具体操作中按照1次/2h的监测需求选择了2台高精度自动化0.5″级全站仪与监测棱镜，完成监测后可以自动生成相应数据并完成相关曲线图绘制，为质量管理人员进一步实施质控提供依据。

5 结束语

综上所述，既有铁路长大箱涵顶进施工专业要求较高，施工技术具有一定的复杂性。在新时期此类工程高质量建设时期需要配套做好相应的质量管理工作[8]。建议施工单位在同类项目施工期间，一方面遵循思路决定出路的基本原则对各个施工环节进行全面分析，另一方面按照技术赋能路径下通过扩大技术要素配置比例方式提质增效的要求选取适配性较高的施工技术并将重点放在支护与顶进施工两大方面。尤其在当前阶段应结合新材料、新技术、新工艺的实际应用现状，在项目经理负责制度下组建综合素质全面、胜任力较强的质量管理小组，做好纠偏、减阻、监测等方面的质量控制，进而在提高此类项目施工全要素生产率的基础上，辅助其产出综合效益。