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在既有铁路改造建设中，顶进施工较为常见，与其他施工方法相比，采取顶进方式施工具有投资少、建设周期短、对铁路运营影响时间短等特点，但在施工过程中经常遇到因既有路基填筑标准低，稳定性差，基底情况不明等导致顶进过程中框架发生扎头、翘头等偏移问题，给施工带来很大的困难，严重影响施工安全和施工质量。以下结合参建石长铁路增建二线顶进涵工程施工的体会，对上述问题进行分析，并探讨高覆土、大框架顶进涵在软土路基顶进过程中翘头与下沉问题的处理方法和措施。
1、工程概况
石长铁路增建二线工程K175+985顶进涵为地方交通涵兼排水涵，断面较大，孔径5.0×5.3m，涵洞外轮廓为6.2米×7.1米，涵顶覆土厚度8.3m，顶进长度32m，分3节中继顶进，每节长度10.67米，设计最大顶力30173KN，顶进过程中实际顶力超出设计一倍值以上。在带土顶进了19米后，涵洞前端已穿过既有线左侧路肩，第一节框架前端翘头高出设计90cm，后端比设计低80cm，前后端高差达170cm；第二节前端比设计低18cm，第二节后端正常，第三节正常。
2、原因分析
经调查，该处原为水塘，在上世纪90年代修建石长线时未将基底淤泥清除到位，该处15m高的填方路基在运营过程中多次发生滑坡与塌方，在经过近20年的沉降后已基本趋于稳定，本次顶进涵施工时，在开始顶进时，路基边坡涵顶覆土厚度较小，顶进施工能够顺利进行，在穿过既有线到达出口边坡时，框架前端覆土厚度变小，后端正好处于既有下方，框架前端土压力远小于后方土压力，加上基底已经呈硬塑状的黑色淤泥在渗水的作用下变软（经测定承载力为75kpa，达不到设计的承载力150kpa），导致顶进涵节呈现出“跷跷板式”的翘头与下沉。为保证既有铁路路基的稳定，减少施工对运营的影响，最大限度的降低既有线运营安全隐患，变更设计后采用工字钢纵横抬梁加固线路，大开挖顶进框架的施工方法。
3、处理措施
3.1临时回填
将顶进出口端已坍塌的路基边坡采用临时土回填夯实至轨底以下1m，恢复至开挖前坡面，轨底部分补填道碴，保证既有路堤稳定，并对该段线路进行24小时监控测量。回填时用挖掘机将涵洞内填土夯实并修整为1：1～1：1.5的坡度，坡脚采用土袋堆码。
3.2挖孔桩防护
在涵洞两侧沿纵抬梁主桩线路横向分别布置4根Φ1.25m的挖孔辅桩共8根，新增加的挖孔桩辅桩底深入到顶进涵底板以下4m，沿涵身轴线方向桩间距2.05m；既有抬梁主桩线路横向间距为3m。桩顶预留凹形槽以便于沿线路方向安装双拼I45a工字钢支撑，纵抬梁主桩在桩顶以下2m沿线路方向设一道钢管支撑。
3.3桩间钢筋混凝土挡板
为防止桩间间隙土坍塌，在所有沿线路横向桩间设C25钢筋砼挡板，挡板厚度50cm，挡土板内钢筋布置为双层Φ20钢筋网，网孔间距15×15cm。开挖时，在既有桩身上沿竖向每隔45cm进行钻孔植筋，植入深度不小于60cm，预埋钢筋与挡土板钢筋焊接连接，形成横向网格。既有主桩间钢筋混凝土挡板施工至顶进涵顶部，其他桩间挡板施工至顶进涵基底，每开挖卸载0.5m施工一层挡板。
纵抬主桩在桩顶以下2m沿线路方向设置Φ300钢管支撑一根。卸土至安装高度时，采用在桩身上开凿安放槽口后安装，钢管长度略长于槽口间距，安装时将钢管打入槽口，安装完成后再进行下层土方开挖。
3.4卸载、顶进
在线路两侧挖孔辅桩施工完成，砼强度达到设计强度75%以上后，分层分段卸载出口段及第一节、第二节涵身顶部土体，卸载完成后，在出口段顶进涵基底采用1m厚级配砂砾石掺加10%的水泥进行换填，再浇筑20cm厚C20混凝土至涵洞设计基底；换填完成后进行顶进施工，顶进采用中继顶法，顶进时控制每节间净距不大于1m，并利用涵身间隙挖除换填涵底松软土，换填厚度1m，采用掺加10%水泥的级配砂砾石；依以上顺序循环顶进涵洞至设计位置。
3.5回填路基、恢复道碴
待涵洞顶进到位后，即时进行回填施工，首先在框架顶部回填0.3m厚细砂层，再用掺加3%水泥的B组填料回填至道床底部，回填时采用小型机械分层夯实，分层厚度不超过0.35m；在涵顶5m高处铺设双向土工格栅（25kn/m）三层，每层厚度0.2m；最后回填道碴并捣固密实。
4、施工中的预防措施
4.1施工处地基承载力无法达到设计承载力是可能出现扎头现象的原因之一。不同的土质由于内摩擦角不同其土压力对箱涵周边产生的摩阻力也不同；由侧面摩阻力形成的对箱涵夹持力也直接影响顶进高程的变化；更重要的是基底土壤由于地下水位的高低，影响基底土壤含水量的大小，进而直接影响到基底承载力的大小。
4.2根据施工处基底土质状态来分析是否可能出现扎头现象，施工中要注意核查基底地质，并在开挖过程时要随时注意土质变化。如某个断面前后土质差异很大，涵体就会在这个地方因受力不均而出现扎（抬）头现象；当土质为砂质土发生扎头现象可能性很大，对这种地质就必须提前采取措施，为以后的工作减小难度。当地质情况一定后，在涵体行径过程需要注意每次挖土底面的坡度和吃土量，如忽略这些细节并未在施工中采取措施，必然给以后工作造成难度。
4.1勤观测、勤分析、勤发现、勤治理
在整个顶进施工过程中，需要勤测量，勤分析测量数据，准确掌握框架状态，并预测框架以后的状态。如通过水平测量记录发现低头现象并有加剧趋势，要立即分析原因，采取措施。如趋势比较稳就需继续观察；如趋势变缓说明框架行进正常。在顶进过程中疏于观测，出现大幅度的低头与抬头，治理起来就要花费巨大代价。
4.2 严格控制开挖质量
在利用机械开挖时，由于机械扰动，不可避免的存在松软土层，再加上框架巨大重量的挤压，很容易出现低头。因此，在利用机械出土时，底板挖土保留20～30cm采用人工清底，根据具体地质情况确定吃土深度。在开挖的过程中，因害怕坍塌，涵洞顶板前方往往会欠挖，但一旦欠挖，受土体挤压，框架会出现快速抬头。在出现轻微的低头与抬头时，改变吃土深度是首选。加大底板吃土深度可治理低头，降低基坑地面高度可以实现对抬头的治理。尤其需要注意的是在进行人工清土时，要做好防护措施，严密监视开挖面及钢刃脚状况，以防路基坍塌造成人员伤亡。 4.3改善地质情况
顶进中，根据地质状况的不同，可依次采用往框架底塞废弃混凝土枕（混凝土枕底面朝上，塞入涵内侧1m并有一定坡度）、改善土质（换填碎石）、浇筑混凝土来实现对抬头与低头的预防与治理。为实现问题的快速解决，在施工中多采用浇筑混凝土方法。在滑板前方距单个顶进框架长度1/3处浇筑混凝土带，防止滑板在箱涵重心迁移过程中造成滑板断裂，以免箱体前倾、低头，给后续顶进节施工造成困难。发现低头现象时框架桥体离到位还有一段距离，施工中可以采用打混凝土薄带来逐渐调整；如距离很短时可采用打混凝土通带方法来调节。混凝土带，一般为宽2m、厚度在80cm左右的混凝土带。分别设置在框架桥头两边，中间用碎石换填。在混凝土薄带中一般设置两根短轨（长度深入框架桥内50cm，轨底朝上）来减小混凝土带与涵底的摩擦，防止顶进中混凝土带跟随框架桥一起向前移动。根据情况可以在混凝土带中增加锚固墩来加强带与土的结合。顶进过程中发现土质有变化，混凝土带的厚度和大小可以做调整。混凝土通带，适用于要求在较短时间内将框架桥体姿态调整的情况。混凝土通带一般为长度与涵跨度相当、宽度在2～4米（根据顶进框架孔径调整）、深度在1米以上的混凝土构造物。为了加强其整体性一般配设钢筋。混凝土带一般设计成反楔型，防止在顶进中随框架一起移动。混凝土通带可在短时间内将框架桥体调整到要求，并在以后顶进中提供一个支点。
4.4做好临时排水
框架顶进掌子面内必须保持干燥无水，如遇地下水位高的情况，必须采取措施把水位降至底板以下1m，以免带水顶进造成基底土质软化造成箱
涵低头。富水地区应短挖勤顶，以保证既有线运营安全及施工质量。
4.5合理设计滑板仰坡和框架的船头坡
在框架桥预制时预留滑板仰坡，以防框架在顶进出滑板时因地质的变化，土质承载力降低造成低头。根据经验滑板仰坡一般取5‰左右，主要视土质情况而定，土质密实且开挖得当，取5‰即可；土质松软、含水量大，坡度应略微放大，一般以8‰为宜。船头坡一般采用1：10的坡度。
4.6强制性措施
当在软弱地基中顶进时，在根据设计要求改良地质框架桥体到位后尚不能满足使用要求时，在最后几顶（2米左右）可以先用千斤顶将框架桥体顶起，而后用木枕支撑框架桥，再往框架桥体与木枕架之间安置铁板，再继续顶进。其具体方法如下：首先在涵尾、在边墙及中心分别挖三个基坑。分别浇筑钢筋混凝土，将两个千斤顶安置在边墙下方，并在基坑周围摆放支撑用的木枕和铁板。当千斤顶向上顶时，要随时注意框架桥的变化。施工中要预留适当的沉降值。
5、结论与体会
顶进法作为下穿式立交通道一种主要的施工工艺，已逐步被推广应用，预防和处理桥涵“扎头”与“抬头”的各种措施都应根据每个桥址的具体情况而定，不能生搬硬套。在施工中注重施工工序，合理制定施工方案，加强跟踪测量，及时准确分析、预测“抬头” 与“扎头”的趋势，正确选择安全预防措施，才能使桥涵顶进施工达到安全优质的预期效果。
参考文献：
[1]增建铁路石门至长沙铁路增建第二线工程施工图
[2]《铁路工务安全规则》及广运发[2010]165号文《广铁（集团）公司铁路营业线施工安全管理实施细则》
1、工程概况
石长铁路增建二线工程K175+985顶进涵为地方交通涵兼排水涵，断面较大，孔径5.0×5.3m，涵洞外轮廓为6.2米×7.1米，涵顶覆土厚度8.3m，顶进长度32m，分3节中继顶进，每节长度10.67米，设计最大顶力30173KN，顶进过程中实际顶力超出设计一倍值以上。在带土顶进了19米后，涵洞前端已穿过既有线左侧路肩，第一节框架前端翘头高出设计90cm，后端比设计低80cm，前后端高差达170cm；第二节前端比设计低18cm，第二节后端正常，第三节正常。
2、原因分析
经调查，该处原为水塘，在上世纪90年代修建石长线时未将基底淤泥清除到位，该处15m高的填方路基在运营过程中多次发生滑坡与塌方，在经过近20年的沉降后已基本趋于稳定，本次顶进涵施工时，在开始顶进时，路基边坡涵顶覆土厚度较小，顶进施工能够顺利进行，在穿过既有线到达出口边坡时，框架前端覆土厚度变小，后端正好处于既有下方，框架前端土压力远小于后方土压力，加上基底已经呈硬塑状的黑色淤泥在渗水的作用下变软（经测定承载力为75kpa，达不到设计的承载力150kpa），导致顶进涵节呈现出“跷跷板式”的翘头与下沉。为保证既有铁路路基的稳定，减少施工对运营的影响，最大限度的降低既有线运营安全隐患，变更设计后采用工字钢纵横抬梁加固线路，大开挖顶进框架的施工方法。
3、处理措施
3.1临时回填
将顶进出口端已坍塌的路基边坡采用临时土回填夯实至轨底以下1m，恢复至开挖前坡面，轨底部分补填道碴，保证既有路堤稳定，并对该段线路进行24小时监控测量。回填时用挖掘机将涵洞内填土夯实并修整为1：1～1：1.5的坡度，坡脚采用土袋堆码。
3.2挖孔桩防护
在涵洞两侧沿纵抬梁主桩线路横向分别布置4根Φ1.25m的挖孔辅桩共8根，新增加的挖孔桩辅桩底深入到顶进涵底板以下4m，沿涵身轴线方向桩间距2.05m；既有抬梁主桩线路横向间距为3m。桩顶预留凹形槽以便于沿线路方向安装双拼I45a工字钢支撑，纵抬梁主桩在桩顶以下2m沿线路方向设一道钢管支撑。
3.3桩间钢筋混凝土挡板
为防止桩间间隙土坍塌，在所有沿线路横向桩间设C25钢筋砼挡板，挡板厚度50cm，挡土板内钢筋布置为双层Φ20钢筋网，网孔间距15×15cm。开挖时，在既有桩身上沿竖向每隔45cm进行钻孔植筋，植入深度不小于60cm，预埋钢筋与挡土板钢筋焊接连接，形成横向网格。既有主桩间钢筋混凝土挡板施工至顶进涵顶部，其他桩间挡板施工至顶进涵基底，每开挖卸载0.5m施工一层挡板。
纵抬主桩在桩顶以下2m沿线路方向设置Φ300钢管支撑一根。卸土至安装高度时，采用在桩身上开凿安放槽口后安装，钢管长度略长于槽口间距，安装时将钢管打入槽口，安装完成后再进行下层土方开挖。
3.4卸载、顶进
在线路两侧挖孔辅桩施工完成，砼强度达到设计强度75%以上后，分层分段卸载出口段及第一节、第二节涵身顶部土体，卸载完成后，在出口段顶进涵基底采用1m厚级配砂砾石掺加10%的水泥进行换填，再浇筑20cm厚C20混凝土至涵洞设计基底；换填完成后进行顶进施工，顶进采用中继顶法，顶进时控制每节间净距不大于1m，并利用涵身间隙挖除换填涵底松软土，换填厚度1m，采用掺加10%水泥的级配砂砾石；依以上顺序循环顶进涵洞至设计位置。
3.5回填路基、恢复道碴
待涵洞顶进到位后，即时进行回填施工，首先在框架顶部回填0.3m厚细砂层，再用掺加3%水泥的B组填料回填至道床底部，回填时采用小型机械分层夯实，分层厚度不超过0.35m；在涵顶5m高处铺设双向土工格栅（25kn/m）三层，每层厚度0.2m；最后回填道碴并捣固密实。
4、施工中的预防措施
4.1施工处地基承载力无法达到设计承载力是可能出现扎头现象的原因之一。不同的土质由于内摩擦角不同其土压力对箱涵周边产生的摩阻力也不同；由侧面摩阻力形成的对箱涵夹持力也直接影响顶进高程的变化；更重要的是基底土壤由于地下水位的高低，影响基底土壤含水量的大小，进而直接影响到基底承载力的大小。
4.2根据施工处基底土质状态来分析是否可能出现扎头现象，施工中要注意核查基底地质，并在开挖过程时要随时注意土质变化。如某个断面前后土质差异很大，涵体就会在这个地方因受力不均而出现扎（抬）头现象；当土质为砂质土发生扎头现象可能性很大，对这种地质就必须提前采取措施，为以后的工作减小难度。当地质情况一定后，在涵体行径过程需要注意每次挖土底面的坡度和吃土量，如忽略这些细节并未在施工中采取措施，必然给以后工作造成难度。
4.1勤观测、勤分析、勤发现、勤治理
在整个顶进施工过程中，需要勤测量，勤分析测量数据，准确掌握框架状态，并预测框架以后的状态。如通过水平测量记录发现低头现象并有加剧趋势，要立即分析原因，采取措施。如趋势比较稳就需继续观察；如趋势变缓说明框架行进正常。在顶进过程中疏于观测，出现大幅度的低头与抬头，治理起来就要花费巨大代价。
4.2 严格控制开挖质量
在利用机械开挖时，由于机械扰动，不可避免的存在松软土层，再加上框架巨大重量的挤压，很容易出现低头。因此，在利用机械出土时，底板挖土保留20～30cm采用人工清底，根据具体地质情况确定吃土深度。在开挖的过程中，因害怕坍塌，涵洞顶板前方往往会欠挖，但一旦欠挖，受土体挤压，框架会出现快速抬头。在出现轻微的低头与抬头时，改变吃土深度是首选。加大底板吃土深度可治理低头，降低基坑地面高度可以实现对抬头的治理。尤其需要注意的是在进行人工清土时，要做好防护措施，严密监视开挖面及钢刃脚状况，以防路基坍塌造成人员伤亡。 4.3改善地质情况
顶进中，根据地质状况的不同，可依次采用往框架底塞废弃混凝土枕（混凝土枕底面朝上，塞入涵内侧1m并有一定坡度）、改善土质（换填碎石）、浇筑混凝土来实现对抬头与低头的预防与治理。为实现问题的快速解决，在施工中多采用浇筑混凝土方法。在滑板前方距单个顶进框架长度1/3处浇筑混凝土带，防止滑板在箱涵重心迁移过程中造成滑板断裂，以免箱体前倾、低头，给后续顶进节施工造成困难。发现低头现象时框架桥体离到位还有一段距离，施工中可以采用打混凝土薄带来逐渐调整；如距离很短时可采用打混凝土通带方法来调节。混凝土带，一般为宽2m、厚度在80cm左右的混凝土带。分别设置在框架桥头两边，中间用碎石换填。在混凝土薄带中一般设置两根短轨（长度深入框架桥内50cm，轨底朝上）来减小混凝土带与涵底的摩擦，防止顶进中混凝土带跟随框架桥一起向前移动。根据情况可以在混凝土带中增加锚固墩来加强带与土的结合。顶进过程中发现土质有变化，混凝土带的厚度和大小可以做调整。混凝土通带，适用于要求在较短时间内将框架桥体姿态调整的情况。混凝土通带一般为长度与涵跨度相当、宽度在2～4米（根据顶进框架孔径调整）、深度在1米以上的混凝土构造物。为了加强其整体性一般配设钢筋。混凝土带一般设计成反楔型，防止在顶进中随框架一起移动。混凝土通带可在短时间内将框架桥体调整到要求，并在以后顶进中提供一个支点。
4.4做好临时排水
框架顶进掌子面内必须保持干燥无水，如遇地下水位高的情况，必须采取措施把水位降至底板以下1m，以免带水顶进造成基底土质软化造成箱
涵低头。富水地区应短挖勤顶，以保证既有线运营安全及施工质量。
4.5合理设计滑板仰坡和框架的船头坡
在框架桥预制时预留滑板仰坡，以防框架在顶进出滑板时因地质的变化，土质承载力降低造成低头。根据经验滑板仰坡一般取5‰左右，主要视土质情况而定，土质密实且开挖得当，取5‰即可；土质松软、含水量大，坡度应略微放大，一般以8‰为宜。船头坡一般采用1：10的坡度。
4.6强制性措施
当在软弱地基中顶进时，在根据设计要求改良地质框架桥体到位后尚不能满足使用要求时，在最后几顶（2米左右）可以先用千斤顶将框架桥体顶起，而后用木枕支撑框架桥，再往框架桥体与木枕架之间安置铁板，再继续顶进。其具体方法如下：首先在涵尾、在边墙及中心分别挖三个基坑。分别浇筑钢筋混凝土，将两个千斤顶安置在边墙下方，并在基坑周围摆放支撑用的木枕和铁板。当千斤顶向上顶时，要随时注意框架桥的变化。施工中要预留适当的沉降值。
5、结论与体会
顶进法作为下穿式立交通道一种主要的施工工艺，已逐步被推广应用，预防和处理桥涵“扎头”与“抬头”的各种措施都应根据每个桥址的具体情况而定，不能生搬硬套。在施工中注重施工工序，合理制定施工方案，加强跟踪测量，及时准确分析、预测“抬头” 与“扎头”的趋势，正确选择安全预防措施，才能使桥涵顶进施工达到安全优质的预期效果。
参考文献：
[1]增建铁路石门至长沙铁路增建第二线工程施工图
[2]《铁路工务安全规则》及广运发[2010]165号文《广铁（集团）公司铁路营业线施工安全管理实施细则》