框架桥顶进施工技术应用

框架桥顶进施工技术应用

赵伟

中铁十七局集团有限公司030032

摘要：新建框架桥及立交穿越不能断绝交通的公路、铁路和市区道路时用顶进法施工。本文通过我公司承建的祁县吕源路下穿南同蒲铁路框架立交工程详细阐述顶进桥施工技术及要求。

关键词：框架桥线路加固顶进施工

引言

框架桥顶进施工应根据施工图，结合现场实际、工期要求、工程量大小、设备能力等因素，作出具体施工方案。顶进方法有整体顶进法、中继间法、对顶法、多箱分次顶进、顶拉法、牵引法等。由于本桥宽度为12米，所以我单位对于此框架桥采用的方法为整体顶进法。

一、主要工作内容

1.工作坑

①工作坑开挖。

②钢轨后背桩：选择整理钢轨、组合、安装、拆除、清理、修整、堆放。

③后背梁及底板混凝土：模板制安拆，混凝土拌制、灌筑、振捣及养护，底板顶面抹平。

④后背梁钢筋：制作、绑扎、安放、定位、校正。

⑤后背梁浆砌石：砂浆制作、砌筑片石，养护。

⑥后背梁低合金钢栓接构件组拼：构件制安拆，整修、堆存。

⑦底板隔离层及润滑层：砂浆制作、抹平、养护，熔化石蜡，铺塑料布。

2.框架桥身

①框架桥身预制在工作坑中现场浇筑本文不再叙述。

②桥身预制好后涂石蜡：脚手架搭拆．清扫架身，喷洗涂面，熔化石蜡，涂石腊。

③橡胶止水带制安：填塞聚氯乙烯油膏，安装橡胶止水带。

3.钢构件、预埋件

①钢刃脚及钢构件：制作、除锈、涂油、安装、拆除、整修。

②预埋钢铁件:铁件加工、除锈、预埋外露部分涂油。

4.线路加固

孔径4米及以下框架桥顶进可采用轨束梁加固线路，轨束应以钢箍紧固，并向两端延伸桥身高度的1.5倍。本工程框架桥大于4米采用挖孔桩抬梁法施工。

5.顶进作业

安装千斤顶、油泵、油管路、控制台、配电盘及传力柱与横梁、试顶，顶进操作及纠偏。拆除顶进部分分类堆码。

二、施工主要机械配备

1.顶进设备由液压系统和传力设备两大部分构成

⑴液压系统组成

①执行机构：液压千斤顶；②动力机械：高压油泵；③操纵机构：控制阀、调节阀；④辅助装置：油箱、油表、压力表等。

⑵传力设备组成

①顶铁：按千斤顶每次冲程更换，使箱体不断顶进；②活动横梁：承箱体顶进而前移，并将顶力均匀地传给顶铁；③固定横梁：顶柱的横向连接梁，能避免其受压失稳，能使顶力均匀分布；④顶柱：承箱顶进远离后背时，靠顶柱传递顶力给后背。

2.其他配合设备

90kw备用发电机1台，电动抽水机2台，11.5kw电焊机3台，350ml混凝土搅拌机1台，插人式捣固器6台，1～3t卷扬机2台，5t自卸汽车2辆，手推车8辆，油压起道机2台及人工挖土工具等。

三、施工准备

1.调查铁路、道路及建筑物等的下述情况：

⑴客、货列车运行情况，列车通过次数、列车间隔时间和运行速度、股道数量、间距和高程；线路及道岔种类及其使用性质。铁路路基中埋设的地下管线、电缆及其他障碍物等的情况及所属单位对施工的要求。

⑵设计桥身长度、顶进坑位置和顶进方向是否与实际一致。

⑶桥身结构能否满足顶进要求。

2.计算顶力，确定顶进设备及后背配置：

顶力计算：顶进桥身的顶力，应根据顶进长度、土的性质、地下水情况、涵洞外形及施工方法等因素按下式计算：

P=K[Nlf1+(N1+N2)f2＋2Ef3＋RA]

式中:P－最大顶力，KN.

Nl―涵顶上荷载（包括线路加固材料荷载）,Nl=(2BHlL一2.5BHl2+2.5B)×10(KN),其中B为涵宽，H1为覆土厚度，L为涵长；

f1―涵洞顶面与顶上荷载的摩擦系数，视顶上润滑处理经试验确定。无试验资料时，可采用以下数值：涂石蜡为0.17一0.34，涂滑石粉浆为0.30，涂机油调制的滑石粉浆为0.20;

N2―涵洞自重，N2=QL+100(kN)，其中Q为涵自重（KN/m),L为涵长，100kN为工作荷载。

F2―涵底板与基底土的摩擦系数，视基底土性质经试验确定。无试验资料可采用0.7～0.8；

E―涵洞两侧土压，E一2.85(2H1﹢H)HL(KN)，其中H1为覆土厚度，H为涵外高，L为涵长；

F3―侧面摩擦系数，视基底土性质经试验确定。无试验资料可采用0.7～0.8；

R―钢刃脚正面系数，视刃脚构造、挖土方法、土的性质经试验确定。无试验资料可采用砂粘土500～55OkPa，卵石土1500～1700kPa；

A―钢刃脚正面积，A=b×B(m2)，其中b为刃角宽，B为桥外口宽；

K―系数，采用1.2。

按顶力计算配置和安装顶进千斤顶及高压油泵、顶铁，确定后背结构。

3.材料准备和各种作业条件

配备充足的机械、设备、材料和劳动力准备，各种体系保证措施健全，实施性施工组织完备等。

四、工艺技术说明

1.工作坑开挖

工作坑设置在线路一侧，开挖边坡为1:0.75，靠近铁路路基一侧边坡应保持放缓于1:1。工作坑顶边，距最外侧铁路中心线不得小于3.2m。当工作坑需要渡汛时，对路基边坡应防护加固或放缓坡度，顶进时箱体刃脚人土后方可拆除防护设施。开挖过程本文不再叙述。

2.后背设置

后背是顶进施工时千斤顶的支撑面，在顶进过程中自始自终地抗衡着顶压千斤顶的后座力，并应在顶力的作用下不致破坏。后背虽是临时构筑物，在顶进施工结束后即完成其使命，可予以拆除，然而这一构筑物具有十分重要的作用，必须安全可靠，因为顶进施工的成功，在很大程度上取决于后背的构筑。顶进框架桥的加力后背，包括后背梁、后背墙和后背填土，必须有足够的强度和稳定性。常用的后背有桩板式及重力式两种，可结合现场条件、地质地形情况以及材料设备供应情况选用。

3.工作坑底板设置

⑴修筑工作坑底板，应满足预制框架桥主体结构所需强度及稳定性要求，因地制宜，采用不同底板结构形式，并应符合下列要求：

①底板中心线应与涵洞施工图标示中心线一致；②工作坑底板与原地基接触部分，应有适当的防滑措施，必要时在底板下设锚梁。③为防止扎头现象，根据地质及线路使用情况可将底板做成坡度为1%左右前高后低的仰坡，或采用其他措施④为保持框架桥空顶阶段的正确方向，在底板两边距涵体预制位置5～10cm设置混凝土方向墩，以便于导向。

⑵工作坑底板的抗滑能力及底板表面的光滑度要求：

①底板要有充分的抗滑能力可在基坑内挖槽灌注钢筋混凝土锚梁作为防滑装置，如图1所示：②底板表面采用1:3水泥砂浆压实抹光。

4.顶进设备安装

⑴千斤顶安装：千斤顶的布置应以框架桥中心线为轴，对称设置，一般放在箱体底板尾部或后背梁前预设的钢板托盘上，以避免千斤顶与土壤接触造成刮土现象。

⑵高压油泵安装：高压油泵安装位置在工作坑内后部一侧，要求连接管件要牢固，在最大使用压力下无漏油现象。

⑶液压阀安装：由阀体、阀芯和操纵机构三个主要部分组成，分为压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。

⑷液压辅件安装：液压辅件有油箱、油管和管接头及密封装置。

⑸顶铁：安装顶铁时，应与顶力轴线一致，并与横梁垂直，应做到平、顺、直。当顶程较长时，可在4-8米处加横梁一道。

⑹顶柱：顶铁长度大于lm时称为顶柱，也称传力柱，其横截面较顶钾二横截面大，顶进时千斤顶施力并通过顶柱将力传给涵身。

⑺活动横梁：承箱体顶进而前移，并将顶力均匀地传给顶铁。

⑻固定横梁：顶柱的横向连接梁，能避免其受压失稳，能使顶力均匀分布。

⑼液压传动系统的动力机构、高压油泵、油箱及其辅助装置的布置，应与千斤顶配套。

⑽顶进过程中，当液压系统发生故障时，严禁在工作状态下检查和调整。

1-框架桥，2-底板，3-后背梁，4-钢轨桩，5-地锚梁；6-垫层；7-方向墩

图1工作坑底板设置图

5.线路加固

顶进作业前，必须加固线路，加固及防护不得侵入建筑限界。顶进中，线路应保持正确的水平方向位置，如发生变动应及时调整。顶进作业加固线路可采用吊轨、吊轨横梁、吊轨纵横梁和挖孔桩抬梁法架空线路后顶进施工等方法。开挖时，不得全部挖空路基，以空顶方式顶进。

结合本工程特点采用挖孔桩抬梁法施工，施工时轨束纵抬梁置放应对称挖孔桩中心，不得形成偏心受压，并满足施工图受力结构要求。轨束横抬梁应均匀布置，轨束梁用角钢抱箍扣紧，同时加木楔塞紧。轨束梁及低高度便梁的梁端支承处应垫硬木。

线路加固轨束梁最大跨度计算：

按应力和挠度分别计算，选取其中最小值作为容许跨度

弯曲力矩：M=nW〔δ〕,Mmax=[P+(1+0.5μυ)K]L2/8

应力：δ=M/nW＜17kN/cm2

挠度：F=5KL4/384EJn≤L/250

式中n－钢轨总根数；

W－钢轨的截面模量（cm3）；

δ－钢轨的容许应力，〔δ〕=17kN/cm2

K－换算均布活载（kg/cm）

1+0.5μυ－冲击系数，μ=27/(30+λ),λ=L,υ=V/(130-V),V为限制速度，一般取V=15Km/h

P－均布恒载（kg/cm）

L－计算跨度（cm）

E－钢轨弹性模量（kg/cm2）

J－钢轨惯矩（cm4）

6.刃脚安装

刃脚是切开掘进作业空间的工具，安设在涵身的前端，其作用主要是切土、导向、支护掘进作业以及挡护工作面前壁防止土层坍落。框架桥顶板、底板及侧墙上一般都安设刃脚，根据安装部位的不同，分别称为顶刃脚、底刃脚和侧刃脚。

当涵洞净高超过4m时，宜在桥内设置中平台，平台前端安设中刃脚，其作用是将开挖面分成上下两层，减少路基挖坡面的高度，从而增加顶进时路基的稳定。

挖土平台可以采用型钢安装在框架桥的预埋钢板上，也可采用钢筋混凝土与框架桥同时灌筑而成，跨度较大的框架桥其挖土平台还需增设中柱或支架，以增加刚度。刃脚根据其制作材料的不同分为钢刃脚和钢筋混凝土刃脚两种形式。框架桥底刃脚在安装时一定要注意保持水平或成一个仰角，以避免倾斜和防止箱体扎头。侧刃脚除应较箱体端面外框尺寸大10mm外，其前端宜与水平线成45～60度交角，交角大小视路基土质而定。

挖土平台示意图见下图。

图2挖土平台示意图

7.试顶

试顶应符合下列规定：

⑴在各有关部位及观测点均应有专人负责，随时注意变化情况。

⑵开泵后每当油压升高5～10MPa(50～100kgf/cm2）时须停泵观察，发现异常，及时处理。

⑶当千斤顶活塞开始伸出，顶柱（顶铁）压紧后立即停顶，经检查各部情况，无异常现象可再开泵，直到桥身起动。

8.顶进作业

⑴顶进前应检查下列工作：

①框架桥身混凝土强度应达到施工图要求，防水层及保护层按施工图完成。②线路加固、后背、顶进设备及各类施工机械符合要求。③现场照明、液压系统安装及试验结果应符合要求。④观测人员、仪器装置配置满足需要。⑤运营部门协商确认的施工计划、线路防护监测抢修人员及设备工具、通信器材应准备完毕。

⑵顶进作业要求:

①顶进作业应在水位降至基底以下0.5一1.0m后进行；并避免在雨季施工。如在多雨地区无法避开雨季施工时，应切实做好防洪及排水等安全设施。②顶进框架桥作业应利用列车运行的间隔时间进行，列车通过顶进箱体和开挖面时，严禁顶进作业。③在每次顶进前应细致检查液压系统、顶柱（铁）安装和后背变化、线路加固情况等。④挖运土方与顶进工作应循环交替进行。当前方刃脚处挖土完成一进尺长度后，开动高压油泵，使千斤顶受液压力而产生顶力，推动箱涵前进，通常每一冲程顶进约190一800mm。箱涵前进后，用反向千斤顶将主千斤顶的活寒拉回原位，在空档处增放顶铁，以待下次开镐。如此循环往复，直至框架桥就位。⑤在全部顶进过程中，涵身每前进一顶程，应对轴线和高程进行观测，发现偏差及时采取措施纠正。⑥在顶进中如发现左右偏差较大时，可用增减一侧顶力调整后用挖土调整。⑦挖土时应掌握土坡的平整，并保持与刃脚坡度一致，严禁出现逆坡，一般取60°坡较为安全。运土一般用机动小翻斗车、小型卡车从洞内经活动车道将土运出，最好直接装卸，避免倒运，防止积压。活动车道需随着箱涵的不断顶进予以接长。⑧在顶进过程中要始终做好记录，随班交接。

⑶顶进纠偏措施

①在顶进中如发现涵身偏高时，可按以下方法调整：

底刃脚前端超挖略底于底板逐渐调整；如因挖土不够宽吃土量过大而抬高涵身时，可在两侧适当超挖。

②在顶进中如发现涵身偏低时，可按尽下方法调整:

底刃脚增加向上翘的角度；如因土质松软造成扎头现象时，可在底板前换铺片石或加碎石等，边换边铺顶进，必要时亦可打桩或灌筑速凝混凝土以及其他加固办法。

③有条件时在顶进就位后，或顶进中采用支顶法调整。

9.质量检验标准

框架桥顶进施工质量标准及检验方法，见下表：

表1框架桥顶进质量标准及检验方法

结束语

框架桥顶进施工涉及既有线施工，施工干扰大，安全风险高，本工程顶进施工严格按照规范要求顺利完工。为公司积累了类似工程的施工经验，在今后施工顶进框架桥中可以借鉴和共享。

参考文献

[1]客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准，铁建设〔2005〕160号.

[2]中国建筑总公司编《建筑工程施工工艺标准汇编》，2005，北京.中国建筑工业出版社.