既有線頂進(jìn)涵施工關(guān)鍵技術(shù)

譚恩鋒

(中鐵隧道集團(tuán)杭州分公司，浙江 杭州 310030)

1 工程概況

K191+541(2-5.0 m×5.3 m，L=24 m)框架涵位于金溫鐵路溫溪站內(nèi)，下穿車站Ⅰ道(站線、P43鋼軌)和Ⅱ道(正線、P60鋼軌)，間距為5.0 m;涵位(既有線)左側(cè)為一條高崗村進(jìn)村5 m寬主干道路及3層～7層樓房民宅區(qū);主干道中心離既有線坡腳線為18 m左右，離7層樓房23 m左右;涵位(既有線)右側(cè)為水塘，既為山坡會水點(diǎn)，受既有線影響施工道路只能以DK191+906(1-4.0 m ×4.5 m)蓋板涵進(jìn)入。

2 工藝流程

工藝流程見圖1。

圖1 既有線頂進(jìn)涵施工工藝流程圖

3 工程難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

針對該既有線頂進(jìn)涵的現(xiàn)場施工情況及工藝流程圖，確定該工程的施工重難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)為:

1)后背施工及受力檢算;

2)頂進(jìn)施工。

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 后背施工與受力檢算

1)根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)及設(shè)計(jì)建議，后背采用P50鋼軌樁;

2)鋼軌樁間距0.2 m，軌底向土面，入土深2.5 m，樁總長8.0 m;

3)如頂進(jìn)時發(fā)現(xiàn)后背開裂，必須采用鋼軌樁及時加固處理;

4)后背分配梁采用C25鋼筋混凝土澆筑;

5)本箱體頂進(jìn)總頂力為1 538 t，鋼軌樁后背受力如圖2所示，后背檢算如下:

箱體最大頂力(箱體頂進(jìn)為空頂):P=KN。

其中，K為系數(shù)，取值1.2;N為框構(gòu)箱身重量。

則:箱體混凝土重量 P1=1.2 ×490 m3×2.5 t/m3=1 470 t。

箱體鋼筋重量P2=68 t。

后背梁長度為l=14.7 m。

則每米后背梁上的最大頂力為:

后背填土被動土壓力計(jì)算:

后背填土容重取 γ =1.7 t/m3，φ =30°。

朗金被動土壓系數(shù):UP=tg2(45°+φ/2)=tg2(45°+30°/2)=3.0。

令h2=m×h1后背墻頂處:P1=εγh2tg2(45°+φ/2)(當(dāng)后背后填土坡率為1∶1時取ε=0.5)。

后背墻底頂處:P2=γ(h1+εh2)tg2(45°+φ/2)=1.7×3.0×h1(1+0.5 × m)=5.1h1(1+0.5 × m)。

后背被動土壓力:EP=h1(P1+P2)/2=2.55h21(m+1)。

取 h1=6.5 m，m=0.1。

得 EP=2.55 ×6.52×1.1=118.52 t＞104.63 t。

圖2 鋼軌樁后背受力圖

4.2 頂進(jìn)

4.2.1 頂鎬及傳力設(shè)備的配置

1)頂鎬配置。

配備需要的頂鎬數(shù)量按下列公式計(jì)算:

其中，n為需用頂鎬臺數(shù);T為頂鎬額定推力(選用QW400型千斤頂T=400 t，臥式);η為頂鎬的額定功效系數(shù)，一般按0.7計(jì)。

需要頂鎬數(shù)量:n=1 538/(400×0.7)=5.5臺，布置6臺。液壓系統(tǒng)設(shè)備配備:選用四平ZB9.5A1柱塞高壓油泵，JDR-1型集中控制臺。

2)傳力設(shè)備配置。

根據(jù)每次千斤頂?shù)捻敵谈鼡Q傳力設(shè)備(頂鐵或頂柱)。頂鐵、頂柱特制加工;頂鐵和頂柱配備按照框架頂程長度配置，并保證齊全的尺寸規(guī)格和足夠的數(shù)量配備，頂進(jìn)過程中，頂鐵和頂柱橫向配置Ⅰ40工字鋼連接，每4 m設(shè)一道橫梁，防止傳力設(shè)備偏心受力后上拱彈起和橫向移動。

4.2.2 準(zhǔn)備工作

1)準(zhǔn)備工作包括頂進(jìn)設(shè)備的檢查、安裝和調(diào)試。頂進(jìn)設(shè)備分為液壓系統(tǒng)和傳力設(shè)備。主要檢查液壓元件、管路接頭、儀表等是否正常，以及檢查千斤頂?shù)男谐淌欠衽c設(shè)計(jì)相符，頂鐵或傳力設(shè)備是否足夠完好。

2)建立四線四點(diǎn):箱身頂進(jìn)觀測中心線、后背梁變形觀測中心線、1號和2號樁身變形觀測中心線、3號和4號樁身變形觀測中心線，1，2，3，4 號樁下沉觀測點(diǎn)。

3)在箱身前、后分別固定帶標(biāo)尺的觀測牌。

4.2.3 試頂

當(dāng)箱身混凝土達(dá)到要求強(qiáng)度，頂進(jìn)設(shè)備安裝調(diào)試完畢，測量儀器安置穩(wěn)妥，作業(yè)分工明確后，就可進(jìn)行試頂進(jìn)，全面檢查設(shè)備情況及頂進(jìn)的狀態(tài)。

1)設(shè)備安裝調(diào)試:

全面檢查液壓元件是否可靠，千斤頂功能有無異常，管路有否漏油，調(diào)整電接點(diǎn)壓力表和壓力繼電器的保安值，調(diào)整溢流閥的作用壓力，逐漸加大油壓力推動箱身，測定推力，檢查后背變化情況等。調(diào)整檢查工作結(jié)束后，確認(rèn)液壓系統(tǒng)可靠、電氣操縱靈敏準(zhǔn)確即可進(jìn)行試頂工作。

2)試頂:

試頂工作以頂動箱體為止，試頂時加強(qiáng)箱體中線，水平、縱向位移的觀察，同時注意觀察后背和底板的變化。試頂時須做到:a.各有關(guān)部位及觀察點(diǎn)均設(shè)有專人負(fù)責(zé)，隨時注意變化情況;b.開動油泵每當(dāng)油壓升高5 MPa～10 MPa時須停泵觀察，發(fā)現(xiàn)異常，及時處理;c.當(dāng)千斤頂活塞開始伸出，頂柱、頂鐵壓緊后立即停頂，檢查各部位情況，無異?，F(xiàn)象再開油泵，直至箱身啟動;d.試頂完后進(jìn)行一次全面檢查，各部位情況良好方可進(jìn)行正式的頂進(jìn)作業(yè)。

4.2.4 頂進(jìn)作業(yè)

頂進(jìn)施工的最終目的即保證框架涵按照設(shè)計(jì)要求行進(jìn)到指定位置，因此在頂進(jìn)過程中主要任務(wù)就是要保證該框架涵的頂進(jìn)方向的正確性。

為確保箱身頂進(jìn)的方向和高程，頂進(jìn)前必須在頂進(jìn)的后方設(shè)置觀測點(diǎn)，布置好觀測基準(zhǔn)樁，觀測點(diǎn)距后背要保持一定距離，以免后背變形而影響觀測結(jié)果。觀測點(diǎn)有徠卡TCR402全站儀，在頂進(jìn)過程中箱身每前進(jìn)一頂程，即對箱身的軸線、橫向及高程進(jìn)行觀測，并做好詳細(xì)記錄，發(fā)現(xiàn)偏差及時通知頂進(jìn)指揮人員采取措施，糾正偏差。

觀測站設(shè)置時應(yīng)離后背一定距離，以免后背變形而影響觀測儀器的穩(wěn)定。設(shè)置3個縱向觀測站，每個觀測站設(shè)徠卡TCR402全站儀各一臺。在箱身頂板四個角上，各用環(huán)氧樹脂粘貼水平及方向標(biāo)尺一根。為掌握頂進(jìn)中后背變形情況，在后背一側(cè)設(shè)置一橫向觀測站，設(shè)徠卡TCR402全站儀一臺，在后背梁兩端設(shè)立標(biāo)尺，用于后背變形的觀測。

施測過程中，對所有的儀器及工具要經(jīng)常檢查，中線觀測點(diǎn)和水準(zhǔn)基點(diǎn)經(jīng)常核對，如有變位或過大誤差時要及時校正，否則將影響測量精度。箱身就位后，應(yīng)盡快上碴，恢復(fù)線路，以確保行車安全?？蚣茼斶M(jìn)后允許偏差見表1。

表1 框架頂進(jìn)后允許偏差表

4.2.5 頂進(jìn)施工中控制的重點(diǎn)

要使箱身頂進(jìn)方向不致偏斜，布置千斤頂時應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)箱身斜交情況計(jì)算的千斤頂布設(shè)位置進(jìn)行布設(shè)，使千斤頂合力作用線與道路中線平行，并與箱身阻力的作用線重合。箱身在空頂階段容易發(fā)生方向偏差，可利用已預(yù)制好的箱身、中間加滾桿作導(dǎo)向墩進(jìn)行控制。

箱身入土后，應(yīng)注意挖土斷面正確，使頂進(jìn)所挖的土孔與箱身方向一致。

1)箱身方向糾偏方法:

a.用增減一側(cè)千斤頂?shù)捻斄φ{(diào)整;b.用后背頂鐵(柱)調(diào)整;c.可在前端一側(cè)超挖，另一側(cè)少挖土或不挖來調(diào)整方向;d.在箱身前端加橫向支撐來調(diào)整，一端支撐在箱身邊墻上，另一端支在開挖面上，頂進(jìn)時迫使其向被頂一側(cè)調(diào)整。

2)糾正箱身“抬頭”的方法:

當(dāng)箱身“抬頭”量不大時，可將箱身前開挖面挖到與箱底面平或稍作超挖。如“抬頭”量較大，則多超挖一些，在頂進(jìn)中逐步調(diào)整，當(dāng)情況好轉(zhuǎn)時，便應(yīng)酌情停止超挖以免又造成箱身“扎頭”。a.吃土頂進(jìn):挖土?xí)r，開挖面基底保持在箱身底面以上8 cm～10 cm，利用船頭坡將高出部分土壤壓入箱底，糾正“扎頭”。b.如基底土壤松軟時，可換鋪20 cm～30 cm厚的卵石、碎石、混凝土碎塊、混凝土板、澆筑速凝混凝土、打入短木樁、挖孔灌注白灰柱樁、砂樁等方法加固地基，增加承載力，籍以糾正“扎頭”。c.增加箱身后端平衡的辦法，改變箱身前端土壤受力狀態(tài)，達(dá)到糾正“扎頭”的目的，但應(yīng)注意的是增加重量后要逐步卸載，否則會出現(xiàn)“抬頭”現(xiàn)象，同理亦可用于糾正“抬頭”現(xiàn)象。d.利用箱身前端底板設(shè)置的“船頭坡”，將箱身底板前端的土方欠挖，造成一個上坡的趨向。e.最可靠的方法是接長滑板，使箱體在預(yù)定的行進(jìn)軌道上正常前進(jìn)。

5 結(jié)語

框架頂進(jìn)施工是既有線常用的施工方法，后背是頂進(jìn)的支承點(diǎn)，箱體頂進(jìn)是施工的重點(diǎn)，線路加固是保證既有線運(yùn)營安全的關(guān)鍵，因此通過該鋼筋混凝土框架頂進(jìn)涵后背設(shè)計(jì)與檢算、箱體頂進(jìn)等關(guān)鍵工序的施工，可為以后類似頂進(jìn)施工提供參考，有較大的實(shí)用性。

[1] 劉水林，賈豐文.頂涵技術(shù)在電纜隧道施工中的應(yīng)用[J].山西建筑，2004，30(9):30-31.

[2] 霍連祥.既有線頂進(jìn)涵線路加固方法淺析[J].科技資訊，2011(9):91-93.

[3] 譚 波.既有線頂進(jìn)施工技術(shù)[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2011(9):7-9.