既有线路箱形涵顶进施工技术

2017-08-07原旭峰

城市道桥与防洪 2017年7期

关键词：箱形支墩箱涵

原旭峰

（中铁十二局集团第二工程有限公司,山西太原 030032）

既有线路箱形涵顶进施工技术

原旭峰

（中铁十二局集团第二工程有限公司,山西太原 030032）

铁路既有线路顶进施工指的是在保证铁路正常行车的基础上对既有线路进行加固后,在既有线路一侧进行工作坑的开挖,再进行滑板的浇筑作业,并在滑板面上布置隔离层,然后在滑板上进行钢筋混凝土箱形涵的预制,最后将顶进设备安装好,利用后背的反作用力向前推进框架,在顶进一个进程后,增加顶铁,不断重复上述步骤,直到箱涵顶进顺利就位。以实际工程为例,首先对既有线路箱形涵顶进过程中线路加固措施进行了探讨,然后对箱形涵顶进施工技术进行了探讨。

箱形涵；顶进施工；滑板制作

1 概述

K118+023 1-5.0 m钢筋混凝土箱形涵为既有线路增加立交,与线路正交,顶进施工。既有路基为人工碎石土及粉质黏土,涵身设计长9.0 m,宽5.0 m,高5.0 m,涵身为44 cm厚C35钢筋混凝土结构。设计本涵采用1-24 m便梁及4根直径120 cm防护桩对既有线路进行加固后架空顶进的方案施工。

2 线路加固

（1）K118+023 1-5.0 m钢筋混凝土箱形涵,线路加固采用4根桩径1.2 m的C20钢筋混凝土挖孔桩作为支点,1孔D24型施工便梁架空线路, D24型便梁架设、拆卸和轨道应力放散及锁定需要封锁二次线路[1]。

（2）施工前编制施工方案并报请相关单位审批,与工务、电务等有关设备管理部门签订安全协议及施工配合协议,与设备管理单位一起核对施工范围内是否存在对施工有影响的电线、电缆及电器设备,若需拆迁,联系迁改单位进行迁移。挖孔桩施工及顶进施工前一个月向路局运输部门申报慢行计划,经审核批准后方可施工。

3 顶进施工技术要点

3.1 顶进设施的选取

（1）顶进施工时采用3台100 t千斤顶,千斤顶的布置以箱体中心为轴对称设置。为避免箱体承载不了重顶力的作用而压碎,可于顶镐和箱底板的连接处布设一块厚20 mm承压钢板,承压钢板下端焊接钢板托盘,而千斤顶则安设于钢板托盘上,这样可以有效防止千斤顶和底板的直接接触进而引起刮板情况。

（2）传力设备的选择。

a.顶铁。顶铁的长度有10 cm、15 cm、20 cm、25 cm、30 cm、40 cm,由旧钢轨和钢板全面焊接而成,每台千斤顶需预备2套各类规格的顶铁,为补充顶铁空隙,可预设一些0.5 cm、1 cm、2 cm、3 cm的铁垫板。

b.顶柱。顶柱长度有1 m、2 m、4 m,焊接材料和顶铁相同,每台千斤顶需配备和顶铁数量一样的顶柱,依次是6、10套。

c.固定横梁。焊接材料为I55 a型钢和钢板条,顶柱间的固定横梁设计长度为5 m,间隔为3 m,所需总量是3套；后背横梁数量是1套,长度为6.4 m。

3.2 滑板和后背的制作

滑板和后背的制作材料是C30钢筋混凝土[1]。滑板中心线应与框架涵中心线一致,并具有足够的强度和稳定性；后背主要作用是承载框架桥顶进的反作用力,属于临时结构体,可选用SMW工法桩结合钢筋混凝土来形成后背梁。

（1）滑板的结构层从下到上依次为垫层、50 cm厚的钢筋混凝土滑板、润滑层。滑板下需布设规格为0.5 m×0.5 m×2 m的防滑槽,同时为增强滑板和地面的紧密度,需在滑板底部设计2道宽1.2 m的底梁；为保证箱涵正确顶进,滑板两端需布设间距3～4 m的导向墩；为降低箱涵第一次启动产生的顶力作用,滑板上可布设“三油三毡”。

（2）后背梁需和工作坑滑板紧密连接起来,尽可能承载框架桥顶进时产生的最大顶力,且设有相应的安全储备；每次顶进过程中,要控制其变形[2]。后背梁可以均匀传递顶力给后背,防止了集中受力；为增强后背的承受力,提升滑板的抗拉力,可于工作坑底板和后背（宽1.5 m,高2.5 m）的连接位置布设加强钢筋,以此来辅助后背承载,如图1所示。

图1 后背作用剖面图

3.3 箱涵顶进要点

箱涵顶进施工如图2所示,操作要点如下:

（1）顶进施工时采用3台100 t千斤顶,千斤顶正确安装并调试到位后,对箱涵实施试顶,以进一步检查顶进设备是否正常,顶力是否均匀,后背、滑板及箱体有无异状,并使框构与滑板分离。

图2 箱涵顶进作用图

（2）采用小型挖掘机实施挖土作业,通过人工将洞内土方搬运至自卸汽车上,并运载出去。为确保既有线路安全,顶进时采用少挖多顶的方法,每次开挖顶进长度控制在30～40 cm；当土方挖进至1个顶程时,需马上顶进箱身,使箱身与开挖面紧密接触；土方掘进时要严格把控切土量,为避免“扎头”,开挖底面需超过箱身底10 cm。

（3）箱身顶进操作时,控制轴线和横梁的垂直性；顶铁、传力柱及千斤顶要保持在同一直线上；为确保受压稳定性,可通过螺栓将传力柱和横梁进行固定；为保障横向稳定性,可布设间隔为8m的横梁[2]。在顶进长度太大时,为避免传力柱的变形崩出,可在传力柱上铺设槽钢,并放置压重土袋；对于箱底板和后背梁接触横梁顶铁之间的空隙,可选用薄板进行楔紧,并用水泥砂浆进行灌缝,使得全部顶铁紧密楔合。

（4）准确把握箱身顶进的方向和高程。在顶进工作中,必须树立“预防为主,校正为辅”的思想,箱涵起动后,开始为不切土的空顶,此时必须控制好顶进的方向,以免产生较大的偏差,造成纠正困难；箱涵沿正确方向入土后,是顶进方向的定型阶段,此时更要严格控制中线偏移和水平高差；顶进过程中在顶进后方布设观测站,并设立顶进观测点,准确把控箱身顶进过程的轴线、横向、高程等,观测站需配备1台经纬仪和1台水平仪,并实时进行数值记录,遇到偏差较大的问题,需马上进行纠正。

a.方向“纠偏”。为避免箱身中心线在箱身顶进入土前偏离既定方向,在底板两侧距预制涵体位置5～10 cm处设置混凝土导向墩,以便于导向；入土后可通过增减一侧千斤顶的顶力来调整方向；可采用在前端一侧超挖一侧欠挖的方式来调整方向；可在箱身前端增加横向支撑来调整方向,一端支撑在涵身边墙上,另一端支撑在开挖面上,顶进时迫使其向另一侧调整。

b.箱身“抬头”的纠正。挖土时开挖面基底与箱涵底面平齐或适当超挖,在顶进过程中逐步调整,当情况好转时,应立即减少超挖量,避免造成“扎头”。

c.箱身“扎头”的纠正。为了防止顶进中的扎头现象,应将滑板做成1%左右前高后低的仰坡形式；挖土时开挖面基底应高于箱涵底面10 cm,利用船头坡将高出的土体压入箱底,如箱底土体松软时,可采用换填卵石、碎石、打入短木桩等方法来增加地基承载力。

4 顶进线路的监控

顶进涵施工过程中,对铁路线路加固进行监控量测至关重要,通过监控量测可以了解施工时线路加固的效果,以及对列车运行的影响,从而根据监控量测的结果,调整顶进施工的施工工序及方法,确保列车运营安全及施工安全[3]。铁路线路加固施工的监测包括如下:

（1）支墩顶端沉降的监控。作为施工便梁承载力基础的支墩结构,其下沉量的控制直接关系到便梁和轨道的沉降。支墩施工过程中,可在便梁支撑点的周围布设沉降测量水准点,以及在超出铁路线路实施加固的影响范围布设基准水准点,进行两级联测。监控频率控制在白天列车过后即测量,晚上不得低于1次。

（2）施工便梁移动的监控。因便梁施工仅简单支撑于便梁支墩上,故对于施工便梁的移动,包括侧向及顺向移动需增强监测,水平移动监测点设立在便梁端部和中部。监测频率为白天1次/2 h,晚上1次/4 h。

（3）便梁连接牢固度的监控。监控方式主要采用人工定期手动借助扳手对所有连接件进行紧固处理,并实时记录连接件紧固程度的监测情况。监测频率为列车通过后即进行检测,遇到问题马上解决。

（4）线路加固影响范围内的地表沉降。沿铁路线路方向地表每5 m设1个点,共计20 m。线路加固影响范围内的地表沉降观测频次:正常情况1次/d,特殊情况2～4次/d。

（5）线路加固影响范围内轨距、水平、超高。对架空后影响范围内（即施工地点前后50 m）的线路状况进行检查,主要检查每趟列车通过后的线路轨距、水平、方向和轨面的变化,扣件螺栓、绝缘板等是否松动。检查频次为每天检查轨距、水平、超高各一次,自线路架空至线路恢复后结束。

沉降监控时,若支墩顶沉降不超过5 mm,可不做任何处理；若沉降超过5 mm,则需通过增加支墩垫木来提高便梁和轨顶标高,并填充道碴。若支墩顶沉降猛然增加,需马上停止施工,适当修整便梁标高,并认真总结、分析造成原因,及时调整施工方案,后继续开挖施工。便梁水平位移若超过5 mm,需马上调整便梁的水平位置[3]。实时监控便梁连接件的牢固度,一旦松动应即刻进行紧固处理。线路加固施工的影响范围内地表的沉降,在轨道沉降超过5 mm时需马上进行填充道碴,以此增高便梁,并完善顶进施工方案,提升顶进施工技术。