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浅谈框构桥超长距离横移顶进施工

2021.06.21点击:

【摘要】由中铁六局承建的窊流路框架桥由于受上部箱梁架设

及两侧支架连续梁施工影响,框构不能与上述工程同时施工。我

单位采用框构侧位预制,横向最大顶程 80m 顶进方法进行施工。

本论文对超长距离顶进施工技术进行论述。

doi:10.12159/j.issn.2095-6630.2021.13.1049

1、工程概况

太原市西中环工程,主路为上跨西山联络线及重机厂专用线

铁路简支箱梁,辅路为下穿铁路框架桥中桥顶进施工,(西山改线

为预留线路)。按照工期要求,上跨铁路主路及下穿铁路辅路必须

在规定工期时间同步开通。由于框构受上部简支箱梁架设施工影

响,框架桥等到上部工程施工完毕后才具备原位预制条件。考虑

到现场施工条件制约及工期要求安排,我单位调整施工方案,将

框架桥预制坑位置调整到主桥施工范围以外进,待上跨主桥施工

完成后,开挖顶进通道将预制好的框架桥横移顶进至设计预制位

置后再进行线路下的正位顶进。

方案调整后框架桥预制可与上跨主桥同步施工,有效的减少

施工时间,窊流路框架桥共 6 座框架桥,施工中形成流水作业,

大大的提高了人力、材料、机械的利用率。同时避免由于工期压

力紧造成的质量缺陷的发生。但是由于框架桥采用侧位预制,增

加了框架桥横移工程量,横移最大顶程 80 m, 长距离横移是此项

工程施工中一项重大的技术难题。

2、施工工艺流程及操作要点

2.1 施工工艺流程

施工准备→侧位预制工作坑选址→钢板桩支护→预制工作坑

开挖→滑板浇筑→框架桥预制→后靠背施工→横移顶进通道开挖

→通道滑板浇筑→横移顶进就位→正位顶进

2.2 操作要点

2.2.1 预制工作坑开挖

框架桥偏移工作坑定位后开始进行基坑开挖。工作坑开挖采

用挖掘机进行施工,自卸汽车运弃,基底辅助以人力施工。工作

坑是预制和顶进框架桥的工作场地,其底面尺寸满足框架的预制、

导向墩的安置、排水等工作空间。工作坑四周打钢板桩支护。

2.2.2 滑板施工

为保证框架桥在横移时不发生沉降,在框架桥下进行滑板施

工。滑板必须有足够的刚度和稳定性,采用 C25 钢筋混凝土,厚

度 40cm,在滑板下每 3m 设置横向的地锚梁,其高度为 50cm。

滑板表面应尽量光滑平整,高程误差不宜超过 ±3mm。滑板顶

面先采用 2cm 厚 M10 水泥砂浆抹面,然后涂刷润滑层 ( 滑石粉

3mm),最顶面铺设塑料薄膜一层以减少顶进摩阻力。浇筑底板

时,要注意使其与工作坑底板有效隔离,防止粘在一起,以免启

动顶进时发生困难。

2.2.3 框架桥预制

框架桥预制为常规施工,在此不再复述。

2.2.4 后靠背施工

1. 顶进时采用人工挖孔桩后背桩,在后背桩桩与千斤顶之间

设置钢筋混凝土的分配梁,并将分配梁与滑板连成一体。

2. 后背桩为人工挖孔桩,桩径 1.25m,桩长 24m,间距按照

2m 布设,采用 C35 钢筋混凝土灌注。

3. 后背桩施工完毕后,在框架桥顶进一侧施作一道钢筋混凝

土分配梁,分配梁高 2.5m,厚 1.5m,长度 20m。分配梁底板标

高以上外露 1m,埋入底板标高以下 1.5m。采用 C50 钢筋混凝土

浇筑。

2.2.5 框架桥横移顶进

整个框架混凝土强度达到 100% 后,开始进行

顶进施工。框架桥顶进的施工顺序如下:施工准备

→顶力计算→引入测量轴线及水准点→顶镐和顶铁

安装→顶进作业

1. 施工准备

1)施工前制定施工计划,制定有效的安全措

施,切实保证行车及人身安全。

2)顶进设备调试完成,确保正常使用。

3)为了防止顶进时损坏底板混凝土,沿受顶

面安装 20mm 的钢板,板后设置三层 Φ8 钢筋网,

网孔不大于 10*10cm,并捆扎在底板混凝土上,其

保护层厚度不小于 3cm。

2. 顶力计算

以六个框构中最大的既有西山疏解线框架桥

2-(13+8.5)m,长 14.5m 顶力计算举例说明:

框构自重 61.03m2×14.5m=884.94m3×2.7t/

m3=2389.34t。

涵顶上荷载 (t):线路及加固设备重量每股道按

2.5t/m,每股道的计算长度为 30.53m,每股道的重

量为 30.53×2.5=76.3t,N1=76.3t。框架桥顶面与工

字钢的摩擦系数为 0.5,76.3t×0.5=38.16t。

框架桥自重 2389.34t,线路轨道重量 38.16t,

故框架桥桥总重为 2389.34t+38.16t=2427.5t,

框架桥底与基础土层间的摩擦系数为 0.8,

2427.5×0.8=1942t。

框架桥桥侧面土压力 E=1/2γH2TAN2(45° -ψ/

2)=0.5×1.8×11.32×0.22×14.5=366.6t。框架桥侧面

与路基土间的摩擦系数为 0.7,366.6t×0.7×2=513.24t。

故: 最 大 顶 力 为(38.16+1942+513.24)×1.2(安全系数)

=2992.08t。因顶镐有效顶力:500t×0.7=350t,所以顶镐数量为:

2992.08t÷350t=8.55。

顶进需要框架桥两侧对称布镐,因此采用 10 台顶镐,对称

布置。

3. 设备安装

1)油泵:油泵是提供顶管主要推力的设备,为保证工程顺利

进行每个工作坑处配备 2 台 30KW 高压油泵,油泵固定在工作坑

底板的预埋件上。

2)顶稿:选用 500T 顶力双作用油压千斤顶,每个框架桥布

设 10 台顶镐。同时为了确保顶进的顺利施工,配备 5 台 500 吨顶

镐备用。

3)顶铁:顶铁选用 1m、4m 顶铁。采用全圆铸钢顶铁,安装

顶铁应无歪斜、扭曲现象,安装必须顺直。每次退镐加放顶铁时,

应安放最大的顶铁,保持顶铁数目最小。顶进中,顶铁上面和侧

面不能站人,随时观察有无扭曲现象,防止顶铁崩离。

4)横梁:横梁选用 0.6m*0.6m*6m 工字钢横梁。每更换一次

4m 顶铁,布设一道工字钢横梁。

4. 横移顶进

横移顶进时是框构横移的重要工序,也是技术难点。结合窊

流路框构桥横移施工,本节重点介绍横移的工序及施工注意事项。

1)顶进设备安装:(详见顶进布置图)

先在顶进后背分配梁前安装一道工字钢横梁。靠近框架桥后

侧安装顶镐,第一镐顶进 1m 后,安装 1 节 1m 顶铁,循环进行 4

次顶进后将 4 节 1m 顶铁更换为 1 节 4m 顶铁,并在顶铁前段安装

一道钢横梁用于稳定顶铁。以此循环布置直至框架桥横移至指定

位置。

顶进布置图

2)框构桥横移易发生的问题及处理措施

a. 后背梁与框构顶进方向不垂直

后背梁前段受力面施工要求与框构顶进轴线方向垂直,但施

工过程中往往出现偏差,后背梁与顶进方向形成夹角,造成框构

前进过程中造成偏移。

处理措施:

在后背梁前方放置两根工字钢横梁,顶镐均匀受力在两道横

梁之间找出后背梁与顶进方向的夹角。在每道顶镐受力处加垫厚

度不一的钢板将前端横梁与顶进方向找平成垂直关系。将其余空

隙用碎石填充密实。(如下图所示)

靠背梁与顶进方向不垂直处理

b. 顶进距离大顶铁易发生偏移

由于顶进距离大,顶铁接长距离太长,顶铁很难同轴布置,

受力不同心,受顶力作用顶铁容易发生左右偏移。一旦发生上述

现象,就必须停止横移作业,重新摆放顶铁。不仅耽误时间,还

得投入大量人力和机械。

处理措施:

在顶铁布设时,每道顶铁需挂线控制,尽量保证每道顶铁与

顶进方向垂直,并保持在一条线上同轴受力。每顶进 4m,跟换一

道长顶铁,并在顶铁前端安放工字钢横梁一道,并将顶铁两端支

顶牢固防止发生横向偏移。顶进距离大于 30m 时,需在顶进通道

中部加设二次靠背用以分担、平衡轴线顶力。

二次靠背具体做法为:在正式靠背沿前进方向小于 30m 处选

一道工字钢横梁前段开挖一道宽 2m 深 3m 的沟槽,沟槽长度宽出

工字钢横梁左右各 1m。沿工字钢横梁前端垂直插入一排 6m 长岔

芯,间距按 15cm 控制。岔芯前方用道碴分层夯实。前段继续布

置一道横梁再继续布置顶铁。

具体做法如下图所示:

c. 顶铁起拱

在顶进过程中,随框构前移,顶铁布设长度增大,容易发生

顶铁起拱现象。其造成的后果和顶铁发生偏移一样,需要花费人

力、机械重新摆放顶铁。严重时会造成后方换铁人员伤亡或机械

损坏。

处理措施:

随着框构前移,顶铁布置加长,每道顶铁前段必须布设一道

工字钢横梁。另外为了稳定顶铁,可采用土将后面顶铁填埋 1.5-

2m 左后。这样既可稳定顶铁,又可在框构后方形成机械作业的操

作平台。

d. 顶进方向偏移

由于横移距离长,框构在横移过程中框架桥顶进方向容易出

现轴线偏移。产生偏移值小时依靠调整顶镐左右顶力可以调整,

偏差大于 10cm 以上时仅仅调整顶镐顶力往往达不到预期效果。

处理措施:

在框架桥底板两侧设置导向墩,由于框构横移就位后需正位

向线路下顶进,所以滑板上导向墩不能设置成固定形式。本次施

工选用活动式导向墩,具体做法如下:滑板施工时沿框构桥底板

两侧空 15m 距离留置长 * 宽 * 深 =0.5*0.5*1m 的孔洞,纵向间距

每 5 米留置一排。在框构桥横移时,对应位置插入 1.5m 长 I45b

工字钢短节,利用外露 0.5m 部分充当导向墩。工字钢导向墩内侧

安装小滑车以减小走行摩擦力。当框构通过后即可将充当导向墩

的工字钢拔出,不影响框构下步顶进。导向墩布置如下图所示:

导向墩布置平面图

3、测量轴线及水准点

1)将框架桥中心线标记在框架桥顶部,在横移过程中每顶一

镐记录轴线偏差情况,通知顶进人员针对偏差调整左右顶力。

2)框架桥顶部四个角进行水准测量,记录原始数据,每顶

一镐测量一次,对比框架桥在横移过程中高程的变化,及时做出

调整。

4、框架桥就位控制

在框架桥顶进方向前方滑板上,用墨线标定处框架桥就位边

线,在框架桥横移接近就位线 3-4m 时,放慢顶进速度,每顶一次

分别测量框架桥底板先后走行偏差,调整顶力,使框架桥底板前

端与就位线重合即就位完成。

结束语:

本工法将框构预制基坑移设至施工场地外侧,最大限度减少

了立体交叉施工各工序的相互影响。各道工序可同步施工,即节

约施工时间,又可减少由于抢工期增加的各项人力、物资和机械

投入。为施工单位节约施工成本。框构侧位预制,与上跨桥同时

施工,节约施工时间,以窊流路框构施工为例,框构提前了 1 月

时间顶进就位,确保窊流路按工期要求形成通车能力,大大降低

由于施工对周边居民造成出行不便的影响,得到业主及周边居民

的肯定,创造了一定的社会效益。采用框构侧位预制,消除了上

下交叉施工造成的安全隐患,降低了施工安全压力。工期压力小,

避免了由于抢工期而牺牲质量的缺陷,保障施工质量有序可控

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