框架桥顶进施工中“抬头”和“扎头”的分析与纠偏

袁 伟 上海铁路局建设管理处

顶进法施工是目前框架桥穿越铁路既有线普遍采用的一种施工方法。这种施工方法具有不中断铁路运营、对铁路行车干扰小、投资少、施工进度快等优点。顶进法自推广应用以来，施工技术已经趋向成熟。但是在框架桥施工时，由于地质、水文等环境因素不同，以及施工队伍的技术、设备差异等促使框架桥顶进过程中经常出现"抬头"、"扎头"问题，造成顶进就位后高程达不到规范和设计要求，严重影响施工质量和安全，遗留下永久性的施工缺陷，造成桥前积水，反坡倒流，甚至影响框架桥的正常使用。

1 原因分析

1.1 工程地质

主要是指地基土质的影响，一般常见的地基填土多为碎石类土、砂类土、黏性土。但因我国的铁路分布地域的不同，实际工程中遇到的地基填土多具有地域特色，又分为黄土、红黏土、软土、冻土、膨胀土、盐渍土等。各类地基土质的不同，致使地基承载力千差万别。在框架桥施工中，设计容许承载力虽然大于地基容许承载力，但由于在框架桥顶进过程中，对地基土的扰动因素很多，从而会引起地基承载力的瞬间变化，如果线路两侧地基承载力差值较大，易出现"抬头"、"扎头"现象。另外，对于铁路路基（特别是站场）而言，线路多、线间距小，设计时不能进钻机钻探，往往是在路基两侧钻探，连线进行地质判断，遇到地质突变地段，判断结果往往与实际地质情况相差很大，也容易造成"抬头"、"扎头"现象。

1.2 地下水

地下水位高，降水处理不合理，降水效果不好，受到行车干扰、机械开挖等因素的影响，容易形成破坏性病害。对于砂性土，有时会出现流砂现象，引起路基塌方，危及铁路行车安全。对于黏性土，会突发触变现象，造成地基承载力的下降，从而使箱体在顶进中出现"抬头"、"扎头"现象。

1.3 施工因素

施工单位在框架桥顶进时开挖方式不合理；技术把关不严，船头坡设计不合理；滑床板仰坡设计不合理；施工遇强暴雨等恶劣天气，应急措施不到位；在发现箱体偏移时，不及时采取纠正措施；顶镐距过长，在每次更换顶镐后，纠偏太迟；底板与箱体分离不理想，底板蠕滑、破损引起的"抬头"、"扎头"现象等。

1.4 其它因素

地铁桥顶进过程中发生抬头、扎头现象除了上面提到的原因外，像刃角构造形式、箱涵长度、顶程长度、顶镐位置、顶进方式等也会引起"抬头"、"扎头"现象。

2 预防措施

在编制设计和施工方案时，我们可以结合框架桥的具体情况，从方案上进行优化，预防顶进时出现"抬头"、"扎头"现象。

2.1 前期准备

查明路基土的类别、密实度、排水条件、预计的扰动力大小和持续的时间，评判出现液化的可能性；计算地基容许承载力大小；在地基承载力较低地段进行顶进施工时，严禁超挖，特别注意不要造成超挖后再回填；线路两侧地基承载力差别较大时，应在地基承载力较大一侧设置工作坑预制箱体，由地基承载力较大的一侧向较小的一侧进行顶进。

2.2 降水控制

地下水以及自然降水往往是影响顶进过程中抬头、扎头主要因素。对于跨度小于6 m 的箱涵，根据地下水情况，双线可在线路两侧布设井点或设2～4口管井井点降水，多线可适当增设降水井点。尽量避开雨季施工，避免不了时，合理设置降排水设施。

2.3 合理设置船头坡

在箱体顶进方向的前端底部设长度为 1 m，坡度为 1∶0.15的倒坡，通常称为"船头坡"。一般来说，箱体在顶进过程中超挖易扎头，欠挖易抬头，但从工程实际顶进过程中，这种界定是很模糊的。一般在软土类地基承载力较低的地质条件下，扎头现象比较多，抬头一般是没有的。在箱身前端安装好钢质引导船头后再顶进，并适量欠挖，就可以利用"船头坡"的引导，较有效地防止"扎头"。

2.4 合理设计刃脚

设计应尽可能采用钢质拆装式刃脚，钢刃脚可以减轻箱身前的重量，既能避免加大箱身顶进时的倾覆力矩，保持箱身平衡，还有防止土方坍塌的作用。

2.5 合理设置滑板坡度

根据地质和箱体的长度确定预制滑板的坡度。承载力较大，箱体越长，滑板的坡度越趋近于平坡；相反，承载力较小，箱体越短，滑板的坡度越大。按顶进行程、坡度、设计高程，计算滑板预留坡度，一般情况下以不影响立交今后交付使用，满足设计高程要求，以不大于0.5%坡度为宜。

2.6 设置过渡段

在滑板的前端浇筑混凝土设置过渡段，起到延长滑板的作用，也延长了框架桥重心"下坑"的距离，可以有效预防"扎头"。

2.7 设置配重

对于软弱土层地段，在框架桥尾部设置配重，将框架重心尽量向框架桥尾部方向偏移，延迟框架桥重心"下坑"的时间，可以有效预防"扎头"。

2.8 顶镐

千斤顶顶镐位置的布置对框构"抬头"和"扎头"有一定的影响。要根据阻力合力作用线及垂直合力作用线的情况决定，尽量使顶力接近阻力合力的作用线，一般将千斤顶设于底板靠上部的位置。

2.9 开挖

在顶进过程中，箱体前方开挖路基应控制在1 m以内，两侧做到掏空不挤压箱体，减小顶进时的摩阻力；在地基承载力较低地段进行顶进施工时，禁止超挖；当出现抬头时，可适量超挖；如因挖土量不够，吃土量过大而抬高箱体时，可在两侧适当地超挖；当出现扎头时，可适量欠挖；如因土质松软造成扎头现象时，可在底板前换铺片石加碎石等，边换铺边顶进，必要时加强基础，换填灌注混凝土，等混凝土达到一定承载力时再顶进。

2.1 0监测

顶进时，每顶一镐进行一次高程和中线复核，根据实时监测数据及时掌握箱体高程的变化，为箱体前端土方的超挖、欠挖做出准确的判断，达到信息化施工。

3 纠正措施

顶进过程中纠正抬头或扎头，应控制在≤0.2 m范围内进行，超过0.2 m时，一般难以纠正。在顶进过程中，如遇地质条件太差或者太复杂出现"抬头"、"扎头"现象，无法在顶进过程中调整到位时，可以在顶进后进行相应处理。

3.1 顶进过程中纠正"抬头"措施

（1）不切土顶进法：即将箱身两侧土壤各挖空3～5 cm ，使箱身外壁没有摩擦阻力，箱身底板前的土壤要挖空至底板面下0.1～0.15 m，利用箱身自重来阻止抬头。当箱身前进1/2时，箱身标高会明显下降。

（2）加载法顶进：即在箱体前部底板上或者顶板上加压重物，运用挖掘的弃土或者施工机械自重等外力作用强迫箱身标高降低下落。

3.2 顶进过程中纠正"扎头"措施

（1）带土顶进，即在箱身底板前预留0.2 m高的土挡，两侧不全部挖空，此时箱身前进时，除有摩擦阻力上托外，还会产生一个克服土挡阻力的上升力矩，来共同抬起箱身。

（2）在箱身前超挖2 m～3 m土坑道(配合相应的防护安全措施)，用枕木或短钢轨铺好上行坡道，其坡度以不过分增加千斤顶顶力为宜，利用顶进推力逐步引导箱身爬高，纠正"扎头"。

（3）加载法顶进，即在箱体尾部加压重物，按实际情况，可放在箱身顶板或底板上，顶进时利用重量强行抬起前端。

（4）底板预留隔缝，当箱体重心超出滑板时，滑板即开裂，使滑板前部下沉，这样可减少箱体前端"扎头"量。

3.3 顶进就位后纠正措施

（1）引道顺坡：框架桥就位后，如能满足净空要求，一般不对框架桥进行"抬头"、"扎头"处理，可采取调整引道坡度的方法，将引道和框架桥内道路顺接处理。对于"抬头"引起铁路道床厚度不足的时候，可以采用进行抬道，桥两端线路进行顺坡处理。

（2）千斤顶起抬：框架桥就位后出现"扎头"不能满足规范及使用要求时，可以采用千斤顶起抬解决。在框架桥箱体4个角设置支墩，主梁从箱身顶板下横穿，主梁与顶板间加横向分配梁，支点处主梁下安装分配梁，支承点处放置千斤顶进行顶抬。主梁、分配梁、支点处传立柱、千斤顶以及支墩基础均箱体情况通过计算确定。

（3）凿除接高："扎头"过大，调整困难，可考虑架空线路，凿除顶板，接高边墙，重做顶板。

（4）回顶：框架桥顶进就位后"扎头"过大，采用顶抬无法纠正，在条件允许的情况下，可以在线路另一侧制作后背，将框架桥顶回原位，处理基底后再次顶进。

（5）凿除重建：如果采用以上方法均无法解决，可以凿除箱体，重新预制箱体并处理地基后进行顶进。

4 结束语

既有线顶进箱涵施工已经在路内广泛推广应用，但是因施工方案不细，施工组织考虑不全，地质资料调查不详，而造成施工隐患仍然大量存在。为此，在进行箱涵施工时，应充分考虑可能出现的情况和问题，对地质资料进行认真分析，必要时，在开工前再进行一次地质钻探，以确保地质资料的可靠。同时根据现场的施工环境和条件，制定切实可行的施工应急预案，防患于未然，切实避免"抬头"、"扎头"现象的发生。