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既有線橋涵施工中的頂進(jìn)施工工藝(一)
既有線橋涵施工中的頂進(jìn)施工工藝
六公司蘭新項(xiàng)目部 馮現(xiàn)亞
【摘 要】頂進(jìn)工藝是既有線橋涵施工常見(jiàn)的施工工藝，今年來(lái)這項(xiàng)施工工藝有了新的改進(jìn)與發(fā)展，主要體現(xiàn)在頂距增長(zhǎng)，重量增加。本文以蘭新線K1899+764.5框架橋?yàn)槔榻B橋涵頂進(jìn)的施工技術(shù)和注意事項(xiàng)。
【關(guān)鍵詞】既有線、千斤頂、滑板、 頂進(jìn)
1、工程概況
本橋?yàn)?—10m鋼筋混凝土框架橋，是為烏魯木齊蘇州路與北站路聯(lián)絡(luò)線改移后下穿烏西機(jī)務(wù)公司液化氣罐車(chē)檢修檢驗(yàn)站及航油線而設(shè)。在既有線落道之前，既有線底下③、④、⑥號(hào)箱身預(yù)制頂進(jìn)施工，其余現(xiàn)澆施工。線路采用D24型鋼便梁防護(hù)，基坑底部2.5m范圍垂直開(kāi)挖，以上放坡開(kāi)挖，以保證鋼便梁挖井基礎(chǔ)不外露。全橋共分為9節(jié)，頂程與頂力最大的為③箱身分別是：56m、1500T。
此框架橋穿越線路多、跨距長(zhǎng)、施工工期短、施工難度大，是烏西站場(chǎng)改造的重點(diǎn)、難點(diǎn)工程。
2、既有線下橋涵頂進(jìn)施工工藝
2.1頂進(jìn)施工工藝流程圖
圖1 頂進(jìn)施工工藝流程圖
2.2箱身頂進(jìn)技術(shù)參數(shù)·
頂進(jìn)橋涵的頂力，應(yīng)根據(jù)頂進(jìn)長(zhǎng)度、土的性質(zhì)、地下水情況、橋涵外形及施工方法等因素，計(jì)算：
P=K[N1f1+（N1+N2）f2+2Ef3+RA]
式中： K為系數(shù)，N1為橋涵頂部荷載(包括土柱重及路面載), f1為涵頂上表面與頂上荷重的摩阻系數(shù)，此項(xiàng)系數(shù)與涵頂上表面的潤(rùn)滑程度有關(guān)。若頂上荷重僅系線路材料時(shí)，可根據(jù)情況不同而采用下列數(shù)據(jù)：涂石蠟為0.17～0.34；涂滑石粉漿為0.30；涂機(jī)油調(diào)制的滑石粉漿為0.20；覆土較厚時(shí)用0.7～0.8；N2為涵體自重，f2為涵體底板與基底土的摩阻系數(shù)。此項(xiàng)系數(shù)依基底土的性質(zhì)，經(jīng)試驗(yàn)確定，無(wú)資料時(shí)采用0.7～0.8； E為箱涵兩側(cè)土壓力;f3側(cè)面摩阻系數(shù)，此項(xiàng)系數(shù)依基底土的性質(zhì)，經(jīng)試驗(yàn)確定，無(wú)資料時(shí)采用0.7～0.8；R為鋼刃角的正面阻力。A為鋼刃角的正面積。由于框架長(zhǎng)度較大,將箱涵分段預(yù)制, 采用中間繼頂法頂進(jìn), 以分散頂力。各節(jié)的頂力分配計(jì)算如下。
最前端一節(jié)的頂力: P1=( PKRA )/L×L1+KRA;其他節(jié)的頂力:Pi=(PKRA)/L×Li。
P－最大頂力（t） K－系數(shù)，取K＝1.2 N1－涵頂上荷載(t)。由于采用架空頂進(jìn)，故該項(xiàng)為0； f1－涵頂部表面與頂部荷重之間的摩阻系數(shù)，取f1＝0。 N2－框構(gòu)自重（t）。N2＝QL＋10（t），式中Q為單位長(zhǎng)度涵身自重（t／m），L為頂進(jìn)涵長(zhǎng)（m），10（t）為機(jī)具、人群、刃角以及未能及時(shí)運(yùn)走的土重等施工荷重。 f2－框構(gòu)底板與基底土摩阻系數(shù)，取f2＝0.8。 E－框構(gòu)兩側(cè)土壓力(t)。箱頂土壓e1=ξγH1，箱底土壓e2＝ξγH2 ，式中 ξ＝0.3，γ＝1.9t/m3，H1為軌底至箱頂高度，取H1＝1，H2為軌底至箱底高度，H2＝H1＋框構(gòu)全高＝1＋H。 E＝（e1+e2）HL／2=0.285（2+H）HL(t) f3－側(cè)面摩阻系數(shù)，取f3＝0.8。
根據(jù)計(jì)算，3#箱身設(shè)計(jì)最大頂力1500噸、頂程56米；4#箱身設(shè)計(jì)最大頂力1500噸、頂程54米；6#箱身設(shè)計(jì)最大頂力1400噸、頂程34.5米；千斤頂有效率按70%考慮。
計(jì)算：
1500噸÷70%÷200噸=3#箱身布置200噸千斤頂11臺(tái)
1500噸÷70%÷200噸=4#箱身布置200噸千斤頂11臺(tái)
1400噸÷70%÷200噸=6#箱身布置200噸千斤頂10臺(tái)
圖2 3#、4#箱身頂進(jìn)方案示意圖
2.3施工準(zhǔn)備
2.3.1工作坑施工
工作坑施工主要包括：基坑開(kāi)挖、滑板制作、后背制作。
基坑開(kāi)挖：本橋采用架空頂進(jìn)的方法，所以基坑在開(kāi)挖時(shí)主要是考慮邊坡的防護(hù)與保證充足的工作空間，根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求邊坡防護(hù)采用掛網(wǎng)噴錨的方法，一邊考慮一米的施工平臺(tái)，基坑底部2.5m范圍垂直開(kāi)挖，以上放坡開(kāi)挖，以保證鋼便梁挖井基礎(chǔ)不外露。
滑板制作：滑板主要是為了減小箱體頂進(jìn)時(shí)的摩擦力，圖紙上要求滑板的主要材料是：C25混凝土18cm、M10水泥砂漿2cm、石蠟機(jī)油一層、滑石粉一層、塑料布隔離層。因?yàn)樗芰喜几綦x層在施工過(guò)程中容易被劃破，在施工過(guò)程中我們采用了土工布代替塑料布的方法，取得了很好的效果。
為了保證滑板的穩(wěn)定性與頂進(jìn)時(shí)方向性，滑板下設(shè)了地錨梁，兩側(cè)設(shè)導(dǎo)向墩。
后背制作：后背墻要提前做，后背墻強(qiáng)度沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，不可頂進(jìn)。
2.3.2鋼軌的應(yīng)用
在工作坑施工的過(guò)程中，特別是后背與導(dǎo)向墩的施工需要大量的骨料，為了節(jié)省費(fèi)用，增加材料的可重復(fù)利用，同時(shí)保證施工安全與質(zhì)量。我們采用鋼軌取代鋼筋的方法，大大的提高了經(jīng)濟(jì)效益，具體材料使用情況見(jiàn)表一。
表一、框架橋頂進(jìn)施工所需材料一覽表
位置 型號(hào) 單位 單根長(zhǎng) 數(shù)量 總長(zhǎng)度 備注
3#、4#箱身鋼軌用量 P50 m 13 5 65 后背
P50 m 2.5 55 137.5 后背
P50 m 13 6 78 后背
P50 m 6.5 13 84.5 后背
P50 m 1 44 44 傳力柱
P50 m 2 44 88 傳力柱
P50 m 3 44 132 傳力柱
P50 m 4 528 2112 傳力柱
P50 m 13 52 676 支撐橫梁
P50 m 13 28 364 扣梁
P50 m 11 32 352 沉井
P50 m 5 82 410 開(kāi)挖時(shí)防護(hù)樁
P50 m 12.5 44 550 扣軌梁
合計(jì) m 5093
6#箱身鋼軌用量 P50 m 13 5 65 后背
P50 m 2.5 50 125 后背
P50 m 13 6 78 后背
P50 m 6.5 14 91 后背
P50 m 11 24 264 沉井
P50 m 5 54 270 開(kāi)挖時(shí)防護(hù)樁
P50 m 12.5 22 275 扣軌梁
合計(jì) m 1168
合計(jì) 6261
2.3.3頂進(jìn)設(shè)備準(zhǔn)備
鋼軌到位后，按規(guī)范要求加工，每根傳力柱采用4根P50鋼軌組裝到一起， 再用20mm鋼板進(jìn)行固定，加工成傳力柱；支撐橫梁采用4根10米長(zhǎng)P50鋼軌組裝到一起，再用12mm鋼板進(jìn)行固定，加工成支撐橫梁。每間隔1.6米位置設(shè)置1個(gè)地錨梁、導(dǎo)向墩，在導(dǎo)向墩上安放扣梁，以穩(wěn)固傳力柱。
2.3．4施工技術(shù)準(zhǔn)備
施工技術(shù)準(zhǔn)備工作主要包括對(duì)頂進(jìn)前對(duì)滑板、后背混凝土質(zhì)量、箱身中心線、高程復(fù)核；框架橋箱身的強(qiáng)度檢查；對(duì)頂進(jìn)設(shè)備進(jìn)行檢查；試頂時(shí)準(zhǔn)備事項(xiàng)。
2.3.5對(duì)中心線、高程進(jìn)行復(fù)核
在滑板、后背、預(yù)制箱身澆筑前檢查模板中心線、高程，并在頂進(jìn)前檢查滑板、后背、預(yù)制箱身混凝土中心線高程與橋涵設(shè)計(jì)中心線是否一致，在挖土工作時(shí)與觀測(cè)人員密切配合，隨時(shí)根據(jù)橋涵頂進(jìn)方向和水平的偏差，采取超、欠挖的措施進(jìn)行糾偏。
2.3.6 工作坑檢查
①工作坑根據(jù)線路平面、現(xiàn)場(chǎng)地形和地貌條件，選擇挖填數(shù)量少、頂進(jìn)長(zhǎng)度短的位置。
②工作坑兩側(cè)放坡采用1:1的坡度，工作坑頂邊距最外側(cè)鐵路中心線不得小于3.2米；
③按防洪要求，設(shè)置排水溝；
④工作坑的尺寸除應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)尺寸外，應(yīng)在橋身頂板前留出適當(dāng)空頂長(zhǎng)度，并在橋身底板前留出適當(dāng)?shù)目枕旈L(zhǎng)度，并在橋身底板后留出布置后背梁及其他頂進(jìn)、吊裝和運(yùn)輸設(shè)備的位置，工作坑應(yīng)密實(shí)平整，并有足夠的承載力。
2.3.7對(duì)后背、滑板進(jìn)行檢查
對(duì)后背進(jìn)行檢查：
①頂進(jìn)后背（包括后背墻、后背梁和后背填土）嚴(yán)格按設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行施工，必須滿足足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性；
②頂進(jìn)前，板樁式后背墻需滿足背后填土的水平推力；
③頂進(jìn)時(shí)，板樁式后背墻背樁后土的水平抗力應(yīng)能承受全部千斤頂?shù)捻斄Γ?br />
④各類后背墻的墻后填土應(yīng)使用原地基土壤夯填密實(shí)；
對(duì)滑板進(jìn)行檢查：
①滑板中心線應(yīng)與橋涵設(shè)計(jì)中心線一致；
②滑板與原地基接觸面應(yīng)有防滑措施，必要時(shí)在滑板下設(shè)錨梁；
③根據(jù)地質(zhì)條件和頂進(jìn)距離，可將滑板頂面做成前高后低的上坡；
2.3.8對(duì)箱身混凝土進(jìn)行檢查
①箱身混凝土分為三階段澆筑：先澆筑底板，當(dāng)?shù)装寤炷翉?qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%后，再澆筑邊墻，最后澆筑頂板混凝土。
②在橋涵底板前端底部，設(shè)置可調(diào)整頂進(jìn)過(guò)程高低偏差的船頭坡。
③拆除頂板混凝土?xí)r，混凝土強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；
④頂進(jìn)前，混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到100%。
2.3.9試頂時(shí)準(zhǔn)備事項(xiàng)
①各觀測(cè)點(diǎn)均應(yīng)有專人負(fù)責(zé)，隨時(shí)檢查變化情況；
②開(kāi)泵后，每當(dāng)油壓升高5～10MPa時(shí)，應(yīng)停泵觀察，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理；
③當(dāng)千斤頂活塞開(kāi)始伸出，頂柱（鐵）壓緊后應(yīng)立即停頂，經(jīng)檢查各部位無(wú)異�，F(xiàn)象時(shí)，再開(kāi)泵直至橋身起動(dòng)。
2.4人員、機(jī)械設(shè)備組織
2.4.1人員組織方案
模板安裝班組30人負(fù)責(zé)框架橋箱身預(yù)制的模板安裝；鋼筋加工班組30人負(fù)責(zé)框架橋箱身預(yù)制的鋼筋加工和綁扎；混凝土澆筑班組20人負(fù)責(zé)框架橋箱身預(yù)制、沉井施工時(shí)的混凝土澆筑施工；安全防護(hù)班組20人負(fù)責(zé)框架橋施工時(shí)線路安全防護(hù)施工；施工總?cè)藬?shù)共100人。
2．4.2機(jī)械設(shè)備組織
根據(jù)施工組織，需要千斤頂、高壓油泵、頂鐵、頂柱、線路加固材料、發(fā)電機(jī)、攪拌機(jī)、振動(dòng)器、電焊機(jī)、鋼筋切割機(jī)、鋼筋彎曲機(jī)、鋸軌機(jī)、測(cè)量?jī)x器、吊車(chē)、無(wú)線電對(duì)講機(jī)。
設(shè)備進(jìn)場(chǎng)后，對(duì)頂進(jìn)設(shè)備進(jìn)行檢查
①按設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)備22臺(tái)200噸千斤頂，并另備6臺(tái)千斤頂，以防止在頂進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)千斤頂故障的情況；
②檢查液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力裝置、高壓油泵、油箱及輔助裝置是否與千斤頂配套；
③確定液壓系統(tǒng)的油管內(nèi)徑，其中回油管路主管路油管的內(nèi)徑不得小于10mm，分油管的內(nèi)徑不得小于6mm；
④油管提前清洗干凈，油路布置合理，密封良好，對(duì)液壓油進(jìn)行過(guò)濾處理；
⑤液壓系統(tǒng)各部件單體試驗(yàn)合格后方可安裝，全部安裝后必須試運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到要求后方可使用；
機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)數(shù)量見(jiàn)表2：
表2、機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)一覽表
名稱 規(guī)格型號(hào) 單位 數(shù)量 備注
千斤頂 DTW-200 臺(tái) 27 備用5臺(tái)
高壓油泵 ZB9.5A1 臺(tái) 4 備用2臺(tái)
頂鐵 10/15/20/25/30/40 套 36 各6套
頂柱 100/200/400 臺(tái) 6/10/10
線路加固材料 D24型便梁 套 3 含配件
發(fā)電機(jī) 40kw 臺(tái) 1
攪拌機(jī) JS1000 臺(tái) 1
振動(dòng)器 平板/插入式 臺(tái) 1/14
電焊機(jī) 臺(tái) 1
鋼筋切割機(jī) 臺(tái) 1
鋼筋彎曲機(jī) 臺(tái) 1
鋸軌機(jī) 臺(tái) 1
測(cè)量?jī)x器 全站儀/水準(zhǔn)儀 臺(tái) 2 各一臺(tái)
吊車(chē) 12T 臺(tái) 1
無(wú)線電對(duì)講機(jī) 臺(tái) 12 防護(hù)用
（1）千斤頂： 千斤頂?shù)牟贾靡韵潴w中心線為軸對(duì)稱設(shè)置。為防止箱底板因直接承受頂力而壓碎，在頂鎬與箱底板尾部接觸處設(shè)置一塊20mm厚的承壓鋼板，承壓鋼板下端焊接鋼板托盤(pán),千斤頂放置在鋼板托盤(pán)上，以避免千斤頂與底板接觸造成刮板現(xiàn)象。
（2）頂鐵: 頂鐵用鋼板和舊鋼軌焊接制成，長(zhǎng)度規(guī)格分10／15／20／25／30／40cm，每種規(guī)格的頂鐵按每臺(tái)千斤頂2套配備，另準(zhǔn)備若干0.5／1／2／3cm的補(bǔ)空鐵墊板以填充頂鐵間的空隔。（3）頂柱: 頂柱用舊鋼軌和鋼板焊制成，長(zhǎng)度規(guī)格分1／2／4m三種，每臺(tái)千斤頂配置數(shù)量與頂鐵相同，總共需配備數(shù)量分別為6／10／10套。4.4.3.6.3.固定橫梁: 用兩根155A型鋼和鋼板條組焊而成。頂柱間橫梁長(zhǎng)度5米，按每隔3米頂柱長(zhǎng)設(shè)置一道，共需3套；后背橫梁按最大后背長(zhǎng)度6.4米制作，數(shù)量一套。
2．4.3開(kāi)頂前的準(zhǔn)備工作
（1）安設(shè)和調(diào)試頂進(jìn)設(shè)備： 箱身和后背建成后即可安裝頂進(jìn)設(shè)備。將各種傳力設(shè)備和液壓系統(tǒng)油管電路按設(shè)計(jì)和說(shuō)明書(shū)安裝聯(lián)結(jié)好，檢查無(wú)誤后開(kāi)動(dòng)千斤頂空頂進(jìn)退一次進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題即時(shí)檢修。如圖3頂進(jìn)設(shè)備的安裝
圖3 頂進(jìn)設(shè)備的安裝
（2）線路加固檢查： 開(kāi)頂前必須對(duì)線路加固情況進(jìn)行全面的檢查，檢查內(nèi)容為：加固是否符合設(shè)計(jì)要求，加固部件有無(wú)侵入限界的情況。
（3）檢查框構(gòu)強(qiáng)度：
檢查與框構(gòu)同條件養(yǎng)護(hù)的壓強(qiáng)試件，只有當(dāng)框構(gòu)砼達(dá)到100％設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可頂進(jìn)。
（4）安裝觀測(cè)儀器： 在框構(gòu)后方離后背稍遠(yuǎn)距離處設(shè)立觀測(cè)站以觀測(cè)框構(gòu)頂進(jìn)時(shí)的中線和水平偏差。在框構(gòu)洞內(nèi)四個(gè)角上進(jìn)行高程測(cè)量，頂進(jìn)方向偏差的觀測(cè)在框構(gòu)一側(cè)的前后端各用環(huán)氧樹(shù)脂粘設(shè)一個(gè)標(biāo)尺進(jìn)行，另外，為了觀測(cè)頂進(jìn)中后背的變形情況，在后背梁兩端設(shè)立標(biāo)尺，進(jìn)行后背變形觀測(cè)。
2.5頂進(jìn)作業(yè)
（1）試頂和框構(gòu)起動(dòng)：
試頂?shù)哪康氖抢^續(xù)檢查一下頂進(jìn)設(shè)備是否正常，頂力是否均勻，后背、滑板及箱體有無(wú)異狀，并使框構(gòu)與滑板分離。 試頂時(shí)，油泵應(yīng)逐漸加壓，每次升壓后還要穩(wěn)定10分鐘，并對(duì)設(shè)備及滑板、后背梁等發(fā)生的裂縫情況進(jìn)行檢查。油泵升壓大小及間隔時(shí)間按下表。 設(shè)計(jì)起動(dòng)頂力（％） 30 50 70 90 累計(jì)時(shí)間（分鐘） 20 40 50 60
（2）頂進(jìn)： 頂進(jìn)工作的過(guò)程是：當(dāng)前方角處挖土完成一個(gè)頂程后，即開(kāi)動(dòng)高壓油泵，使千斤頂產(chǎn)生頂力，通過(guò)傳力設(shè)備，借助于后背的反作用力，推動(dòng)框構(gòu)前進(jìn)。框構(gòu)前進(jìn)后，回鎬使千斤頂復(fù)原，然后在空檔處填放頂鐵，以待下次開(kāi)鎬。如此循環(huán)往復(fù)，直至框構(gòu)就位。頂進(jìn)時(shí)注意以下幾點(diǎn)：
框構(gòu)起動(dòng)后，開(kāi)始為不切土的空頂，但此時(shí)需要注意控制好框構(gòu)頂進(jìn)的方向，切不可麻痹大意，以免產(chǎn)生較大的偏差，造成糾正困難。
框構(gòu)沿正確方向入土后，至框構(gòu)入土1/2長(zhǎng)度前，是頂進(jìn)孔道定型階段，此時(shí)要嚴(yán)格控制中線偏移和水平高差，經(jīng)常觀測(cè)，及時(shí)進(jìn)行糾偏的調(diào)整水平。
框構(gòu)入土超過(guò)1/2長(zhǎng)度后，孔道已基本成型，除繼續(xù)掌握水平外，糾偏擺動(dòng)要小，注意防止框構(gòu)“扎頭”，框構(gòu)底板需吃土頂進(jìn)。
安放頂鐵、頂柱要做到三個(gè)一致，即軸線一致、長(zhǎng)短搭配一致、位置一致。為減少頂柱自由長(zhǎng)度和增加穩(wěn)定性，每間隔4米頂柱長(zhǎng)設(shè)橫梁一道。
每行頂柱間用方木頂緊，頂柱上填一層50-100cm厚的土層并夯實(shí)。為確保既有線線安全，
頂進(jìn)時(shí)采用少挖多頂?shù)姆椒�，每次開(kāi)挖頂長(zhǎng)度控制在30-40cm。頂進(jìn)過(guò)程中要對(duì)中線、高程、油表讀數(shù)、千斤頂開(kāi)動(dòng)臺(tái)數(shù)、頂力、頂進(jìn)時(shí)間、頂進(jìn)距離等勤觀測(cè)、勤記錄，以供分析和為下一次挖土頂進(jìn)時(shí)采取糾偏措施提供依據(jù)，如見(jiàn)圖4。
圖4 頂進(jìn)施工
3、結(jié)束語(yǔ)
頂進(jìn)施工工藝隨著既有線改造工程的增加，正在迅速的發(fā)展。在施工中要把既有線路行車(chē)安全放在首位，同時(shí)還要根據(jù)圖紙要求、施工設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)施工條件等綜合考慮，選擇最合適的施工方案與材料。
參考文獻(xiàn)
（1）《紅柳河至阿拉山口段電氣化改造煙墩至烏西施工圖》蘭新線K1899+764.5新建1-10m鋼筋混凝土框架橋設(shè)計(jì)圖。
（2）《客運(yùn)專線鐵路橋涵施工技術(shù)指南》。
（3）《客運(yùn)專線鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)》。
（4）烏鐵局關(guān)于站場(chǎng)改造工程的相關(guān)文件與規(guī)定。
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