大吨位框架桥长距离顶进施工技术研究

2018-07-18燕玉敏

价值工程 2018年16期

燕玉敏

摘要：以大吨位下穿铁路框架桥长距离顶进工程实例为背景，针对框架顶进过程中最易出现的问题“扎头、偏位”，详细阐述施工控制措施，实现框架桥准确顶进就位，提高施工效率，确保框架橋身质量，达到了预期的目的，也可为今后类似项目提供经验参考。

Abstract： Taking the example of large-tonnage underpass long-distance jacking of a railway frame bridge as the background， the paper expounds the construction control measures in detail aiming at the most vulnerable problems in the jacking process of the frame， realizes the accurate jacking of the frame bridge into position， improves the construction efficiency， ensures the quality of the frame bridge body， achieves the intended purpose， and provides the experience reference for similar projects in the future .

关键词：大吨位；框架桥；长距离顶进；技术研究

Key words： large tonnage；frame bridge；long-distance jacking；technical research

中图分类号：TU375.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）16-0151-04

0 引言

随着国内道路工程建设的发展，框架桥顶进施工越来越多的被应用于下穿公路或铁路立体交叉。新建立交桥桥型为双孔框架结构，为减少施工对铁路的影响时间，框架采用铁路线路外预制，顶进就位成桥的施工方法。分析以往框架桥顶过程中经常遇到的轴线偏移及扎头现象，结合327国道下穿铁路框架桥顶进实际情况及采取的各项措施，总结施工经验编写多跨大孔径、大吨位、长距离框架桥顶进施工技术研究。

1 工艺原理

框架顶进施工作业原理主要是在基坑内滑板上面预制箱涵，待对既有线路设施必要加固后，以后背墙为支撑，利用千斤顶对已预制好的框架桥施加顶力，克服框架与地面及两侧土体接触面的摩阻力向前移动，通过增加传力柱实现框架桥持续向前推进，直至顶进框架桥到达设计位置，然后在框架桥前后两端施工端翼墙附属结构及路面工程，实现下穿铁路立体交叉的目的。

2 施工特点

①工序简单，操作在工作坑内进行，质量可控，减少对营业线影响，安全风险小。

②顶进路线全过程均可实时监控、更好控制轴线和高程。

③施工效率高，顶进就位后可立即进行下道工序施工，工序衔接快。

④适用广泛，正交、斜交均可进行顶进施工。

⑤简单易行、成本较低，可缩短工期，经济效益良好。

3 现场应用

3.1 工程概况

327国道韩城龙门至龙象公路下穿铁路工程依次下穿象山矿专用线（2股道）、西牵线、候西上行线、候西下行线、货牵线、机待线共七股道。下穿工程设计为2孔框架桥结构，桥中心线位于韩城火车站西侧侯西线K106+189.669处，交点处公路里程为K19+412.76。新建框架桥与侯西铁路斜交，框架桥结构分为3部分，采用现浇与顶进相结合的施工方法，在最南部2股道货牵线与机待线采用2-14.5m连体框架桥结构，其余均采用14.0+14.0m单体框架桥结构。分为A、B、C三个节段。

其中顶进部分B2段顶进行程66.2m，顶进重量4002T，最大顶力6003T，每延米最大顶力297T。

B1段框架桥顶进行程66m，顶进重量4002T，最大顶力6003T，每延米最大顶力297T。

C段框架桥顶进行程57.1m，顶进重量5472T，最大顶力8208T，每延米最大顶力239T。均为多跨、大孔径、大吨位、长距离框架桥顶进。

与正常的框架涵顶进相比，顶进过程中最易出现的问题就是“扎头、偏位”，而大吨位长距离框架顶进施工时，这些问题最为突出也更难解决。本篇以327国道龙门至龙象公路下穿铁路工程为背景，详细总结了施工中的解决措施，以供今后施工参考。

3.2 最大顶力计算

框架顶进的最大顶力计算公式如下：

P=K[N1f1+（N1+N2）f2+2Ef3+RA]

P——最大顶力； K——安全系数，取1.2；

N1——框架桥顶上的总荷载；

f1——框架桥上表面与顶上荷载的摩阻系数；

N2——框架桥自重；

f2——框架桥下表面与基底的摩阻系数；

E——框架桥两侧的土压力；

f3——框架桥侧表面与土的摩阻系数；

R——刃脚正面阻力；A——刃脚面积。

一般情况下，设计院会给定设计最大顶力，P=1.5N。式中，P为设计最大顶力，N为框架涵自重。

以上公式参考《路桥施工计算手册》P635。

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程

4.2 施工操作要点

4.2.1 既有设施加固

对可能影响施工安全的周围设施进行有效加固，包括开挖后两侧边坡防护、既有路肩、信号灯、转辙机、缆线、接触网基础等。

4.2.2 开挖支墩

首先按照设计图纸放样支墩孔位位置，再进行人工开挖，利用小型机具（滑轮机具+卷扬机）进行吊土，边挖边施作护壁，分节立模浇筑护壁混凝土，直至到設计深度。同时，按照设计图纸安放孔桩钢筋笼。为防止开挖孔桩时，孔口周围道砟落入孔桩内，可增设临时挡碴墙，挡碴墙高度不得高于轨面。停止施工时，孔口设防护棚板进行加盖，并做好防护警示，防止人员、杂物掉入坑内。

4.2.3 浇筑支墩及养护

挖至设计深度时，及时进行封底，并将提前加工好的钢筋笼分节移入孔内（有接触网的铁路线路钢筋笼在孔内绑扎成型），调整就位并固定钢筋笼，焊接牢固，按照设计要求浇筑混凝土。

4.2.4 工作坑开挖

工作坑开挖严格按照设计框架桥位置，根据顶程及现场实际的地形地貌延伸至框架桥预制位置，工作坑两侧保留2.5m以上距离用于预制箱体时搭设外架，设置坑内排水沟及集水井。工作坑开挖前根据开挖坡度及现场实际标高计算出坡顶开挖线，对开挖线周围进行清理，设置挡水堤或挖设截水沟，确保雨水季节坑顶水能截留在基坑外侧，排到施工影响范围以外。基坑开挖完成后，进行平面和水准测量。工作坑底密实平整，并有足够的承载力。

4.2.5 顶进系统

顶进系统由后背墙、滑板、导向装置、传力柱、横梁、千斤顶及高压油泵构成。

①后背墙。后背墙是关键的临时结构物，它必须能够满足顶进过程各阶段的抵抗力要求。后背墙的设计安全系数取1.2～1.5。

根据顶力的大小，顶进千斤顶的布置情况，合理的设计后背墙，使后背梁在顶进时能够均匀扩散顶力，避免局部损坏而无法工作。后背墙采用单排桩基础加桩顶冠梁结构组成，全部采用C30钢筋混凝土施工，墙背要有足够的填土作为靠背，并做好排水设施。

②滑板。滑板是框架预制的基础，也是框架顶进的必要组成部分。滑板必须具有足够的承载能力，能承载框架桥的自重；具有一定的锚固力，防止顶进时滑动；表面平整，并设置润滑层。

润滑层可以显著减少顶进时阻力，能够降低对设备的要求，保护框架桥自身混凝土，提高顶进速度。

滑板采用钢筋混凝土，施工之前，可采取压实、换填等处理措施，保证滑板基础的地基承载力。为防止顶进时滑板跟随箱体一同滑动，在滑板下每隔3m设置1道横向锚固梁。滑板的平整度严格控制在5mm以内，表面设置隔离润滑层，隔离润滑层面积不应小于箱体底板面积。

隔离润滑层施工：在平整的滑板混凝土表面浇铺一层石蜡，不平的地方可利用喷灯溶化找平，石蜡表面铺设10mm厚滑石粉，再铺设一层塑料布。注意塑料布的接缝应平整可靠，接口压茬方向应朝向框架桥前进方向。

③导向装置。为了控制框架桥顶进的方向，在框架两侧设置导向墩。导向墩距框架两侧5cm，沿滑板顶进方向每隔3m设置一处，宽0.5m，长0.5m，高1.1m，伸入滑板下0.6m，外露0.5m。立模板浇注混凝土，顶进时偏位被控制在可控状态。

④传立柱。传力柱由顶铁、顶柱构成，要能承受千斤顶的压力不变形且安装倒运方便。传立柱安装必须箱体顶进轴线一致，垂直于后背墙，每道传立柱必须顺直，长度与顶进三角块长度差保持一致，按顶进长度随时调整不同规格的顶铁或顶柱。施工过程中应随时关注传立柱的变形情况，防止传立柱崩出伤人。传力杆及其配件与框架桥箱体、后背墙接触面必须密贴，若存在间隙须用薄钢板楔紧楔严，每排传立柱松紧程度应一致。楔紧顶铁时严禁大锤猛砸，以免钢板卷边，若发现有卷边毛刺，应打磨修整后再用。顶进前应将不同规格的顶铁、顶柱进行排列组合，方便填补或更换。安装前，准备好运输和起重设备。

⑤横梁。随着框架桥顶进距离的增大，传力杆长度也随之增长，为防止顶柱失稳、崩柱，需设置横梁，横梁起到横向连接和重新分配顶力的作用。横梁每隔6m设置一道，采用5根钢轨组成的扣轨组。横梁也可根据采用钢筋混凝土结构制作，但要对其进行单独设计。

⑥千斤顶。一般选择行程较长的千斤顶，可减少更换顶铁的次数，提高顶进效率。千斤顶的型号应统一，以保证千斤顶受力均衡，行程一致。若型号不同时，同型号的千斤顶应对称布置。

⑦高压油泵。高压油泵应满足液压系统最大顶力的要求，并尽可能选择功率大的高压油泵以提高施工效率。为方便操作控制，宜采用一套高压泵站给多台千斤顶供油，并且能够独立控制各台千斤顶的供油速度。采用多台高压泵时，每台高压油泵所连接的千斤顶应分为一组，对称分布在顶进方向轴线的两边。顶进时各组千斤顶油表读数尽量一致。

4.2.6 纠偏

由于框架桥各阶段各部位的摩阻力不均衡或千斤顶性能差异，框架在顶进过程会发生偏位。本框架桥由于与上行线路斜交，宽度大，导致箱体前端与土体接触面为锥形，很容易发生横向偏位。发现偏向时必须及时进行纠偏，纠偏是个逐渐的过程，如果偏位较大，框架要向前顶进很长的一段距离才能完成纠偏。所以施工过程中应密切关注顶进方向和高程，及时调整。

4.2.7 过程监控

过程监控的主要内容包括：一是顶进的方向，在轴线上设置水平观测点，定时检查框架桥和导向墩的间距，观测框架桥是否有左右偏位；二是设置高程观测点定时测量，观察框架顶进过程中是否出现抬头或扎头现象；三是后背墙位置原土是否出现裂缝，后背墙身是否有变形或破损。

4.2.8 挖土及出土

挖土顶进过程中采用挖掘机挖土，装载机配合大车出土。开挖时必须设置专人指挥机械，每次开挖进尺控制在3m以内，严禁超挖。开挖面轮廓比箱体轮廓小10～20cm，保证箱体吃土顶进。挖土坡面的坡比不大于1：1，保持坡面平整，自上向下开挖，严禁底部掏土。出土时将枕木横向满铺于传力柱之上，与临时道路连通，形成出土通道。每顶进一次，补充传力柱与枕木，依次循环出土。施工运输便道纵坡不宜大于10%。

4.3 顶进过程中的注意事项

①箱体在工作坑滑板上顶进时，由于滑板摩阻系数较小，导致侧向力或滑板的倾斜度对箱体顶进方向的作用效果明显，须特别注意监测箱体的轴线方向，箱体一经吃土，要加快出土速度，保持箱体不断前进。

②每班顶进前，应检查顶镐、液压系统，传立柱与后背墙等设备状态良好，掌握箱体方向及高程变化趋势后，才能开始施工。在顶进过程中，必须做好施工记录，随班交接，随时监控。

③千斤顶首次使用前，要多次空顶以排出油缸内多余的空气，避免在顶进过程中出现突跳造成崩柱。

④在顶铁和顶柱上标注出中心点，方便摆放时对正顺直轴线一致，并注意顶柱长短型号搭配一致。顶柱接头处加垫橡胶垫片，减轻错位偏压。

⑤顶进过程中严禁人员站在传立柱上以及顶柱接头附近，避免顶柱水平失稳发生外崩伤人。

⑥框架前端设置船头坡，可减少顶进时刮掉润滑层，同时防止出现扎头。

4.4 顶进方向和高程的调整方法

①箱体开始时沿滑板前进顶出滑板后，在箱体自重作用下，由于滑板和土体的承载能力不同，底板前端的土体压缩，使底板前端下沉，箱体开始扎头。在箱体重心移出滑板后，扎头更为明显。当箱体继续前进尾部脱离滑板后，箱体尾部下沉，扎头的趋势逐渐变缓，然后比较平稳地前进，直至就位。在这过程中，为了防止过大的方向及高程误差，除加强观测，认真预防外，还必须及时纠偏。

②控制千斤顶阀门，用增减单侧千斤顶顶力的方式，进行顶进方向的纠偏。

③如果左右侧分别采用两个高压油泵进行控制，可采用轮流开动两边油泵的方式调整顶进方向。

④在更换顶铁时，可根据顶进偏差的大小，将一侧顶铁楔紧，另一侧顶铁预留一定的间隙。采用这种方式也可调整方向偏差，调整时应统计并掌握其规律，以作为施工参考。

⑤在箱体前端，可在一侧超挖，另一侧少挖土或不挖来调整方向。

⑥在箱体前端增加横向型钢支撑，支撑一端支撑于箱体边墙，另一端支撑于开挖面，顶进时迫使箱体向被顶一侧调整。

⑦在箱体墙背填土进行纠偏，箱体向右偏，左侧多挖土，右侧墙背填土，从而达到顶进过程中右侧力大，左侧受力小，达到箱体向左调整的效果。反之亦然。

⑧若箱体抬头量不大，可把开挖面挖到与箱体底面齐平。若抬头量较大，可在底板前超挖部分土体，在顶进中逐步调整，在未达到设计高程时，便应酌情停止超挖以免又造成箱体扎头。

⑨由于框架桥自重较大，顶进时很容易扎头，滑板施做时可略带仰坡，减少扎头。

⑩在预制箱体前端做船头坡，以防止箱体顶进时产生扎头现象。船头坡坡度及坡长根据需要调整的数据进行计算，采用填土制成船头坡形状再铺上塑料布，浇筑混凝土后形成船头坡。

？輥？輯？訛挖土时，开挖面基底保持在箱体底面以上至少10cm，吃土顶进，减少扎头。在顶进过程中适当调整挖土的深度，来调整箱体的抬头量。

？輥？輰？訛由于顶进距离长，顶进过程中方向与高程调整是个逐渐并来回修正的动态过程，切不可为了调整扎头最后导致抬头过高而无法恢复，反之亦然。

5 施工质量控制