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既有线桥涵施工中的顶进施工工艺(一)
既有线桥涵施工中的顶进施工工艺
六公司兰新项目部 冯现亚
【摘 要】顶进工艺是既有线桥涵施工常见的施工工艺，今年来这项施工工艺有了新的改进与发展，主要体现在顶距增长，重量增加。本文以兰新线K1899+764.5框架桥为例介绍桥涵顶进的施工技术和注意事项。
【关键词】既有线、千斤顶、滑板、 顶进
1、工程概况
本桥为1—10m钢筋混凝土框架桥，是为乌鲁木齐苏州路与北站路联络线改移后下穿乌西机务公司液化气罐车检修检验站及航油线而设。在既有线落道之前，既有线底下③、④、⑥号箱身预制顶进施工，其余现浇施工。线路采用D24型钢便梁防护，基坑底部2.5m范围垂直开挖，以上放坡开挖，以保证钢便梁挖井基础不外露。全桥共分为9节，顶程与顶力最大的为③箱身分别是：56m、1500T。
此框架桥穿越线路多、跨距长、施工工期短、施工难度大，是乌西站场改造的重点、难点工程。
2、既有线下桥涵顶进施工工艺
2.1顶进施工工艺流程图
图1 顶进施工工艺流程图
2.2箱身顶进技术参数·
顶进桥涵的顶力，应根据顶进长度、土的性质、地下水情况、桥涵外形及施工方法等因素，计算：
P=K[N1f1+（N1+N2）f2+2Ef3+RA]
式中： K为系数，N1为桥涵顶部荷载(包括土柱重及路面载), f1为涵顶上表面与顶上荷重的摩阻系数，此项系数与涵顶上表面的润滑程度有关。若顶上荷重仅系线路材料时，可根据情况不同而采用下列数据：涂石蜡为0.17～0.34；涂滑石粉浆为0.30；涂机油调制的滑石粉浆为0.20；覆土较厚时用0.7～0.8；N2为涵体自重，f2为涵体底板与基底土的摩阻系数。此项系数依基底土的性质，经试验确定，无资料时采用0.7～0.8； E为箱涵两侧土压力;f3侧面摩阻系数，此项系数依基底土的性质，经试验确定，无资料时采用0.7～0.8；R为钢刃角的正面阻力。A为钢刃角的正面积。由于框架长度较大,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: P1=( PKRA )/L×L1+KRA;其他节的顶力:Pi=(PKRA)/L×Li。
P－最大顶力（t） K－系数，取K＝1.2 N1－涵顶上荷载(t)。由于采用架空顶进，故该项为0； f1－涵顶部表面与顶部荷重之间的摩阻系数，取f1＝0。 N2－框构自重（t）。N2＝QL＋10（t），式中Q为单位长度涵身自重（t／m），L为顶进涵长（m），10（t）为机具、人群、刃角以及未能及时运走的土重等施工荷重。 f2－框构底板与基底土摩阻系数，取f2＝0.8。 E－框构两侧土压力(t)。箱顶土压e1=ξγH1，箱底土压e2＝ξγH2 ，式中 ξ＝0.3，γ＝1.9t/m3，H1为轨底至箱顶高度，取H1＝1，H2为轨底至箱底高度，H2＝H1＋框构全高＝1＋H。 E＝（e1+e2）HL／2=0.285（2+H）HL(t) f3－侧面摩阻系数，取f3＝0.8。
根据计算，3#箱身设计最大顶力1500吨、顶程56米；4#箱身设计最大顶力1500吨、顶程54米；6#箱身设计最大顶力1400吨、顶程34.5米；千斤顶有效率按70%考虑。
计算：
1500吨÷70%÷200吨=3#箱身布置200吨千斤顶11台
1500吨÷70%÷200吨=4#箱身布置200吨千斤顶11台
1400吨÷70%÷200吨=6#箱身布置200吨千斤顶10台
图2 3#、4#箱身顶进方案示意图
2.3施工准备
2.3.1工作坑施工
工作坑施工主要包括：基坑开挖、滑板制作、后背制作。
基坑开挖：本桥采用架空顶进的方法，所以基坑在开挖时主要是考虑边坡的防护与保证充足的工作空间，根据图纸设计要求边坡防护采用挂网喷锚的方法，一边考虑一米的施工平台，基坑底部2.5m范围垂直开挖，以上放坡开挖，以保证钢便梁挖井基础不外露。
滑板制作：滑板主要是为了减小箱体顶进时的摩擦力，图纸上要求滑板的主要材料是：C25混凝土18cm、M10水泥砂浆2cm、石蜡机油一层、滑石粉一层、塑料布隔离层。因为塑料布隔离层在施工过程中容易被划破，在施工过程中我们采用了土工布代替塑料布的方法，取得了很好的效果。
为了保证滑板的稳定性与顶进时方向性，滑板下设了地锚梁，两侧设导向墩。
后背制作：后背墙要提前做，后背墙强度没有达到设计强度时，不可顶进。
2.3.2钢轨的应用
在工作坑施工的过程中，特别是后背与导向墩的施工需要大量的骨料，为了节省费用，增加材料的可重复利用，同时保证施工安全与质量。我们采用钢轨取代钢筋的方法，大大的提高了经济效益，具体材料使用情况见表一。
表一、框架桥顶进施工所需材料一览表
位置 型号 单位 单根长 数量 总长度 备注
3#、4#箱身钢轨用量 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 传力柱
P50 m 2 44 88 传力柱
P50 m 3 44 132 传力柱
P50 m 4 528 2112 传力柱
P50 m 13 52 676 支撑横梁
P50 m 13 28 364 扣梁
P50 m 11 32 352 沉井
P50 m 5 82 410 开挖时防护桩
P50 m 12.5 44 550 扣轨梁
合计 m 5093
6#箱身钢轨用量 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 开挖时防护桩
P50 m 12.5 22 275 扣轨梁
合计 m 1168
合计 6261
2.3.3顶进设备准备
钢轨到位后，按规范要求加工，每根传力柱采用4根P50钢轨组装到一起， 再用20mm钢板进行固定，加工成传力柱；支撑横梁采用4根10米长P50钢轨组装到一起，再用12mm钢板进行固定，加工成支撑横梁。每间隔1.6米位置设置1个地锚梁、导向墩，在导向墩上安放扣梁，以稳固传力柱。
2.3．4施工技术准备
施工技术准备工作主要包括对顶进前对滑板、后背混凝土质量、箱身中心线、高程复核；框架桥箱身的强度检查；对顶进设备进行检查；试顶时准备事项。
2.3.5对中心线、高程进行复核
在滑板、后背、预制箱身浇筑前检查模板中心线、高程，并在顶进前检查滑板、后背、预制箱身混凝土中心线高程与桥涵设计中心线是否一致，在挖土工作时与观测人员密切配合，随时根据桥涵顶进方向和水平的偏差，采取超、欠挖的措施进行纠偏。
2.3.6 工作坑检查
①工作坑根据线路平面、现场地形和地貌条件，选择挖填数量少、顶进长度短的位置。
②工作坑两侧放坡采用1:1的坡度，工作坑顶边距最外侧铁路中心线不得小于3.2米；
③按防洪要求，设置排水沟；
④工作坑的尺寸除应满足结构尺寸外，应在桥身顶板前留出适当空顶长度，并在桥身底板前留出适当的空顶长度，并在桥身底板后留出布置后背梁及其他顶进、吊装和运输设备的位置，工作坑应密实平整，并有足够的承载力。
2.3.7对后背、滑板进行检查
对后背进行检查：
①顶进后背（包括后背墙、后背梁和后背填土）严格按设计计算进行施工，必须满足足够的强度、刚度和稳定性；
②顶进前，板桩式后背墙需满足背后填土的水平推力；
③顶进时，板桩式后背墙背桩后土的水平抗力应能承受全部千斤顶的顶力；
④各类后背墙的墙后填土应使用原地基土壤夯填密实；
对滑板进行检查：
①滑板中心线应与桥涵设计中心线一致；
②滑板与原地基接触面应有防滑措施，必要时在滑板下设锚梁；
③根据地质条件和顶进距离，可将滑板顶面做成前高后低的上坡；
2.3.8对箱身混凝土进行检查
①箱身混凝土分为三阶段浇筑：先浇筑底板，当底板混凝土强度达到设计强度的50%后，再浇筑边墙，最后浇筑顶板混凝土。
②在桥涵底板前端底部，设置可调整顶进过程高低偏差的船头坡。
③拆除顶板混凝土时，混凝土强度应符合设计要求；
④顶进前，混凝土强度必须达到100%。
2.3.9试顶时准备事项
①各观测点均应有专人负责，随时检查变化情况；
②开泵后，每当油压升高5～10MPa时，应停泵观察，发现异常及时处理；
③当千斤顶活塞开始伸出，顶柱（铁）压紧后应立即停顶，经检查各部位无异常现象时，再开泵直至桥身起动。
2.4人员、机械设备组织
2.4.1人员组织方案
模板安装班组30人负责框架桥箱身预制的模板安装；钢筋加工班组30人负责框架桥箱身预制的钢筋加工和绑扎；混凝土浇筑班组20人负责框架桥箱身预制、沉井施工时的混凝土浇筑施工；安全防护班组20人负责框架桥施工时线路安全防护施工；施工总人数共100人。
2．4.2机械设备组织
根据施工组织，需要千斤顶、高压油泵、顶铁、顶柱、线路加固材料、发电机、搅拌机、振动器、电焊机、钢筋切割机、钢筋弯曲机、锯轨机、测量仪器、吊车、无线电对讲机。
设备进场后，对顶进设备进行检查
①按设计要求准备22台200吨千斤顶，并另备6台千斤顶，以防止在顶进过程中出现千斤顶故障的情况；
②检查液压传动系统的动力装置、高压油泵、油箱及辅助装置是否与千斤顶配套；
③确定液压系统的油管内径，其中回油管路主管路油管的内径不得小于10mm，分油管的内径不得小于6mm；
④油管提前清洗干净，油路布置合理，密封良好，对液压油进行过滤处理；
⑤液压系统各部件单体试验合格后方可安装，全部安装后必须试运转，达到要求后方可使用；
机械设备进场数量见表2：
表2、机械设备进场一览表
名称 规格型号 单位 数量 备注
千斤顶 DTW-200 台 27 备用5台
高压油泵 ZB9.5A1 台 4 备用2台
顶铁 10/15/20/25/30/40 套 36 各6套
顶柱 100/200/400 台 6/10/10
线路加固材料 D24型便梁 套 3 含配件
发电机 40kw 台 1
搅拌机 JS1000 台 1
振动器 平板/插入式 台 1/14
电焊机 台 1
钢筋切割机 台 1
钢筋弯曲机 台 1
锯轨机 台 1
测量仪器 全站仪/水准仪 台 2 各一台
吊车 12T 台 1
无线电对讲机 台 12 防护用
（1）千斤顶： 千斤顶的布置以箱体中心线为轴对称设置。为防止箱底板因直接承受顶力而压碎，在顶镐与箱底板尾部接触处设置一块20mm厚的承压钢板，承压钢板下端焊接钢板托盘,千斤顶放置在钢板托盘上，以避免千斤顶与底板接触造成刮板现象。
（2）顶铁: 顶铁用钢板和旧钢轨焊接制成，长度规格分10／15／20／25／30／40cm，每种规格的顶铁按每台千斤顶2套配备，另准备若干0.5／1／2／3cm的补空铁垫板以填充顶铁间的空隔。（3）顶柱: 顶柱用旧钢轨和钢板焊制成，长度规格分1／2／4m三种，每台千斤顶配置数量与顶铁相同，总共需配备数量分别为6／10／10套。4.4.3.6.3.固定横梁: 用两根155A型钢和钢板条组焊而成。顶柱间横梁长度5米，按每隔3米顶柱长设置一道，共需3套；后背横梁按最大后背长度6.4米制作，数量一套。
2．4.3开顶前的准备工作
（1）安设和调试顶进设备： 箱身和后背建成后即可安装顶进设备。将各种传力设备和液压系统油管电路按设计和说明书安装联结好，检查无误后开动千斤顶空顶进退一次进行调试，发现问题即时检修。如图3顶进设备的安装
图3 顶进设备的安装
（2）线路加固检查： 开顶前必须对线路加固情况进行全面的检查，检查内容为：加固是否符合设计要求，加固部件有无侵入限界的情况。
（3）检查框构强度：
检查与框构同条件养护的压强试件，只有当框构砼达到100％设计强度后方可顶进。
（4）安装观测仪器： 在框构后方离后背稍远距离处设立观测站以观测框构顶进时的中线和水平偏差。在框构洞内四个角上进行高程测量，顶进方向偏差的观测在框构一侧的前后端各用环氧树脂粘设一个标尺进行，另外，为了观测顶进中后背的变形情况，在后背梁两端设立标尺，进行后背变形观测。
2.5顶进作业
（1）试顶和框构起动：
试顶的目的是继续检查一下顶进设备是否正常，顶力是否均匀，后背、滑板及箱体有无异状，并使框构与滑板分离。 试顶时，油泵应逐渐加压，每次升压后还要稳定10分钟，并对设备及滑板、后背梁等发生的裂缝情况进行检查。油泵升压大小及间隔时间按下表。 设计起动顶力（％） 30 50 70 90 累计时间（分钟） 20 40 50 60
（2）顶进： 顶进工作的过程是：当前方角处挖土完成一个顶程后，即开动高压油泵，使千斤顶产生顶力，通过传力设备，借助于后背的反作用力，推动框构前进。框构前进后，回镐使千斤顶复原，然后在空档处填放顶铁，以待下次开镐。如此循环往复，直至框构就位。顶进时注意以下几点：
框构起动后，开始为不切土的空顶，但此时需要注意控制好框构顶进的方向，切不可麻痹大意，以免产生较大的偏差，造成纠正困难。
框构沿正确方向入土后，至框构入土1/2长度前，是顶进孔道定型阶段，此时要严格控制中线偏移和水平高差，经常观测，及时进行纠偏的调整水平。
框构入土超过1/2长度后，孔道已基本成型，除继续掌握水平外，纠偏摆动要小，注意防止框构“扎头”，框构底板需吃土顶进。
安放顶铁、顶柱要做到三个一致，即轴线一致、长短搭配一致、位置一致。为减少顶柱自由长度和增加稳定性，每间隔4米顶柱长设横梁一道。
每行顶柱间用方木顶紧，顶柱上填一层50-100cm厚的土层并夯实。为确保既有线线安全，
顶进时采用少挖多顶的方法，每次开挖顶长度控制在30-40cm。顶进过程中要对中线、高程、油表读数、千斤顶开动台数、顶力、顶进时间、顶进距离等勤观测、勤记录，以供分析和为下一次挖土顶进时采取纠偏措施提供依据，如见图4。
图4 顶进施工
3、结束语
顶进施工工艺随着既有线改造工程的增加，正在迅速的发展。在施工中要把既有线路行车安全放在首位，同时还要根据图纸要求、施工设备、现场施工条件等综合考虑，选择最合适的施工方案与材料。
参考文献
（1）《红柳河至阿拉山口段电气化改造烟墩至乌西施工图》兰新线K1899+764.5新建1-10m钢筋混凝土框架桥设计图。
（2）《客运专线铁路桥涵施工技术指南》。
（3）《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》。
（4）乌铁局关于站场改造工程的相关文件与规定。
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