超长顶进桥涵阻力系数降低的技术研究

刘海浪

超长顶进桥涵阻力系数降低的技术研究

刘海浪

Chao chang ding jin qiao han zu li xi shu jiang di de ji shu yan jiu

在实施穿越城市道路与既有铁路下穿桥梁施工中，预制超长桥涵的顶进是项目的关键难点，如何设法降低超长桥涵的顶进阻力系数是工程技术人员较为关心的课题，本文以2014年10月份实施的铜陵市北京西路下穿铜陵火车站工程为例。

一、工程概况

北京西路下穿铜陵火车站立交工程是连接老城区与市政府的主要干线。该工程位于芜铜线终点铜陵西站，北京西路与铜官大道T型交叉侧，道路总长808m。立交桥自南向北依次下穿铜官大道、站前广场、铜陵西站1、Ⅱ、3～11、13～17、19道共17股道。设计为两孔宽度15m，高度7.4m的框架桥。

穿越铁路站场部分采用南北对顶法施工，北侧顶进框架长度29.5m，重量2752t，顶程45m；南侧顶进框架长度64.4m，重量5748t，顶程85m；中间湿接缝4.1m。

二、现状调查

北侧顶进框架已经顶进就位，方向及高程偏差已确定，启动及过程中顶进框架顶力已统计，经过调查，直接影响64.4m顶进框架阻力系数及安全的风险因素为（以芜湖测为例）：

1.北侧顶进框架启动静摩阻力调查：经统计，北侧芜湖侧顶进框架滑板平整度合格率75%（表1），启动顶力1920t，阻力系数0.70， 北侧铜陵侧顶进框架滑板平整度合格率82%，启动顶力1840t，阻力系数0.67。

2.北侧顶进框架顶进过程中的滑动阻力调查：北侧芜湖侧顶进框架启动后，滑动阻力系数由0.18逐步增加，顶进过程中线路水沟有水流入顶进框架范围，在顶进最后一天遇到下雨，阻力系数持续加大，在顶程为48m（即最后1m就位时），10个油顶（2500t）无法顶动，最后，通过增加一套油顶设备（耽误2天），加大顶力到4160t，阻力系数达到1.51后，框架开始移动，最后带土顶进就位时顶力达到4338t；阻力系数1.58。（图1）

图1 北芜湖侧框架顶力曲线图

北侧铜陵侧顶进框架启动后，滑动阻力系数比较平稳，保持在0.36左右，在顶程30m时，因出土等待时间较长后，再次启动时顶力达到2500t，阻力系数为0.91，再顶进一段距离后，顶力下降至前阶段顶力，最后1m就位时，因全断面带土顶进，顶力达到3328t，阻力系数为1.19。

3.地质情况调查：通过基坑开挖过程发现，北侧顶进框架两侧主要为黏土层，粘聚力较大，底板主要位于卵石土层，承载力较大，南侧基坑开挖情况与北侧基本一致。

4.因对土层自稳能力不了解，为保证支墩稳定，确保铁路线路安全，北侧框架顶进时候两侧带土顶进，其他措施未实施。

三、影响桥涵顶进的因素分析

1.滑板平整度对阻力有影响。

2.顶进快慢，前端挖土情况及雨水对阻力有影响。

3.地质情况基本一致，阻力系数基本相同。

4.两侧土压力对阻力有影响。

四、降低桥涵顶进阻力系数的技术措施

1.顶进框架底板及两侧预留压浆孔。底板压浆孔有两个作用：一个作用是在启动时候，底板压水，能排除底板与滑板之间空气，防止底板与滑板形成真空，有效降低启动摩阻力系数。第二个作用是作为压浆孔，在框架1/2进入土体后，对框架底板进行压浆，使框架底板和土体之间有一层润滑剂，有效减少底板的摩阻力系数（侧墙压浆孔作为备用，如顶力过大时使用）。压浆材料采用膨润土+火碱进行配置。（图2、图3）

在正常顶进中，顶力较小时不需压浆，仅在顶力变大后，特别是框架大部分进入土体后，根据顶力大小调整压浆量。经过压浆后的框架阻力系数明显降低，最大变化在芜湖侧顶程为64m位置，顶力从2542t下降到1792t，下降了750t。芜湖侧64.4m顶进框架在过程中阻力系数保持在0.17～0.35，铜陵侧64.4m顶进框架在过程中阻力系数保持在0.25～0.45。

图2 框架压浆孔

图3 底板压浆施工

2.顶进设备“倒放”布置。由于框架顶程长达85m，所需的顶管及横隔梁多，采用顶进设备“倒放”布置，将油顶设置在框架后端，与框架一起推进，顶管在后端不移动。这样布置可以有效减少横隔梁与滑板之间因不平整产生的摩阻力，另外，顶管及顶铁不需移动，能减少油顶的顶力损失。（图4）

图4 顶进设备布置

图5 刃角钢板

3.顶进前端设置钢筋砼刃角，钢筋砼刃角边上设置3～5cm钢板。钢板能够把框架两侧多刮除3～5cm的土体，使土体与框架之间产生一个缝隙，能有效减少两侧的土体摩阻力，从而达到减少顶力阻力的效果。（图5）

4.严格控制滑板平整度，做好润滑层。滑板的平整度直接决定了底板的阻力系数。南侧顶进框架滑板平整度合格率较北侧好，润滑层按“两油三毡”设置，最终南侧64.4m顶进框架启动顶力均不超过框架自重的70%。（表2）

表2 南侧芜湖侧滑板平整度偏差表

五、技术措施实施效果

根据现场施工环境，综合考虑各种因素，本次通过控制顶进前方挖土，采用行之有效的措施，减少水对土体影响等方法，有效降低了超长超重框架顶进阻力系数的施工难题，启动阻力系数控制在0.7以内，过程中滑动阻力系数控制在0.3～0.5之间（图6），比同类工程顶进框架阻力系数大大降低，实现了预期目标。并且，由于减少了顶力，方向及水平得到了更好的控制，对顶精度控制在3cm以内，比规范容许误差大大降低（表3）。

图6 南侧芜湖侧框架顶力变化及阻力系数图

表3 框架顶进误差表

六、结语

通过采用的技术措施，有效减少了顶进框架的阻力系数，从而更好地控制顶进框架的方向及高程偏差，做到了无缝对接，完全达到了制定的预期目标，在以后施工类似超长桥涵顶进项目时值得推广使用。

（作者单位：中铁二十四局集团路桥公司）