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既有線橋涵施工中的頂進施工工藝(一)
既有線橋涵施工中的頂進施工工藝
六公司蘭新項目部 馮現亞
【摘 要】頂進工藝是既有線橋涵施工常見的施工工藝，今年來這項施工工藝有了新的改進與發展，主要體現在頂距增長，重量增加。本文以蘭新線K1899+764.5框架橋為例介紹橋涵頂進的施工技術和注意事項。
【關鍵詞】既有線、千斤頂、滑板、 頂進
1、工程概況
本橋為1—10m鋼筋混凝土框架橋，是為烏魯木齊蘇州路與北站路聯絡線改移后下穿烏西機務公司液化氣罐車檢修檢驗站及航油線而設。在既有線落道之前，既有線底下③、④、⑥號箱身預制頂進施工，其余現澆施工。線路采用D24型鋼便梁防護，基坑底部2.5m范圍垂直開挖，以上放坡開挖，以保證鋼便梁挖井基礎不外露。全橋共分為9節，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、施工工期短、施工難度大，是烏西站場改造的重點、難點工程。
2、既有線下橋涵頂進施工工藝
2.1頂進施工工藝流程圖
圖1 頂進施工工藝流程圖
2.2箱身頂進技術參數·
頂進橋涵的頂力，應根據頂進長度、土的性質、地下水情況、橋涵外形及施工方法等因素，計算：
P=K[N1f1+（N1+N2）f2+2Ef3+RA]
式中： K為系數，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，此項系數與涵頂上表面的潤滑程度有關。若頂上荷重僅系線路材料時，可根據情況不同而采用下列數據：涂石蠟為0.17～0.34；涂滑石粉漿為0.30；涂機油調制的滑石粉漿為0.20；覆土較厚時用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。此項系數依基底土的性質，經試驗確定，無資料時采用0.7～0.8； E為箱涵兩側土壓力;f3側面摩阻系數，此項系數依基底土的性質，經試驗確定，無資料時采用0.7～0.8；R為鋼刃角的正面阻力。A為鋼刃角的正面積。由于框架長度較大,將箱涵分段預制, 采用中間繼頂法頂進, 以分散頂力。各節的頂力分配計算如下。
最前端一節的頂力: P1=( PKRA )/L×L1+KRA;其他節的頂力:Pi=(PKRA)/L×Li。
P－最大頂力（t） K－系數，取K＝1.2 N1－涵頂上荷載(t)。由于采用架空頂進，故該項為0； f1－涵頂部表面與頂部荷重之間的摩阻系數，取f1＝0。 N2－框構自重（t）。N2＝QL＋10（t），式中Q為單位長度涵身自重（t／m），L為頂進涵長（m），10（t）為機具、人群、刃角以及未能及時運走的土重等施工荷重。 f2－框構底板與基底土摩阻系數，取f2＝0.8。 E－框構兩側土壓力(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＋框構全高＝1＋H。 E＝（e1+e2）HL／2=0.285（2+H）HL(t) f3－側面摩阻系數，取f3＝0.8。
根據計算，3#箱身設計最大頂力1500噸、頂程56米；4#箱身設計最大頂力1500噸、頂程54米；6#箱身設計最大頂力1400噸、頂程34.5米；千斤頂有效率按70%考慮。
計算：
1500噸÷70%÷200噸=3#箱身布置200噸千斤頂11臺
1500噸÷70%÷200噸=4#箱身布置200噸千斤頂11臺
1400噸÷70%÷200噸=6#箱身布置200噸千斤頂10臺
圖2 3#、4#箱身頂進方案示意圖
2.3施工準備
2.3.1工作坑施工
工作坑施工主要包括：基坑開挖、滑板制作、后背制作。
基坑開挖：本橋采用架空頂進的方法，所以基坑在開挖時主要是考慮邊坡的防護與保證充足的工作空間，根據圖紙設計要求邊坡防護采用掛網噴錨的方法，一邊考慮一米的施工平臺，基坑底部2.5m范圍垂直開挖，以上放坡開挖，以保證鋼便梁挖井基礎不外露。
滑板制作：滑板主要是為了減小箱體頂進時的摩擦力，圖紙上要求滑板的主要材料是：C25混凝土18cm、M10水泥砂漿2cm、石蠟機油一層、滑石粉一層、塑料布隔離層。因為塑料布隔離層在施工過程中容易被劃破，在施工過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。
為了保證滑板的穩定性與頂進時方向性，滑板下設了地錨梁，兩側設導向墩。
后背制作：后背墻要提前做，后背墻強度沒有達到設計強度時，不可頂進。
2.3.2鋼軌的應用
在工作坑施工的過程中，特別是后背與導向墩的施工需要大量的骨料，為了節省費用，增加材料的可重復利用，同時保證施工安全與質量。我們采用鋼軌取代鋼筋的方法，大大的提高了經濟效益，具體材料使用情況見表一。
表一、框架橋頂進施工所需材料一覽表
位置 型號 單位 單根長 數量 總長度 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 開挖時防護樁
P50 m 12.5 44 550 扣軌梁
合計 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 開挖時防護樁
P50 m 12.5 22 275 扣軌梁
合計 m 1168
合計 6261
2.3.3頂進設備準備
鋼軌到位后，按規范要求加工，每根傳力柱采用4根P50鋼軌組裝到一起， 再用20mm鋼板進行固定，加工成傳力柱；支撐橫梁采用4根10米長P50鋼軌組裝到一起，再用12mm鋼板進行固定，加工成支撐橫梁。每間隔1.6米位置設置1個地錨梁、導向墩，在導向墩上安放扣梁，以穩固傳力柱。
2.3．4施工技術準備
施工技術準備工作主要包括對頂進前對滑板、后背混凝土質量、箱身中心線、高程復核；框架橋箱身的強度檢查；對頂進設備進行檢查；試頂時準備事項。
2.3.5對中心線、高程進行復核
在滑板、后背、預制箱身澆筑前檢查模板中心線、高程，并在頂進前檢查滑板、后背、預制箱身混凝土中心線高程與橋涵設計中心線是否一致，在挖土工作時與觀測人員密切配合，隨時根據橋涵頂進方向和水平的偏差，采取超、欠挖的措施進行糾偏。
2.3.6 工作坑檢查
①工作坑根據線路平面、現場地形和地貌條件，選擇挖填數量少、頂進長度短的位置。
②工作坑兩側放坡采用1:1的坡度，工作坑頂邊距最外側鐵路中心線不得小于3.2米；
③按防洪要求，設置排水溝；
④工作坑的尺寸除應滿足結構尺寸外，應在橋身頂板前留出適當空頂長度，并在橋身底板前留出適當的空頂長度，并在橋身底板后留出布置后背梁及其他頂進、吊裝和運輸設備的位置，工作坑應密實平整，并有足夠的承載力。
2.3.7對后背、滑板進行檢查
對后背進行檢查：
①頂進后背（包括后背墻、后背梁和后背填土）嚴格按設計計算進行施工，必須滿足足夠的強度、剛度和穩定性；
②頂進前，板樁式后背墻需滿足背后填土的水平推力；
③頂進時，板樁式后背墻背樁后土的水平抗力應能承受全部千斤頂的頂力；
④各類后背墻的墻后填土應使用原地基土壤夯填密實；
對滑板進行檢查：
①滑板中心線應與橋涵設計中心線一致；
②滑板與原地基接觸面應有防滑措施，必要時在滑板下設錨梁；
③根據地質條件和頂進距離，可將滑板頂面做成前高后低的上坡；
2.3.8對箱身混凝土進行檢查
①箱身混凝土分為三階段澆筑：先澆筑底板，當底板混凝土強度達到設計強度的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，設置可調整頂進過程高低偏差的船頭坡。
③拆除頂板混凝土時，混凝土強度應符合設計要求；
④頂進前，混凝土強度必須達到100%。
2.3.9試頂時準備事項
①各觀測點均應有專人負責，隨時檢查變化情況；
②開泵后，每當油壓升高5～10MPa時，應停泵觀察，發現異常及時處理；
③當千斤頂活塞開始伸出，頂柱（鐵）壓緊后應立即停頂，經檢查各部位無異�，F象時，再開泵直至橋身起動。
2.4人員、機械設備組織
2.4.1人員組織方案
模板安裝班組30人負責框架橋箱身預制的模板安裝；鋼筋加工班組30人負責框架橋箱身預制的鋼筋加工和綁扎；混凝土澆筑班組20人負責框架橋箱身預制、沉井施工時的混凝土澆筑施工；安全防護班組20人負責框架橋施工時線路安全防護施工；施工總人數共100人。
2．4.2機械設備組織
根據施工組織，需要千斤頂、高壓油泵、頂鐵、頂柱、線路加固材料、發電機、攪拌機、振動器、電焊機、鋼筋切割機、鋼筋彎曲機、鋸軌機、測量儀器、吊車、無線電對講機。
設備進場后，對頂進設備進行檢查
①按設計要求準備22臺200噸千斤頂，并另備6臺千斤頂，以防止在頂進過程中出現千斤頂故障的情況；
②檢查液壓傳動系統的動力裝置、高壓油泵、油箱及輔助裝置是否與千斤頂配套；
③確定液壓系統的油管內徑，其中回油管路主管路油管的內徑不得小于10mm，分油管的內徑不得小于6mm；
④油管提前清洗干凈，油路布置合理，密封良好，對液壓油進行過濾處理；
⑤液壓系統各部件單體試驗合格后方可安裝，全部安裝后必須試運轉，達到要求后方可使用；
機械設備進場數量見表2：
表2、機械設備進場一覽表
名稱 規格型號 單位 數量 備注
千斤頂 DTW-200 臺 27 備用5臺
高壓油泵 ZB9.5A1 臺 4 備用2臺
頂鐵 10/15/20/25/30/40 套 36 各6套
頂柱 100/200/400 臺 6/10/10
線路加固材料 D24型便梁 套 3 含配件
發電機 40kw 臺 1
攪拌機 JS1000 臺 1
振動器 平板/插入式 臺 1/14
電焊機 臺 1
鋼筋切割機 臺 1
鋼筋彎曲機 臺 1
鋸軌機 臺 1
測量儀器 全站儀/水準儀 臺 2 各一臺
吊車 12T 臺 1
無線電對講機 臺 12 防護用
（1）千斤頂： 千斤頂的布置以箱體中心線為軸對稱設置。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置一塊20mm厚的承壓鋼板，承壓鋼板下端焊接鋼板托盤,千斤頂放置在鋼板托盤上，以避免千斤頂與底板接觸造成刮板現象。
（2）頂鐵: 頂鐵用鋼板和舊鋼軌焊接制成，長度規格分10／15／20／25／30／40cm，每種規格的頂鐵按每臺千斤頂2套配備，另準備若干0.5／1／2／3cm的補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，長度規格分1／2／4m三種，每臺千斤頂配置數量與頂鐵相同，總共需配備數量分別為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。頂柱間橫梁長度5米，按每隔3米頂柱長設置一道，共需3套；后背橫梁按最大后背長度6.4米制作，數量一套。
2．4.3開頂前的準備工作
（1）安設和調試頂進設備： 箱身和后背建成后即可安裝頂進設備。將各種傳力設備和液壓系統油管電路按設計和說明書安裝聯結好，檢查無誤后開動千斤頂空頂進退一次進行調試，發現問題即時檢修。如圖3頂進設備的安裝
圖3 頂進設備的安裝
（2）線路加固檢查： 開頂前必須對線路加固情況進行全面的檢查，檢查內容為：加固是否符合設計要求，加固部件有無侵入限界的情況。
（3）檢查框構強度：
檢查與框構同條件養護的壓強試件，只有當框構砼達到100％設計強度后方可頂進。
（4）安裝觀測儀器： 在框構后方離后背稍遠距離處設立觀測站以觀測框構頂進時的中線和水平偏差。在框構洞內四個角上進行高程測量，頂進方向偏差的觀測在框構一側的前后端各用環氧樹脂粘設一個標尺進行，另外，為了觀測頂進中后背的變形情況，在后背梁兩端設立標尺，進行后背變形觀測。
2.5頂進作業
（1）試頂和框構起動：
試頂的目的是繼續檢查一下頂進設備是否正常，頂力是否均勻，后背、滑板及箱體有無異狀，并使框構與滑板分離。 試頂時，油泵應逐漸加壓，每次升壓后還要穩定10分鐘，并對設備及滑板、后背梁等發生的裂縫情況進行檢查。油泵升壓大小及間隔時間按下表。 設計起動頂力（％） 30 50 70 90 累計時間（分鐘） 20 40 50 60
（2）頂進： 頂進工作的過程是：當前方角處挖土完成一個頂程后，即開動高壓油泵，使千斤頂產生頂力，通過傳力設備，借助于后背的反作用力，推動框構前進�？驑嬊斑M后，回鎬使千斤頂復原，然后在空檔處填放頂鐵，以待下次開鎬。如此循環往復，直至框構就位。頂進時注意以下幾點：
框構起動后，開始為不切土的空頂，但此時需要注意控制好框構頂進的方向，切不可麻痹大意，以免產生較大的偏差，造成糾正困難。
框構沿正確方向入土后，至框構入土1/2長度前，是頂進孔道定型階段，此時要嚴格控制中線偏移和水平高差，經常觀測，及時進行糾偏的調整水平。
框構入土超過1/2長度后，孔道已基本成型，除繼續掌握水平外，糾偏擺動要小，注意防止框構“扎頭”，框構底板需吃土頂進。
安放頂鐵、頂柱要做到三個一致，即軸線一致、長短搭配一致、位置一致。為減少頂柱自由長度和增加穩定性，每間隔4米頂柱長設橫梁一道。
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。為確保既有線線安全，
頂進時采用少挖多頂的方法，每次開挖頂長度控制在30-40cm。頂進過程中要對中線、高程、油表讀數、千斤頂開動臺數、頂力、頂進時間、頂進距離等勤觀測、勤記錄，以供分析和為下一次挖土頂進時采取糾偏措施提供依據，如見圖4。
圖4 頂進施工
3、結束語
頂進施工工藝隨著既有線改造工程的增加，正在迅速的發展。在施工中要把既有線路行車安全放在首位，同時還要根據圖紙要求、施工設備、現場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
（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計圖。
（2）《客運專線鐵路橋涵施工技術指南》。
（3）《客運專線鐵路橋涵工程施工質量驗收暫行標準》。
（4）烏鐵局關于站場改造工程的相關文件與規定。
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