1工程基本情况1.1工程概况S18一级公路主线起点位于张掖市北三环与国道312线交叉口，终点为肃南县康乐镇，与S213线K60+210相接，路基宽度为24.5 m，双向4车道。路线在桩号K9+844.578与G30连霍高速公路立体交叉，G30连霍高速公路路基宽度24.5 m，为沥青路面。分析G30连霍高速公路高程、周边地形、用地条件、工程造价等因素，建议采用下穿高速公路设计方案[1]。1.2技术标准设计速度：60 km/h；路基宽度：24.5 m；桥梁荷载：公路Ⅰ级；设计洪水频率：大、中、小桥1/100。2方案设计2.1顶推框架桥方案设计（1）下穿高速公路框架桥平面如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.01.004.F001图1下穿高速公路框架桥平面（单位：m）采用双孔连体式框架结构，孔跨为2.0~12.5 m，桥中心线与G30连霍高速公路中心线呈82°，距离黑河大桥桥台12.71 m。工作坑设在G30连霍高速公路西南侧，排水泵房设置在东北侧。（2）框架桥纵断面如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.01.004.F002图2框架桥纵断面（单位：m）K9+844.578处G30高速公路的标高为1 525.6 m，G30高速靠近三水厂侧地面标高为1 520.2 m，远离三水厂侧底面标高为1 520 m。本方案下穿设计标高最低点为1 517.22 m，竖曲线半径为5 000 m，满足规范要求。设计标高与地面的最大距离为2.98 m，即最大向下挖方深2.98 m。框架桥顶板顶面距离G30连霍高速公路路面标高2 m。（3）框架桥横断面如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.01.004.F003图3框架桥横断面（单位：m）下穿框架桥横断面为26 m，由1 m检修道、3 m硬路肩、3.75 m车行道2条、0.5 m路缘带、2 m中间带、0.5 m路缘带、3.75 m车行道2条、3 m硬路肩、1 m检修道构成。行车道、硬路肩和中间带与主线路基横断面保持一致。（4）框架桥结构。框架桥结构总高度7.7 m、结构净高5.5 m、顶板厚1 m、底板厚1.2 m、边墙厚1 m、中墙厚1 m、总宽28 m、总长32 m，框架分为2节段，每节段16 m，节段间采用中继间法顶进。（5）雨水排水和框架防水设计。①雨水设计。纵断面最低点在框架桥内，为了迅速排放路面雨水，在框架桥东北侧设置排水泵房，泵房占地9.4 m×5.1 m。排水主要通过雨水口和排水边沟联合收集至雨水泵房，由雨水泵房提升至路面排水系统。②框架桥防水设计。框架桥主要以混凝土结构防水，重点考虑接头防水位置；在框架桥外侧设置防水层，形成多层次、多方面的综合防水体系；预制框架身采用抗渗等级S8的防水混凝土。框架桥的环向施工缝采用橡胶止水带，纵向施工缝采用BW型遇水膨胀止水条防水，顶板，腹板外侧采用FSB复合防水材料涂刷。2.2盖挖法新建预制35 m小箱梁桥（1）平面。方案采用盖挖法新建预制35 m小箱梁桥，桥宽25.5 m，分左、右两幅。桩位与黑河大桥桥台的最小距离为10.18 m。盖挖法新建预制35 m小箱梁桥平面如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.01.004.F004图4盖挖法新建预制35 m小箱梁桥平面（单位：m）（2）纵断面。本方案下穿设计标高最低点为1 518.36 m，竖曲线半径为5 000 m，满足规范要求。设计标高与地面的最大距离为1.84 m，即最大向下挖方深1.84 m。（3）横断面。下穿预制35 m小箱梁桥的横断面与主线路基横断面保持一致。两侧0.75 m的土路肩改为0.5 m的路缘带。盖挖法新建预制35 m小箱梁桥立面如图5所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.01.004.F005图5盖挖法新建预制35 m小箱梁桥立面（单位：m）（4）桥梁结构。盖挖法下穿预制小箱梁桥桥长35 m，桥宽25.5 m，分左、右两幅，上部结构采用预应力砼预制小箱梁，下部结构采用柱式台，基础采用桩基础。2.3方案比选顶推框架桥主要优势：保证现有道路路基不被破坏；施工时，对高速公路设置交通警示标志进行交通组织、管制，可以维护高速公路的交通正常通行；施工工期短，对高速公路交通运行影响较小。主要缺点：工程造价较高，施工技术难度和较大，施工控制进度要求较高；下挖深度较大，需要对G30高速公路路基及边坡进行支护，后期桥下道路雨水抽排泵房需运营养护和管理。盖挖法新建预制35 m小箱梁桥主要优势：与框架桥相比，小箱梁桥的工程造价较低，施工较容易，超挖距离较小。主要缺点：施工时，高速公路需封闭半幅交通，高速通行能力降低；半幅交通的通行时间较长，施工工期约6个月，应对交通突发事故和保证重大节日通行的能力差；施工工序较多，后期桥下S18道路排水也设置雨水强排的运营管理养护。方案比较如表1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.01.004.T001表1方案比较项目顶推框架桥盖挖法新建预制小箱梁桥结构形式框架桥下穿下穿G30新建桥梁施工方法顶推框架桥盖挖法施工桥梁施工工艺施工控制因素多施工控制因素较少施工周期3个月6个月工程概算1 180 万元1 063 万元对G30交通影响影响较小影响较大现状地面挖方深度2.98 m1.84 m距离现状黑河大桥桥台10.27 m10.18 m由表2可知，顶推框架桥方案施工周期短，对G30高速公路交通影响较小，推荐采用顶推框架桥方案。3施工工艺根据本工程现场施工环境以及顶进框架桥设计情况，为了避免工序冲突，创造各施工工序工作面，工程先行进行工作坑和管棚施工，随后进行箱体顶推施工。施工工艺为：工作坑开挖→浇筑后背滑板→铺设润滑隔离层→预制框架→路基加固（门架管棚）→顶进作业→箱体就位→附属工程。（1）工作坑、滑板及后背。工作坑设在G30高速公路西南侧，工作坑两侧按照1.0∶1.5放坡，喷C20素砼5 cm厚的临时护坡。为保证基坑干燥，在工作坑两侧各开挖2条纵向排水沟和2个φ100 cm的集水井。工作坑立面和横断面如图6所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.01.004.F006图6工作坑立面和横断面（单位：m）为了减少施工工期，框架桥可以连续顶推，1次浇筑混凝土滑板，分节预制箱涵。底部设置C20混凝土垫层，两侧设置导向墩，表面设润滑层。滑板底部设置防滑梁，防止框架桥在顶推时的滑移。顶推时采用二次后背法。第1次后背由钢轨桩与其后浆砌片石挡土墙组成；第2次后背为顶推施工至一半进程时，采取浇筑混凝土包裹传力柱，增强后半部传力柱的刚度和整体性。（2）管棚、门框及出口端设计。高速公路路基的防护采用门架管棚支架，施工期间不需要拆除G30高速公路路面，仅需在施工影响区对公路适当限速（v≤60 km/h）管制，基本不影响高速公路正常运营。为了确保G30高速公路在顶推施工期间的行车安全，将框架桥与覆土体隔开，保证框架桥顶进的顺利进行。为了确保G30高速公路在顶推施工期间的行车安全，路基加固采用门架管棚法支护，在框架桥顶部土层打入管棚进行加固路基。管棚采用φ245 mm×4 mm钢管，间距50 cm，其长度为框架桥。在管棚的两端分别设置门框梁、门框柱及其基础，以便管棚整体受力。管棚设计如图7所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.01.004.F007图7管棚设计（单位：m）框架桥覆土约1 m，为了防止G30高速公路路基随顶推框架桥移动，设计时在路基东北侧的出口处设置出口端支撑系统支撑桩及支撑梁，每5 m设置1根，支撑量方向与桩顶系梁垂直。桩顶系梁、支撑梁、出口处混凝土门框梁均在回填反压土后施工。为了增加支撑梁的受压稳定性，反压土应填至支撑梁表面。（3）钢刃角。钢刃角是箱涵顶推施工的关键部位。钢刃角纵向工字钢预埋于框架混凝土内1.3 m，与箱体钢筋焊接。钢刃角侧面呈梯形，顶长5 m，底长0.4 m，正面与箱体同宽，由中间平台和竖肋组成，将框架空间划分为上、下层，全断面共12个箱室，形成12个挖土工作面。4结语顶推框架桥为下穿既有公路路基的有效方案，具有不需要破坏既有公路路基、不需中断交通通行、施工工期短的优点，取得了良好的社会效益，值得推广应用。