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1、桥涵顶进施工,一、顶进施工原理 二、顶进施工适用范围 三、桥涵顶进施工工艺 四、桥涵顶进设计计算 五、安全注意事项 六、常见工程事故、预防措施,一、顶进施工工艺原理,1、原理： 框架式立交桥或圆管涵顶进施工，就是在既有线路（在运营的铁路或公路）的某一侧开挖工作坑，现浇滑板（管涵顶进采用安装导轨），在滑板上浇筑钢筋混凝土结构，修筑后背，同时对既有线路进行加固，安装顶进设备，当顶进前方挖土完成一个顶程后，开启高压油泵，使顶镐产生顶力，通过传力设备（顶铁、顶柱和横梁），借助于后背的反作用力把预制结构向前推进，待顶进一个顶程后，在空挡处安放顶铁，挖运出土另一个顶程距离，以待下次开顶，如此循环进行，直到
2、整个预制结构顶进就位为止。如图1所示。,图1 框架结构顶进示意图,顶进桥涵施工几大要点,1、支点桩的平面布置、标高计算 必须要了解架空梁的技术参数（如梁长、节点板高度等)，并对现场进行调查清楚（注：标高适当低于计算2-5cm) 2、滑板设置（标高、轴线、地下水位） 3、施工工艺确定（空顶或带土顶、防栽头措施、防偏措施） 4、边坡坡度控制措施（防坍塌影响线路行车） 5、顶力和后背计算（主要计算千斤顶配置、后背配筋、反压荷载） 6、应急预案控制（防涨轨、防洪、防坍塌） 几个原则：1）支点桩底低于破裂面不小于2米； 2）滑板做到“晚下早出”，留够纠偏距离； 3）切土顶进保安全、防超前开挖； 4）后背
3、反力宜大不宜小； 5）提前调查，措施得当。,2、发展历程及特点,（1）历程简介 顶进施工工艺首次推广应用是在1986年的苏家屯北九路7号铁路框架立交桥（6m-15.5m-6m）施工，取得了比较好的经济效益和社会效益； 1987年顶进施工方法获得原铁道部工程指挥部（现为中国铁道建筑总公司）科技成果三等奖； 随后在哈尔滨铁路枢纽哈双联铁路立交桥、新城子站北铁路立交桥、张家口至沙岭子站间铁路立交桥工程中应用实践，进一步总结提高，形成了成熟的顶进工法。,（2）顶进施工方法的特点 对线路运输干扰时间短，不中断行车，能保证线路在既定限速下正常运营； 能保持路基完好和稳定，减少线路恢复工序，相对于其他方法而
4、言，不必修建临时便线和迂回线； 占地拆迁少，减少大量的土方和线上工程； 预制结构整体好，刚度大，便于顶进施工，而且抗震性能良好； 基底应力小，基本不受地基地质条件的限制，受气候条件的影响也较小，,二、顶进施工工艺的适用范围,在处理旧线既有桥涵病害需要扩建或增建新桥涵时； 既有铁路和公路的平交道口需要改建成立交时； 客运量大的车站需要增设的地道； 农田灌溉需要增建穿越铁路的过水桥涵； 各类填筑的路基和路堤。,三、桥涵顶进施工工艺,顶进施工工艺技术要点,1、施工准备 （1）人员安排 （2）施工相关材料准备 （3）施工机具准备 （4）轴线及高程测量与复核 （5）顶进施工专项技术方案的编制 （6）场地
5、“三通一平”及排、降水安排 （7）外协工作 （8）既有的线路临时加固 （9）调查施工区域地下管线、电缆及其它障碍物情况、施 工区域线路列车通过的次数、间隔时间、股道数、道岔及其使用性质，线间距及高程情况；,2、开挖工作坑 （1）开挖前的降水及临时排水措施 若工作坑基底标高位移地下水位以上，工作基坑开挖之前，宜采用井点降水，将地下水位降至基底标高以下0.51.0米； 降低地下水位时，确保附近既有建筑物的稳定，尤其是对既有线路水平位移及高程的监测； 在多雨地区无法避免雨期施工时，应设置顺畅的排水设施，同时备有防洪及线路抢修的措施； （2）工作坑位置的选择 主要根据现场的地形地貌、场地大小及 土质情
6、况等全面考虑，在框架涵的轴线上选择挖填方少，顶进长度短的既有线路一侧位置作为工作坑的平面位置。,（3）工作坑平面尺寸的确定方法 一般由底板的尺寸确定，工作坑的底板尺寸建议按照下式计算： 长度=框架结构底板长度+顶镐长度+横梁厚度+后背地梁厚度+0.3m 宽度+框架结构底板宽度+2方向支墩宽度+0.2m+2排水沟宽度 工作坑顶边距最外侧铁路中心线不得小于3.2m，或至铁路外侧钢轨的距离最小不小于2.5m； 工作坑开挖标高：框架结构底板底面标高H-滑板厚度（含润滑层厚度）-垫层厚度； （4）工作坑开挖 工作坑开挖边坡：原则上工作坑两侧边坡按照土质情况确定，一般取1:0.751:1.5，靠近铁路路基
7、一侧的边坡可缓于1:1.5，以保证既有线路路基的稳定； 采用机械开挖时，应预留20cm厚土层在垫层施工前人工开挖；,3、修筑滑板 （1）滑板要满足桥涵主体结构与顶进所需强度及稳定性要求； （2）滑板中心线与桥涵中心线应一致； （3）滑板与地基接触面应有防滑措施，必要时在滑板下设置锚梁； （4）一般情况下根据地质条件及顶进距离，将滑板顶面做成前高后低的上坡； （5）滑板两侧设置导向支墩； （6）滑板的结构形式又两种：一种是滑板与后背梁连成整体，另一种是滑板与后背梁分离，施工时根据具体情况选择；,4、框架桥涵预制 框架桥涵混凝土工程施工应符合相应的规范要求外，与顶进施工有关的技术要点有： （1）框
8、架涵预制施工前，在滑板顶面铺设润滑隔离层； （2）框架涵两侧前端2m范围内的外模，可向外加宽1cm，及框架涵拆模后，前端轮廓宽较后端轮廓宽2cm，严禁出现前窄后宽的楔形现象； （3）框架涵预制与刃角安装完成后，应设置防水层，外表进行润滑处理，以减少顶进阻力； （4）顶进过程中，为方便调整高程，框架涵底板前段底部宜设置成船头坡；,5、修筑后背 后背主要是承受顶进时的水平顶力之反力的临时结构物，它是保证工作顺利进行的重要设施，直接关系着顶进质量。因此，必须保证后背要有足够的强度和稳定性，并且在出现最大顶力时，还有适当的安全储备。后背的形式有：板桩式、重力式和拼装式，常用形式主要是前两种，即：板桩式
9、和重力式后背。 （1）板桩式后背：在工作坑土方开挖之前施工。 板桩打入的深度及排数应符合设计计算的要求； 板桩材料：钢轨及工字钢等热轧型钢； 板桩施工-锤击法，宜重锤轻击施工； 为确保板桩打入的垂直度及平面位置准确，可以选择双层围檩打桩法或履带式打桩机打桩； 板桩的质量控制指标：桩的垂直偏差、平面偏差、桩间咬合质量、桩端标高、桩身质量的完好性等。,钢桩后背示意图,(2)重力式后背 由后背墙、钢筋混凝土垫梁和后背填土构成，常用的重力式后背墙，由浆砌块石砌筑而成。后背一般是在工作坑挖好后进行压实，达到压密程度，保证填土的内摩擦角在2530以上。在顶入工序结束后，拆除工作较前两类后背要简便得多，不需
10、要打桩架和起重吊车等大型设备，而且拆下的石块仍可供其它砌筑工程使用，所以造价低廉，特别是在容易采集石料的地区，应当尽量使用重力式后背结构，以便提高经济指标，不过这种后背的单位长度顶力不宜超过700800 kNm2。,6、顶进施工技术要点 （1）应根据计算的最大顶力确定顶进设备，千斤顶顶力可按照额定顶力的60%70%计算，并配备备用千斤顶； （2）顶进之前应检查： 顶进的液压系统、顶进设备检查； 主体结构混凝土是否达到设计强度，防水层及保护层是否已经按照设计完成； 线路加固、后背及各类施工机械是否符合顶进专项技术方案的要求； 劳力组织及观测、试验人员分工是否明确； 复核顶铁与顶力轴线是否一致，是
11、否与横梁垂直； 与运营部门协商确认的施工安排、线路防护监测抢修人员及通信、照明等是否准备就绪； 顶进轴线及高程复核。,（3）试顶 开启油泵后，每当油压升高510MPa，应停泵观察，发现异常及时处理； 当千斤顶活塞开始伸出，顶柱（铁）压紧后应即停顶，检查各部位无异常现象时，再开泵顶动桥身； 试顶时重点检查的部位：后背、滑板、油压系统（尤其是油路的接头处）、桥涵结构（尤其是千斤顶后座与结构接触部位是否出现局部压应力过大）。,（4）顶进施工 第一阶段：在滑板空顶至刃角接触路基边坡时，停止顶进； 第二阶段：开始挖土运土，当刃角前方挖土达到一个顶程（根据顶镐行程长度而定），开启油泵，推动框架桥涵前进一个
12、顶程，停止顶进，安放相应长度的顶铁，如此反复直至框架桥涵就位； 桥涵主体顶进就位以后，及时施工端翼墙和防护工程，恢复线路行车； 顶进过程注意事项： 由于顶进速度主要取决于挖土运土速度，所以尽量采用机械挖、运土； 顶进所采用的液压系统应采用两套不同的系统，在顶镐对称布置的情况下，可以用不等压的方式形成纠偏力矩进行纠偏； 挖土时，每次掘进深度应视土质情况及有关要求而定，每次一般进深2050cm，在土质松散或软塑土层顶进时严禁超挖，必须保证刃角切入土层内10cm以上；,每完成一个顶程，要进行一次水准测量，方向观测以框架桥涵中心线基桩为原点，用高精度经纬仪在顶进过程中连续观测，及时纠偏； 控制顶镐的着
13、力点，使顶镐的合力低于或高于摩阻力的合力，对防止框架“扎头”和“抬头”能起到一定的在作用； 加固线路，应保持轨道电路的正常状态，在无缝线路地段，需变更锁定范围，应与相关部门协商后方可施工； 列车通过时，严禁继续开挖，人员应撤离开挖面1米以外，施工过程中应按照铁路技术管理规程的规定对行车作有效的防护； 顶进过程中，应随时观测既有路基、线路和顶进桥涵状态的变化，确保既有线路轨距、水平及方向的正确。,（5）涉及到的相关规范规程 客运专线铁路桥涵施工质量验收暂行标准铁建设（2005）160号 铁路混凝土工程施工质量验收补充标准铁建设（2005）160号 铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准（TB104
14、24-2003） 客运专线铁路有关施工技术指南及技术条件； 客运专线铁路桥涵工程施工技术指南（TZ 213-2005） 客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件铁科技（2004）120号 客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件科技基（2005）101号 铁路技术管理规程,四、桥涵顶进设计计算,1、主要计算内容 （1）顶力计算 （2）后背计算 （3）顶进开挖过程中，最不利情况下的既有路基边坡稳定计算 （4）便梁支墩检算（以24mD型便梁为例）,1、顶力计算,顶进桥涵的顶力大小，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按照下式计算：,确定顶镐数量： 根据计算出的最大顶力，按照
15、下式确定顶镐数量,说明：顶镐的选择应根据实际的最大顶力，选择能满足其要求的相应的规格型号，高压油泵一般选用工作油压较高的，并与顶镐要求的油压相适应，同时与附属的设备配套！,2、后背计算,板桩后背计算 （1）钢板桩长度的确定 钢板的长度L = h1+ t1, 由于精确确定土压力的分布规律很困难, 一般用近似土压力分布图形确定( 见图) 。当挡土墙向前或平移时, 墙后的土压力逐渐小。土压墙所受压力称为主动土压力, 其合力用Ea表示, 图( abe ) 为主动土压力。图中( cbd ) 为被动土压力, 其合力为Ep1, 它在板桩下端不起作用, 计算时假定在b 点, 实际起作用在b 点以上一段距离。因
16、此在最后求得板桩入土深度后, 再适当增加10% 20%。,悬臂式钢板桩示意图,悬臂式板桩挡土墙的破坏, 一般是绕b 点以上某点O 转动, 这样在O点以上的前侧及O点以下的板桩后侧将产生被动土压力Ep1, Ep2, 在板桩后侧及0点以上部分将产生主动土压力Ea, 各力对b点取矩可得下式:,（2）板桩最大弯矩截面的确定 板桩最大弯矩截面的深度为t0, 此处剪力为0,则: 即,每延米板桩墙处最大的弯矩值为:,按照最大弯矩值，最终确定每延米板桩数量及截面型号。 重力式后背计算 根据肆桥8030-II抗力分析公式，重力式后背设计中，一般采用朗金被动土压力理论计算被动土压力。根据朗金土压力理论假定：胸墙竖直，墙背是光滑的，填土与墙顶平，满足上述条件时，朗金被动土压力公式为：,该式计算较简单，后背与填土之间的外摩擦角,后背的抗力主要来自以下3个方面: 后背土压力、后背自重产生的阻力、滑床与分配梁相连后的阻力。 ( 1)根据肆桥8030- 的抗力分析公式有:,( 2)后背自重阻力,( 3)
