CN111139721A - 一种下穿既有铁路桥梁的框架桥及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及桥梁工程技术领域，具体地，涉及一种下穿既有铁路桥梁的框架桥及其施工方法。该施工方法包括以下步骤：开挖工作坑；在工作坑中预制框架桥；施工隔离桩；在预制框架桥的顶进线路上挖土；在隔离桩的顶部施工冠梁和横撑，并配合取土；预制框架桥顶进施工。采用上述施工方法施工框架桥时，能够使铁路桥梁的桥墩变形满足规范要求，确保铁路线路平顺稳定，进而保证铁路行车安全。

Description

一种下穿既有铁路桥梁的框架桥及其施工方法

技术领域

本申请涉及桥梁工程技术领域，具体地，涉及一种下穿既有铁路桥梁的框架桥及其施工方法。

背景技术

目前，随着现代经济的快速发展，市政道路、公路工程、铁路建设进入高速发展阶段，市政道路、公路工程、铁路势必会产生大量立体交叉，当新建市政道路和公路工程下穿既有高速铁路时，依据《公路与市政道路下穿高速铁路技术规程》(TB10182-2017)规定，在不限速条件下，受下穿工程影响的高速铁路桥梁墩台顶位移限值根据轨道类型不同而不同，对于有砟轨道来说，墩顶的横向水平位移、纵向水平位移以及竖向位移均不能超过3mm；对于无砟轨道来说，墩顶的横向水平位移、纵向水平位移以及竖向位移均不能超过2mm。

自从上述规程实施以来，采取大型框架桥成功下穿高速铁路工程实例非常少，而下穿运营高速铁路的桥墩变形控制方法更是无从谈起，当需要立体交叉时，新建市政道路和公路工程施工对高速铁路影响除要满足上述规程要求外，尚需预留一定施工过程中的误差量，因此，新建工程施工对高速铁路桥墩变形影响限值非常严格。急需提供一种下穿既有铁路桥梁的框架桥的施工方法，使得在施工下穿既有铁路桥梁的框架桥时能够使高速铁路桥墩变形满足规范要求，确保铁路线路平顺稳定，进而保证铁路行车安全。

发明内容

本申请实施例中提供了一种下穿既有铁路桥梁的框架桥及其施工方法，采用该施工方法施工框架桥时能够使铁路桥梁的桥墩变形满足规范要求，确保铁路线路平顺稳定，进而保证铁路行车安全。

本申请实施例的第一个方面，提供了一种下穿既有铁路桥梁的框架桥的施工方法，该施工方法包括以下步骤：

开挖工作坑；

在所述工作坑中预制框架桥；

施工隔离桩；

在所述预制框架桥的顶进线路上挖土；

在所述隔离桩的顶部施工冠梁和横撑，并配合取土；

所述预制框架桥顶进施工。

优选地，在开挖工作坑之前，还包括：

将框架桥的设计平面线位设置在铁路桥梁的相邻桥墩中间；

根据框架桥的宽度选择单孔结构或多孔分离结构；

通过有限元分析判断桥墩变形的主要影响因素，优化框架桥结构；

施工基坑防护桩。

优选地，开挖工作坑，具体包括：

采用人工分层、分段对称平衡开挖，每层先挖中间土、后挖两侧土。

优选地，在所述工作坑中预制框架桥时，预制框架桥的预制地点与铁路桥梁之间的距离大于等于40m。

优选地，采用跳桩施工法施工隔离桩。

优选地，在所述预制框架桥顶进施工之前，还包括：

在所述预制框架桥的顶进线路上施工接长滑板；

在所述接长滑板上方顶进所述预制框架桥。

优选地，所述预制框架桥顶进施工，具体包括：

所述预制框架桥的顶进、隧道开挖和所述预制框架桥的配重；

在所述预制框架桥顶进施工时，顶进循环开挖步长为6m～10m。

优选地，在所述预制框架桥顶进施工且当铁路桥梁的桥墩的下沉位移临近预警值或趋势异常时，在顶进线路方向的铁路桥梁下部地表挖除土体或在顶进过程中减少预制框架桥的配重；

在所述预制框架桥顶进施工且当铁路桥梁的桥墩的上浮位移临近预警值或趋势异常时，在桥墩的四周通过堆载土体进行配重。

优选地，每次挖除土体或堆载土体的高度为100mm～300mm。

优选地，在所述预制框架桥顶进施工之后，还包括：

工作坑回填，采用人工夯实，回填分层厚度小于等于300mm，压实度大于等于0.9。

本申请实施例的第二个方面，还提供了一种采用上述技术方案提供的任意一种施工方法制成的下穿既有铁路桥梁的框架桥，该框架桥包括预制框架桥、冠梁、隔离桩和横撑；

沿所述预制框架桥的长度方向，在所述预制框架桥的两侧间隔排列有多个隔离桩；

所述冠梁设置于所述隔离桩的顶部；

所述横撑沿所述预制框架桥的长度方向并排设置于相对的所述冠梁之间，并与所述隔离桩形成倒U形结构。

优选地，在所述预制框架桥的至少一端固定连接有U形槽结构。

优选地，在所述预制框架桥的一端设置有多个路基防护桩。

优选地，所述路基防护桩沿所述预制框架桥的宽度方向排列。

优选地，所述冠梁与所述隔离桩为一体结构。

优选地，所述冠梁和所述隔离桩均采用钢筋混凝土浇筑制成。

采用本申请实施例中提供的下穿既有铁路桥梁的框架桥及其施工方法，具有以下有益效果：

上述框架桥的施工方法通过在顶进线路上预制框架桥外轮廓的外侧设置隔离桩，通过隔离桩将施工产生的力和变形进行隔离；同时在隔离桩的桩顶上设置横撑，能够大大减小桩顶的水平变形，较好地控制铁路桥梁的桥墩的纵向变形；因此，采用上述施工方法施工下穿既有铁路桥梁的框架桥时，能够使铁路桥梁的桥墩变形满足规范要求，确保铁路线路平顺稳定，进而保证铁路行车安全。上述框架桥及其施工方法适用于公路工程、市政道路、城市轨道交通、综合管廊等新改扩建工程与既有铁路产生立体交叉的情形。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的框架桥的施工方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的下穿既有铁路桥梁的框架桥的平面结构示意图。

附图标记：

1-隔离桩；2-横撑；3-后背桩；4-基坑防护桩；5-预制框架桥；6-路基防护桩；7-桥墩；8-U形槽结构。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请实施例中，铁路桥梁可以为普通铁路用桥梁，也可以为高速铁路用桥梁。

实施例一

本申请实施例提供了一种下穿既有铁路桥梁的框架桥，如图2结构所示，在框架桥的两侧设置有铁路桥梁用的桥墩7，图2中两个桥墩7的排列方向为铁路的走向，框架桥从铁路桥梁的下方穿过，框架桥位于两个桥墩7中间，并且框架桥的走向与铁路的走向相交叉；该框架桥包括预制框架桥5、冠梁(图中未示出)、隔离桩1和横撑2；沿预制框架桥5的长度方向，在预制框架桥5的两侧间隔排列有多个隔离桩1；冠梁设置于隔离桩1的顶部；横撑2沿预制框架桥5的长度方向并排设置于相对的冠梁之间，并与隔离桩1形成倒U形结构。如图2结构所示，隔离桩1设置于预制框架桥5的外轮廓外侧，用于通过隔离桩1将施工产生的力和变形进行隔离，减小施工对桥墩7产生的影响；隔离桩1之间的间距可以根据框架桥的实际宽度进行设置；隔离桩1的横截面形状和尺寸也可以根据实际需要进行确定，隔离桩1的横截面形状可以圆形、矩形等任意形状；横撑2沿预制框架桥5的延伸方向通过冠梁并排设置于隔离桩1的顶部，并位于预制框架桥5的顶部；在预制框架桥5两侧的隔离桩1顶部设有横撑2，并通过顶进施工将预制成型的预制框架桥5安装到既有铁路桥梁的下部，即，将预制框架桥5顶进到由横撑2和隔离桩1搭设形成的空间内。

由于在预制框架桥5的外侧设置有隔离桩1和横撑2，并通过隔离桩1和横撑2形成容置预制框架桥5的空间，从而能够通过顶进施工法将预制成型的预制框架桥5顶进到铁路桥梁的下方，通过隔离桩1将施工产生的力和变形进行隔离，同时通过横撑2能够大大减小桩顶的水平变形，较好地控制铁路桥梁的桥墩7的纵向变形，从而减小预制框架桥5施工过程中对既有铁路桥梁的影响，使得采用上述框架桥能够使铁路桥梁的桥墩7变形满足规范要求，确保铁路线路平顺稳定，进而保证铁路行车安全。

如图2结构所示，在预制框架桥5的至少一端固定连接有U形槽结构8，U形槽结构可以为现浇框架，通过U形槽结构8可以使框架桥的端部满足总体设计要求，使得预制框架桥5形状简单、制备快速，并使预制框架桥5能够满足设计要求。在预制框架桥5的一端设置有多个路基防护桩6，通过路基防护桩6能够加强框架桥和铁路桥梁底部路基的稳定性，防止因框架桥的施工而影响临近既有铁路桥梁路基的可靠性和安全性。路基防护桩6采用钻孔或人工挖孔桩。路基防护桩6沿预制框架桥5的宽度方向排列，即，路基防护桩6的排列方向可以与铁路桥梁的延伸方向相一致，从而加强对铁路桥梁路基的保护。

为了提高施工进度，预制框架桥5可以采用钢筋混凝土预制而成，预制框架桥5既在施工现场工作坑内进行预制。

在上述框架桥中，冠梁与隔离桩1可以为一体结构。冠梁和隔离桩1均可以采用钢筋混凝土在施工现场浇筑制成；横撑2可以采用钢筋混凝土在施工现场浇筑制成，也可以直接采用钢管。

实施例二

为了施工上述实施例一中的框架桥，本申请实施例还提供了一种下穿既有铁路桥梁的框架桥的施工方法，如图1和图2所示，该施工方法可以包括以下步骤：

步骤S11，开挖工作坑；如图1结构所示，在需要架设框架桥的铁路桥梁一侧开挖施工用的工作坑，工作坑的深度可以参考框架桥的安装位置来确定，工作坑的具体尺寸需要满足施工需要，工作坑可以采用人工分层、分段对称平衡开挖，每层先挖中间土、后挖两侧土；

步骤S12，在工作坑中预制框架桥；如图1结构所示，在挖好的工作坑中预制框架桥，在工作坑中预制框架桥时，预制框架桥的预制地点与铁路桥梁之间的距离大于等于40m；通过在铁路桥梁外侧预制框架桥，减少框架桥预制时对铁路桥梁的影响；

步骤S13，施工隔离桩1；如图2结构所示，在预制框架桥5的顶进线路上以及框架桥的外轮廓两侧均设置有多个隔离桩1，并且在施工隔离桩1时可以采用跳桩施工法进行施工；

步骤S14，在预制框架桥5的顶进线路上挖土；在隔离桩1施工时会造成铁路桥墩7竖向沉降，通过在顶程范围内预先适当取土，既可以抵消隔离桩1施作引起的铁路桥墩7沉降，又减少了框架桥顶进期间的取土方量；通过以上预先取土，可以有效抑制铁路桥墩7的上浮趋势；

步骤S15，在隔离桩1的顶部施工冠梁和横撑2，并配合取土；在隔离桩1顶部施工冠梁和横撑2时，会造成铁路桥墩7的竖向沉降，通过在顶程范围内预先适当取土，既可以抵消冠梁和横撑2施作引起的铁路桥墩7沉降，又减少了框架桥顶进期间的取土方量，又减弱了取土导致的卸载效应；通过以上预先取土，可以有效抑制铁路桥墩7的上浮趋势；

步骤S16，预制框架桥5顶进施工，具体包括预制框架桥5的顶进、隧道开挖和预制框架桥5的配重，即，在预制框架桥5顶进过程中，需要一边挖土一边顶进，同时由于在顶进之前需要挖土，为了减小桥墩7的变形，还需要为顶进过程中的预制框架桥5进行配重；在预制框架桥5顶进施工且当铁路桥梁的桥墩7的下沉位移临近预警值或趋势异常时，在顶进线路方向的铁路桥梁下部地表挖除土体或在顶进过程中减少预制框架桥5的配重；在预制框架桥5顶进施工且当铁路桥梁的桥墩7的上浮位移临近预警值或趋势异常时，在桥墩7的四周通过堆载土体进行配重；每次挖除土体或堆载土体的高度为100mm～300mm，如：100mm、150mm、200mm、250mm、300mm；采取配重措施后，加强监测和监测数据反馈，并可根据反馈数据决定下一步施工计划；在预制框架桥5顶进施工时，顶进循环开挖步长可以为6m～10m，如：6m、7m、8m、9m、10m；通过合理确定顶进循环开挖步长，既可以避免步长太大造成铁路桥墩7的变形超标，又可以避免步长太短导致工序过于繁琐，造成工期和费用增加。

步骤S17，在框架桥施工完毕后，还可以包括工作坑回填步骤，在进行工作坑回填时，可以采用人工夯实，回填分层厚度小于等于300mm，压实度大于等于0.9，在回填过程中，在回填一层达到要求后，再进行下一层土的回填铺设。

上述框架桥的施工方法通过在顶进线路上预制框架桥5外轮廓的外侧设置隔离桩1，通过隔离桩1将施工产生的力和变形进行隔离；同时在隔离桩1的桩顶上设置横撑2，能够大大减小桩顶的水平变形，较好地控制铁路桥梁的桥墩7的纵向变形；因此，采用上述施工方法施工下穿既有铁路桥梁的框架桥时，能够使铁路桥梁的桥墩7变形满足规范要求，确保铁路线路平顺稳定，进而保证铁路行车安全。上述框架桥及其施工方法适用于公路工程、市政道路、城市轨道交通、综合管廊等新改扩建工程与既有铁路产生立体交叉的情形。

一种具体的实施方式中，在开挖工作坑的步骤S11之前，还可以包括：

在框架桥施工的前期方案研究阶段，在满足工程功能需求的前提下，对方案进行总体研究和初步判断，选择对既有铁路桥梁影响最小的设计方案，将框架桥的设计平面线位设置在铁路桥梁的相邻桥墩7中间，即，在线位选择时尽量使设计平面线位在铁路桥梁的桥墩7中间穿越；根据框架桥的宽度选择单孔结构或多孔分离结构，当框架桥的单孔结构宽度较大时，采取多孔分离设置，分幅从铁路桥梁下穿过；通过将框架桥的设计平面线位设置在铁路桥梁的相邻桥墩7中间以及选择单孔结构或多孔分离结构，有利于选择对既有铁路桥梁影响最小的框架桥结构，使得从方案设计时便可减小框架桥施工对铁路桥梁的不利影响；

通过有限元分析判断桥墩7变形的主要影响因素，优化框架桥结构，具体包括：在确定对既有铁路桥梁影响最小的框架桥结构之后，建立框架桥和铁路桥梁的有限元模型，通过有限元软件进行计算，对各个施工阶段进行分析，判断桥墩7变形的主要影响因素，根据影响因素的重要程度优化施工方案，使铁路桥梁的桥墩7变形满足设计及规范要求；

施工基坑防护桩4，如图2结构所示，在工作坑的周边设置有多个基坑防护桩4，还可以在工作坑远离铁路桥梁的一端设置后背桩3，基坑防护桩4和后背桩3在开挖工作坑之前设置，通过基坑防护桩4能够对工作坑周边的土层进行固定和强化，使得在工作坑的开挖过程中、在工作坑中预制框架桥5时以及在顶进预制框架桥5时具有结构稳定、可靠的工作环境，能够保证施工的顺利进行。

上述施工方法中，在预制框架桥5顶进施工的步骤S16之前，还可以包括在预制框架桥5的顶进线路上施工接长滑板，在接长滑板上方顶进预制框架桥5。通过设置在工作坑和顶进线路上的接长滑板，能够为预制框架桥5的顶进施工提供滑道，从而使预制框架桥5在顶进施工过程中平稳地从工作坑滑动到铁路桥梁下方，很好的保证顶进框架桥的施工精度，满足规范规定的水平和竖向容许偏差。

上述框架桥的施工方法通过选择对既有铁路桥梁影响最小的框架桥结构设计方案和施工方案，并通过有限元分析优化施工方案，由于有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因此，通过有限元分析能够在施工之前对框架桥的实际施工过程进行模拟，使得施工过程中对铁路桥梁影响较大的因素能够提前发现，并可有针对性地进行处理，因此，采用上述施工方法能够使铁路桥梁的桥墩7变形满足规范要求，确保铁路线路平顺稳定，进而保证铁路行车安全。

通过采用上述施工方法建设下穿既有铁路桥梁的框架桥，能够很好的控制铁路桥梁的沉降变形。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (16)

1.一种下穿既有铁路桥梁的框架桥的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

开挖工作坑；

在所述工作坑中预制框架桥；

施工隔离桩；

在所述预制框架桥的顶进线路上挖土；

在所述隔离桩的顶部施工冠梁和横撑，并配合取土；

所述预制框架桥顶进施工。

2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在开挖工作坑之前，还包括：

将框架桥的设计平面线位设置在铁路桥梁的相邻桥墩中间；

根据框架桥的宽度选择单孔结构或多孔分离结构；

通过有限元分析判断桥墩变形的主要影响因素，优化框架桥结构；

施工基坑防护桩。

3.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，开挖工作坑，具体包括：

采用人工分层、分段对称平衡开挖，每层先挖中间土、后挖两侧土。

4.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在所述工作坑中预制框架桥时，预制框架桥的预制地点与铁路桥梁之间的距离大于等于40m。

5.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，采用跳桩施工法施工隔离桩。

6.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在所述预制框架桥顶进施工之前，还包括：

在所述预制框架桥的顶进线路上施工接长滑板；

在所述接长滑板上方顶进所述预制框架桥。

7.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于，所述预制框架桥顶进施工，具体包括：

所述预制框架桥的顶进、隧道开挖和所述预制框架桥的配重；

在所述预制框架桥顶进施工时，顶进循环开挖步长为6m～10m。

8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，在所述预制框架桥顶进施工且当铁路桥梁的桥墩的下沉位移临近预警值或趋势异常时，在顶进线路方向的铁路桥梁下部地表挖除土体或在顶进过程中减少预制框架桥的配重；

在所述预制框架桥顶进施工且当铁路桥梁的桥墩的上浮位移临近预警值或趋势异常时，在桥墩的四周通过堆载土体进行配重。

9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于，每次挖除土体或堆载土体的高度为100mm～300mm。

10.根据权利要求1-9任一项所述的施工方法，其特征在于，在所述预制框架桥顶进施工之后，还包括：

工作坑回填，采用人工夯实，回填分层厚度小于等于300mm，压实度大于等于0.9。

11.一种采用如权利要求1-10中任意一项所述的施工方法制成的下穿既有铁路桥梁的框架桥，其特征在于，包括预制框架桥、冠梁、隔离桩和横撑；

沿所述预制框架桥的长度方向，在所述预制框架桥的两侧间隔排列有多个隔离桩；

所述冠梁设置于所述隔离桩的顶部；

所述横撑沿所述预制框架桥的长度方向并排设置于相对的所述冠梁之间，并与所述隔离桩形成倒U形结构。

12.根据权利要求11所述的框架桥，其特征在于，在所述预制框架桥的至少一端固定连接有U形槽结构。

13.根据权利要求12所述的框架桥，其特征在于，在所述预制框架桥的一端设置有多个路基防护桩。

14.根据权利要求13所述的框架桥，其特征在于，所述路基防护桩沿所述预制框架桥的宽度方向排列。

15.根据权利要求11所述的框架桥，其特征在于，所述冠梁与所述隔离桩为一体结构。

16.根据权利要求15所述的框架桥，其特征在于，所述冠梁和所述隔离桩均采用钢筋混凝土浇筑制成。

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