既有線頂進涵施工關鍵技術

譚恩鋒

(中鐵隧道集團杭州分公司，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，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)左側為一條高崗村進村5 m寬主干道路及3層～7層樓房民宅區;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)右側為水塘，既為山坡會水點，受既有線影響施工道路只能以DK191+906(1-4.0 m ×4.5 m)蓋板涵進入。

2 工藝流程

工藝流程見圖1。

圖1 既有線頂進涵施工工藝流程圖

3 工程難點及關鍵技術

針對該既有線頂進涵的現場施工情況及工藝流程圖，確定該工程的施工重難點及關鍵技術為:

1)后背施工及受力檢算;

2)頂進施工。

4 施工關鍵技術

4.1 后背施工與受力檢算

1)根據施工經驗及設計建議，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)如頂進時發現后背開裂，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(箱體頂進為空頂):P=KN。

其中，K為系數，取值1.2;N為框構箱身重量。

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算:

后背填土容重取 γ =1.7 t/m3，φ =30°。

朗金被動土壓系數: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

4.2.1 頂鎬及傳力設備的配置

1)頂鎬配置。

配備需要的頂鎬數量按下列公式計算:

其中，n為需用頂鎬臺數;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，一般按0.7計。

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

2)傳力設備配置。

根據每次千斤頂的頂程更換傳力設備(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格和足夠的數量配備，頂進過程中，頂鐵和頂柱橫向配置Ⅰ40工字鋼連接，每4 m設一道橫梁，防止傳力設備偏心受力后上拱彈起和橫向移動。

4.2.2 準備工作

1)準備工作包括頂進設備的檢查、安裝和調試。頂進設備分為液壓系統和傳力設備。主要檢查液壓元件、管路接頭、儀表等是否正常，以及檢查千斤頂的行程是否與設計相符，頂鐵或傳力設備是否足夠完好。

2)建立四線四點:箱身頂進觀測中心線、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。

3)在箱身前、后分別固定帶標尺的觀測牌。

4.2.3 試頂

當箱身混凝土達到要求強度，頂進設備安裝調試完畢，測量儀器安置穩妥，作業分工明確后，就可進行試頂進，全面檢查設備情況及頂進的狀態。

1)設備安裝調試:

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，調整電接點壓力表和壓力繼電器的保安值，調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。調整檢查工作結束后，確認液壓系統可靠、電氣操縱靈敏準確即可進行試頂工作。

2)試頂:

試頂工作以頂動箱體為止，試頂時加強箱體中線，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.各有關部位及觀察點均設有專人負責，隨時注意變化情況;b.開動油泵每當油壓升高5 MPa～10 MPa時須停泵觀察，發現異常，及時處理;c.當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，無異常現象再開油泵，直至箱身啟動;d.試頂完后進行一次全面檢查，各部位情況良好方可進行正式的頂進作業。

4.2.4 頂進作業

頂進施工的最終目的即保證框架涵按照設計要求行進到指定位置，因此在頂進過程中主要任務就是要保證該框架涵的頂進方向的正確性。

為確保箱身頂進的方向和高程，頂進前必須在頂進的后方設置觀測點，布置好觀測基準樁，觀測點距后背要保持一定距離，以免后背變形而影響觀測結果。觀測點有徠卡TCR402全站儀，在頂進過程中箱身每前進一頂程，即對箱身的軸線、橫向及高程進行觀測，并做好詳細記錄，發現偏差及時通知頂進指揮人員采取措施，糾正偏差。

觀測站設置時應離后背一定距離，以免后背變形而影響觀測儀器的穩定。設置3個縱向觀測站，每個觀測站設徠卡TCR402全站儀各一臺。在箱身頂板四個角上，各用環氧樹脂粘貼水平及方向標尺一根。為掌握頂進中后背變形情況，在后背一側設置一橫向觀測站，設徠卡TCR402全站儀一臺，在后背梁兩端設立標尺，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常檢查，中線觀測點和水準基點經常核對，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，應盡快上碴，恢復線路，以確保行車安全。框架頂進后允許偏差見表1。

表1 框架頂進后允許偏差表

4.2.5 頂進施工中控制的重點

要使箱身頂進方向不致偏斜，布置千斤頂時應嚴格根據箱身斜交情況計算的千斤頂布設位置進行布設，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生方向偏差，可利用已預制好的箱身、中間加滾桿作導向墩進行控制。

箱身入土后，應注意挖土斷面正確，使頂進所挖的土孔與箱身方向一致。

1)箱身方向糾偏方法:

a.用增減一側千斤頂的頂力調整;b.用后背頂鐵(柱)調整;c.可在前端一側超挖，另一側少挖土或不挖來調整方向;d.在箱身前端加橫向支撐來調整，一端支撐在箱身邊墻上，另一端支在開挖面上，頂進時迫使其向被頂一側調整。

2)糾正箱身“抬頭”的方法:

當箱身“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，在頂進中逐步調整，當情況好轉時，便應酌情停止超挖以免又造成箱身“扎頭”。a.吃土頂進:挖土時，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，達到糾正“扎頭”的目的，但應注意的是增加重量后要逐步卸載，否則會出現“抬頭”現象，同理亦可用于糾正“抬頭”現象。d.利用箱身前端底板設置的“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，使箱體在預定的行進軌道上正常前進。

5 結語

框架頂進施工是既有線常用的施工方法，后背是頂進的支承點，箱體頂進是施工的重點，線路加固是保證既有線運營安全的關鍵，因此通過該鋼筋混凝土框架頂進涵后背設計與檢算、箱體頂進等關鍵工序的施工，可為以后類似頂進施工提供參考，有較大的實用性。

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

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

[3] 譚 波.既有線頂進施工技術[J].企業技術開發，2011(9):7-9.