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1、1桥式盾构法顶进框架桥优、缺点分析与优化洪汉麟提要：如何满足既有线在较高行车速度下顶进大跨度框架桥，在一段时间成了一个瓶颈。然而，桥式盾构法顶进框架桥的施工方法却好解决了这一问题，但是，现有的桥式盾构法在顶进框架桥时产生了一些问题，有的已危及行车安全。因此，对这些问题的产生进行分析以及如何解决，本文根据多处桥式盾构法顶进框架桥的实践进行了分析，并提出了一些优化的方法，可供设计、施工技术人员参考和运用。一、既有线顶进框架桥概述我国很多大中城市在改革开放之前，城市机动车辆较少，城市道路与铁路交岔时，基本上都采用平交道路形式，由于铁路从城中通过，从而造成很多城市被分割开。随着改革开放之后，城市的车辆
2、快速增长，全国各大中城市进行全面规化与改造，然而，铁路平交道口成了城市交通的瓶颈。为了解决这一瓶颈问题，在铁路既有线下顶进框架桥是解决这一问题最有效的办法。为了不影响铁路正常运营，框架桥顶进前都要对既有线路进行架空后再进行顶进。最初线路架空采用纵、横扣轨方式；但随着城市道路宽度拓宽，扣轨已不能满足架空需要了，就采用纵吊、横抬架空方式，即纵向用吊2轨、横向用工字钢进行线路架空。但是，随着铁路提速的要求，对扣轨、工字钢这类临时性架空结构形式已不能满足需要了，这类临时性架空结构形式只能在限速 15-25km/h 下安全运营，为此，有关单位研制出施工便梁进行线路架空，它能在限速 60km/h 下正常运
3、营。但是，现有的施工便梁大都在 24m 的跨度及以下，而现在的城市道路都向六车道、八车道发展，所以施工便梁也满足不了需要了，于是，一种新的施工方法产生了，就是桥式盾构法顶进框架桥。二、 桥式盾构法的基本原理桥式盾构法就是在线路以外预制好的框架桥前端安装一套钢制结构，这套钢制结构分为三大部分：第一部分是钢构部分，包含：钢支腿、连续工字钢梁、钢板护套、减阻板等，请见照片。照照片第二部分是盾构部分，包含：盾构箱、子盾构、油顶等，请见照片。照片3第三部分是反拉系统部分，包含：反拉板、反拉带、油顶等，请见照片。 照片桥式盾构法的工作原理是先将子盾构按一定间隔分别顶进入土，这样不会将路基土推动。之后，由人
4、工在支腿内挖土，当每个支腿的前端挖出一定空间后，就将框架涵顶推，框架涵顶推钢构部分，同时，反拉系统开始工作，将子盾构部分反拉住，固定住不动。否则，钢构会将子盾构整体推动，导至路基土被推动，从而线路发生水平与横向位移。桥式盾构法顶进框架桥的特点是：在既有线不中断行车的情况下，采用较高慢行速度（60-80km/h ）顶进大型框架桥；可不受框架桥的宽度限制；并且可在各种线路下（含道岔）不需其它加固的条件下进行顶进施工。解决了过去线路架空设备难以满足框架桥宽度要求而受限制，以及在岔区难以进行线路架空的难题。三、 桥式盾构法存在的问题桥式盾构法顶进框架桥具有一定的特点，但目前这种结构形式也存在一定的缺陷
5、。第一，桥式盾构法属于半可变结构体系，因为钢构的支腿是直接支撑在土体上的，支腿即好比是桥梁结构的桥墩，支腿上部是与工字梁相连的，而支腿的下部却是独立分开的，没有任何横向杆件联结；再加上支腿又是四边形框架结构，没有斜向杆件支撑，这种结构形式的支4腿在框架桥顶进时很容易变成八字或 V 字状，支腿容易变形，请见照片。照片第二，现在这种桥式盾构系统顶进时容易将线路顶动，因为顶桥的速度与反拉速度不同步，造成线路容易上拱与横移，需要大量的线路养护人员配合，有时线路横移严重时，需要进行封锁或降低行车速度，对行车干扰太大，无法满足运输的要求，请见照片。照片第三，原设计的桥式盾构中的子盾构切土刀刃未起到盾构作用
6、。由于子盾构的齿形刀刃较短，切入土中只有 150mm，而框架桥每顶进一次一般都在 300-400mm 左右，所以，框架桥每次只能顶半顶就要停下来，等子盾构前端人工清土到位，再将子盾构分别顶入土中，才能对框架桥顶进，否则，不清土、不将子盾构顶入土中，而直接强行顶进框架桥，就有可能把路基土体拱起，造成线路水平发生变化，危及行车安全。请见照片。照片第四，原设计的桥式盾构结构，需要靠人工在支腿内挖、出土，速度非常慢。因为，支腿每层高度只有51.4m，宽度只有 0.9m，在这样狭窄的空间中，一个正常人难以伸直腰，作业非常困难，照片所以挖、出土的效率就非常低了。请见照片。四、 桥式盾构法优化与改进第一,解
7、决钢构的半可变问题。为什么是半可变问题呢？因为整个桥式盾构结构体系是上部结构基本是稳定的，而下部支腿结构是可变的。一个是支腿采用多层框架结构形式，每层都有作业人员行走并在框架内作业，所以，框架内没有斜撑杆件。这样，每个框架成了可变的平行四边形。为了解决这个问题，可以在每个框架的阴角结点处加焊一块三角形加强板，使得每个框架的阴角结点成为刚性结点，这样支腿结构就不容易变形。另外，为了防止在支腿内的作业人员挖偏了土体，框架桥顶进时就很容易将支腿顶成八字形或字形。所以，可以在支腿底部，离前端三分之一处焊水平钢板，使支腿连成整体，防止支腿分离。同时，为了防止在顶进中前端遇到孤石一类的障碍，可以采用挖机挖
8、一道槽至三分之一处将水平钢板切割断。如果将水平钢板焊在最前端，连接效果虽好，但遇到上述问题，挖机很难挖到最前端，所以，要将水平钢板焊在离前端三分之一处。第二,防止顶进中线路容易变化的问题。首先，采用预防为主的办法，即在顶进的出口一侧增设一道挡砟梁，在每股道之间填满道6砟，可以防止线路横移，并且效果非常显著。挡砟梁截面取0.8*0.8m 或 1.0*1.0m。挡砟梁底面离涵顶 200-300mm，涵顶在砟下有 200-300mm 厚复土为宜。在顶进中要有专人观测方向，另加道尺摆在轨道上观测水平变化，如有变化马上停止框架桥的顶进，同时采取相应措施。因此，顶涵用的大油顶与反拉油顶的控制台应尽量放在涵
9、顶，以便统一控制。另外，由于当前大部分使用的顶涵油顶与反拉油顶是不同步的，所以，为了解决这一问题，最好的办法是反拉油顶配同步控制装置，即：使用位移计与电脑配合来控制油顶的进油阀，使它反拉速度与顶涵速度同步，这样，线路就不会被推动。第三,子盾构齿形刀刃的改进。子盾构顶入土体中的主要作用是在子盾构下挖土时，子盾构上方的土体不会坍塌，可以保护开挖人员的安全。然而，原设计的子盾构的齿形刀刃太短，只能切入土中150mm，难以满足顶进的要求。因此，如果将子盾构的齿形刀刃改为 300-350 长，齿角 45，每个齿形刀刃加焊一块三角形支撑板，这样一可以满足强度要求，二可以满足顶进要求。第四，解决支腿内挖土出
10、土效率慢的问题，可以从两个方面解决问题。一个是支腿内高度加高至1.6-1.7m 左右，这样，在支腿内作业人员基本可以直腰作业。另一个是支腿内安装输送带，将原来是人工运土改为机械运土，不但减轻了作业人员7的劳动强度，而且大大提高了出土的效率。照片请见照片。第五, 其它需优化的、为了减少顶进中的阻力，在盾构两侧钢板前端加焊薄钢带，这样可以减少侧面土的摩擦阻力；、为了满足顶进中需要大顶力的要求，同时也为了满足运土通道的需要，采用 300t 及以上的大吨位油顶，分布在框架涵底板的两侧，就可以满足以上需求。、以往使用的顶柱大部分是较短的顶柱，这些顶柱容易失稳，造成顶柱上鼓而崩溃，所以，顶到一定长度就要浇筑一段砼或加一道横梁，防止顶柱崩溃。如果采用一种加长、加重的钢管砼顶柱（长 4.0m、2.0m、1.0m、 0.5m，直径 0.3m 钢管内灌注钢筋混凝土），则可以解决以上问题。请见照片。 照片桥式盾构法顶进框架桥是在既有的铁路和公路采用的一种较新施工方法，它解决了一些施工中的难点，但它还存在一些不完善的方面，只有通过实践的应用与探索，才能使这种施工方法得到完善和推广。二一二年十一月十二日（提纲）8二一二年十二月十四日（初稿）二一二年十二月十八日（修改）二一二年十二月二十日（定稿）
