铁路桥涵顶进施工技术在增建公路框架涵施工设计中的应用

５６　铁道勘察　２００６年第２期　铁路桥涵顶进施工技术在增建公路　框架涵施工设计中的应用　吕彦平　（中铁十局集团济南铁路工程有限公司，山东济南２５０００１）　Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｊａｃｋ－ｉｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｂｒｉｄｇｅ　ａｎｄ　Ｃｕｌｖｅｒｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ　Ｒｏａｄ　Ｆｒａｍｅ　Ｃｕｌｖｅｒｔ　Ｌｕ　Ｙａｎｐｉｎｇ　摘要介绍将铁路桥涵顶进施工技术应用到既有公路增建框架涵的施工实践，总结在不中断公　路交通的条件下，以顸进法增建公路框架涵的关键施工技术。论述了在施工设计中应把握的细节及顶　进法施工的优点。　关键词技术应用　公路桥涵设计施工　在公路下采用顶进圆管法施工已司空见惯，而矩　形框架涵顶进施工并不多见。圆管的孔径一般只局限　于２　ｍ以内，且圆形空间不利于使用。若采用矩形框　架涵可以解决大孑Ｌ径的问题，同时矩形截面空间有利　刃角的正面阻力，一般取５５　ｔ／ｍ　。　Ａ为钢刃角的正面积。　公路涵一般长度较大，受箱涵宽度及顶进部位局　部抗压强度的限制，只能布置有限数量的顶镐，所以大　多将箱涵分段预制，采用中间继顶法顶进，以分散顶　力。各节的顶力分配计算如下。　最前端一节的顶力：Ｐ。＝（Ｐ～ＫＲＡ）／ｔ×　。＋　于应用，但施工起来较为复杂。　笔者根据铁路工程桥涵顶进的施工技术，在公路　及市政工程中成功地用顶进法施工了５座框架型箱　涵，避免了两侧建筑物的拆迁及还建，对公路交通无丝　毫的影响，受到建设单位的高度评价，被喻为无建筑垃　圾的“绿色”施工法。现就其施工工艺、施工参数的理　论依据进行简要阐述与总结。　Ｋ　；其他节的顶力：Ｐ　＝（Ｐ—Ｋ　）／Ｌ×　。　对应于箱涵的最大顶力，必须对克服顶力的后背　做设计计算，其方法与铁路涵相同。　２框架涵的预制　２．１　工作坑的布置　预制箱涵的工作坑一般设置在公路无建筑物和场　＋ＲＡ］　１　施工顶力的计算　根据铁路桥涵设计规范，采用最大顶力计算公式　Ｐ＝Ｋ［Ｎ　＋（Ⅳｌ＋＾『２　厂２＋２　Ｘ　式中，Ｋ为系数，取１．２。　Ⅳ。为桥涵顶部荷载（包括土柱重及路面载），Ｎ　＝地比较开扩的一侧。为了在顶进过程中保护涵顶地面　上的建筑物，避免涵顶建筑物周围的土体发生位移，根　据５座涵的施工经验，一般将工作坑前沿离最近建筑　物的保护距离设置为１．５Ｈ　。　ＢＨｌｒ＋０．５Ｂｒ＝Ｂｒ（日ｌ＋０．５），Ｂ为箱涵总宽，日。为　涵顶复土高度，ｒ为土容重（取１．９　ｔ／ｍ　），０．５为活载　折算为土柱的高度；Ｎ２为箱涵自重。　分别为箱涵顶面、底面、侧面与土的摩擦　系数，可近似统一取０．８；Ｅ为箱涵两侧土压力；Ｒ为钢　收稿日期：２００６—０２—２１　作者简介：吕彦平（１９７１一），男，１９９３年毕业于上海铁道学院起重运输　２．２刃角的设置　为了避免涵顶土体的塌陷，有时必须使其前端吃　土前进。为此，在预制箱体时，应将箱体前端预制成　１：０．５的刃角，并按装１：０．８的钢刃角（如图１所示）。　这样，前端顶进挖土的临空面可自然成０．８的坡度，不　至于造成塌方，并可将侧面的土体封紧。　与工程机械专业，工程师。　维普资讯 http://www.cqvip.com

铁路桥涵顶进施工技术在增建公路框架涵施工设计中的应用：吕彦平　５７　板时，在桥涵前端２　ｉｎ范围内将两侧模板各向外放宽　１　ｃｍ，并将顶板浇筑成５％的抬头坡。这样可避免因　施工误差造成箱体成楔形状而难于顶进。箱体分节的　长度，最前端一节长度一般以６～８　ｉｎ宜。太短，顶进　过程中高程中线不易稳定；太长，方向水平偏差过大时　难于纠正。　图１　钢筋混凝土及钢板刃角设置示意　２．４分节缝的处理　２．３预防“扎头”的措施　因施工的需要，分节缝需要设置挡土板及镐窝，以　为了防止在顶进过程中涵身“扎头”，在预制涵身　及防水和防错牙的处理。挡土板及镐窝的设置如图２　时，前端１　ｍ范围内做成５％的船头坡。制作安装模　所示。　（顶开状态）　（未顶开状态）　图２挡土板及镐窝的设置（单位：ｍｍ）　节缝兼作沉降缝，待顶进到位后，防水处理如图　３　顶进设备的选择３　所示。　’～一　～～一　微彭胀细石混凝土　所使用的顶镐为ＴＤＷ一２００卧式千斤顶，最高顶　铝板３００×２　力为２００　ｔ，与之配套的高压油泵输油压力为３１５　塑料６５２止水带　ｋｇ／ｃｍ　。将数台２００　ｔ的千斤顶并联在一起，由一台油　定位钢板１３５×６　＝　堕堡　泵通过操作控制台向千斤顶送油，千斤顶的活塞面积　ｔｂ１２螺栓，间距２００　为６６０．５　ｃｍ　。在顶进过程中，通过压力表的读数换算　图３防水措施（单位：ｍｍ）　出实际顶力。一般实际顶力较计算顶力小，这是因顶　力计算公式中各项指标都偏于安全所致。　在顶进过程中，为了防止两节箱体相互错开，采取　４顶进施工作业　在顶板及边墙上预埋ｕ型螺栓，穿插扣工字钢的办法　（如图４所示）。　４．１　方向和水平的控制　沉降缝　广　箱体入土前，有一段为空顶阶段，此时箱涵前端下　滑床板。为了阻止“扎头”现象，必须让底板吃土５～　１０　ｃｍ，严禁超挖。入土后，根据土质软硬程度确定挖　土的进深。　当土质较硬时，可超前挖０．３～０．５　ｍ，但必须精　确控制挖土四周轮廓的尺寸，保证与设计中线水平吻　合。为此，挖土采取两步进行，第一步将四周０．１　ｍ厚　图４防错牙措施（单位：ｍｍ）　的土层保留不挖，待进深挖够后，进行中线与水平测　量。根据精确测量放线后所需要的尺寸范围，进行第　维普资讯 http://www.cqvip.com

５８　铁道勘察　２００６年第２期　二次挖除铲平，给箱涵以正确的导向。这样反复循环　作业，只要保证挖土符合设计尺寸，箱体就不会背道　而驰。　当土质松软时，必须让钢刃角先吃人土中，再挖除　被吃进的土，这样就不能以挖土的尺寸来控制箱体的　走向。为此，每顶进一次必须测量中线，若发现方向偏　移，随时用增、减一侧顶力的办法调整方向。　箱涵的高程控制较为关键。在软弱的地层中，基　底受竖直及水平力的双重作用，发生微小的变形和位　移，使箱体在整个顶进过程中处于平抛运动，大量的铁　路桥涵顶进过程已证明了这一点。为此，在预制箱体　时，人为地将其预制在上坡的滑床板上，给其一个仰抛　运动的趋势条件，并采取船头坡吃土顶进的措施，可克　服箱涵“扎头”下沉。当然，若土质很硬，就没有必要，　只要按设计高程挖进就可以了，以免造成“抬头”。　４．２洞内出土方案　公路涵一般较长，就连１　ｔ的机动翻斗车都难于使　用。在工程实践中采用卷扬机拉土斗轨道小车出土的　方案。　５涵顶覆土厚度的稳定计算　根据普罗托奇耶阔诺夫的隧道设计理论，当隧道　埋置一定深度，地下坑道开挖后，在其上方将形成自然　拱，该拱可保持上方地层的稳定。其拱高为　ｈ　：ｂ１／２ｆ｛　其中，ｂ　为开挖坑道半宽度。　，＝ｔａｍｐ，　为土层的计算摩擦角，Ⅲ类老黄土取　＝４３～５４。，Ⅱ类新黄土取　＝３１～４２。，Ⅱ类黏土取　＝２０～３０。。　为了形成较稳定的自然拱，上覆土体应有一定的　厚度，否则坍方会一直扩展到地面而无法形成自然拱，　这个厚度通常为２．５倍的ｈ。，即Ｈ＝２．５ｈ。。当涵顶覆　土厚度大于　时，地下的开挖顶进对地面的交通无任　何影响。　但这个深度对公路顶进涵来说一般很大，如涵宽　４．０　Ｉｎ，土层为Ⅱ类黏土时，　＝２．５×２．０／ｔａｎ２５。＝　ｌＯ．７　ＩＴＩ。大多数的涵顶覆土都较浅，又由于框架涵在　预制时人为地将前端断面做大１～２　ｃｍ，顶人后形成　微小“空腔”，势必造成公路的下陷。此现象一般对公　路交通安全无影响，只需设防护慢行即可。　根据工程实践，覆土很浅时，威胁地面交通安全的　最大因素是涵体前方开挖悬空部分的土柱稳定性。参　照浅埋隧道围岩压力的确定办法，对该悬空土柱受力　分析如图５所示。　图５悬空土柱受力分析　注：ｈ０一自然拱高；日一涵顶覆土深度；ｈｔ一土柱计算高度；６一一次　开挖长度；Ｂ一涵宽；　一土柱自重：Ｗ＝ｒｂＢｈ，；Ｐ　、Ｐ一土柱两侧土　体给予的静止压力；Ｔ、Ｔ　一土柱两侧的土给与的夹制力。　由图５可知，要使土柱稳定，必须满足下列条件：　Ｗ＜２Ｔ＋２Ｔ　（参照国外毕尔鲍麦关于浅埋隧道围岩压　力的计算方法），即有：ｒ×ｂ×Ｂ×ｈ。＜２ｔａｍｐｐ（１／２ｈ。Ｂ　＋１／２ｈｌｂ）　化简得：ｈｌ＞ｂ×Ｂ／（ｔａｍｐ×ｒｏ（Ｂ＋ｂ）），而ｈ０＝　（ｂ／２）／ｔａｎ￣，　即：Ｈ＞ｂ×Ｂ／（ｔａｍｐ×ｒｏ（Ｂ＋ｂ））＋（ｂ／２）／ｔａｎ￣。　举例：当Ｂ＝４．０　ｍ，ｂ＝０．５　ｍ，土层为Ⅱ类黄土　（取　＝３５。），　取０．５（基础设计规范），可得：　＞　１．６３　ｍ。　当Ｂ＝４．０　ｍ，ｂ：０．５　Ｉｎ，土层为Ⅱ类黏土（取　＝　２０。），　取０．５，可得：　＞３．１３　ｍ。　以上条件是根据路面上无荷载时得出的，故在施　工时，必须让通行车辆避开此开挖悬空的区域。当无　法满足该条件时，可用工字钢纵梁架设于涵体两侧，上　铺钢板以不中断交通。若土质很差，可用钢刃角吃土　开挖，以不造成临空面。在施工过的５座涵中，只有最　开始的２座因经验不足造成了路面下陷，其他３座涵　均未给路面造成破坏。　６结束语　用顶进法增建公路框架涵最大的优点是不中断公　路，不破坏原有建筑物及既有绿化带，减少或避免了拆　迁及还建，节约了造价，缩短了工期。　参考文献　［１］　颜炳仁．软弱地基中箱桥顶进施工技术［Ｊ］．铁道勘察，２００５，３１（３）　【２】张爱红．经一路框架桥顶进施工【Ｊ】．铁道勘察，２００５，３１（３）　［３］　王进．铁路工程施工［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００２　【４】ＴＢ１０４１５－－２００３铁路桥涵工程施工质量验收标准【Ｓ】　［５］ＴＢ１０２０３－－２００２铁路桥涵施工规范［Ｓ］