顶进涵施工中的高程控制

顶进涵施工中的高程控制
摘要：本文简要介绍顶进涵施工中控制高程的预防和处理方法。

关键词：顶进涵施工高程控制
引言：
为维护铁路线正常运输，在公路与铁路、铁路与铁路交叉口增设下穿式立交桥大多采用顶进法施工方案，在桥涵顶进施工过程必须严格地控制高程，其中发生较多的质量问题是“扎头”和“抬头”病害，这种病害直接影响立交桥顶进就位的工程质量，甚至影响到下穿道路纵向坡度、道路给排水结构、上部线路道床厚度等质量问题，进而影响到铁路运输安全。

正文：
1、“扎头”和“抬头”质量病害原因分析
1. 1从桥涵顶进受力结构进行分析
⑴当桥涵框构在滑板上空顶，只有顶力大于结构重的静摩擦阻力时才能够启动。

框构顶进启动后，滑动摩擦阻力小于其静摩擦阻力。

这时顶进推动力减小很多。

⑵当桥涵构的前端入土时，以及框构重心离开滑板之后，其受力状态如图1所示。

P —顶力；
Q —刃脚正面阻力；
N —刃脚竖直分力；
H —地基反力；
R —桥上部线路静载与列车活载的垂直压力；
其中p、q、r、n、h为相应各力对“O”点的力臂。

此时框构由刚性滑板进入弹性地基。

当结构重心离开滑板之后，按弹性地基反力的分布规律，框构前缘地基反力的集度值最大，因而引起地基的压缩沉陷，导致结构前倾。

这时滑板前缘即为力距中心，构成了两种相反的力矩。

以M扎代表使桥涵向下扎实的力矩；以M抬代表使桥涵向上抬头的力矩。

由力学公式得
M扎=P×p+Q×q+R×r；
M抬＝F×f+E×e+G×g+N×n+H×h
当M扎>M抬时，呈向下“扎头”趋势；当M扎<M抬时，呈向上“抬头”趋势。

⑶当桥涵框构全部离开滑板之后，其受力状态如图2所示。

虽然构成M扎、M抬基本因素没有变化，但由于力矩中心“O”移到了框构的尾端，力臂r也逐渐增大了，则力R构成的力矩对结构的影响也逐渐增大；当“抬头力矩”M抬不足以抵消这些影响时，必会引起“扎头”。

1.2从影响顶进高程的各种因素上分析
⑴地下水位的高低
不论地表水还是地下水，如果水面高程超过基底，基底土壤含水量饱和，土壤承载力降低。

尤其对粘性土，严重地降低了其基底的承载能力，顶进时易出现“扎头“现象。

⑵框构桥涵基底的土质条件
由于各种土质基底的承载能力不同，直接影响到框构脱离滑板“下坑”后的高程变化；同时，各种土质的内摩擦角不同，其土压力对框构周边产生的摩擦阻力也不同，由侧面摩擦阻力形成对框构的夹持力也直接影响到顶进高程的变化。

⑶桥涵的构造形式
桥涵框构的前端设有刃脚，如果桥涵较长，则刃脚的较小；如果桥涵较短，则刃脚影响较大，容易导致结构的整体重心前移，形成“扎头”的趋势。

⑷上部线路静载及动载
当桥涵框构身进入线路下时，直接承受着线路的重量及火车动载的冲击力和振动力。

作用在桥涵前端的轨道荷载加朋了箱涵M扎，促使箱涵“扎头”加剧。

(5)顶进工作面的开挖形式
顶进端土方开挖形式与箱涵扎头、抬头有直接关系。

箱涵刃脚正侧是欠挖还是超挖对促使框构顶进扎头或抬头。

另外，不同的施工方法、顶程的大小、框构顶部有无覆盖土等因素也都客观地影响到高程的变化。

2、预防和处理“扎头”与“抬头”的技术及安全措施
2．1 技术措施
2．1．1顶进桥涵施工降水技术措施
由上述分析可知：顶进桥涵施工降水直接影响到工程质量与施工安全。

因此，在施工中要做到：根据地质水文条件，做好施工降水工作，地下水标高应控制在基底以下0.5m~1.0m。

江苏邳县公铁立交桥，位于徐边DK152+362处，桥上有4条铁路线，为4节3孔（8＋10+8）框构桥，采用中继间顶进法。

桥框构底板处土壤砂粘土及地下水位位于底板以下，基底土质承载力较差。

施工采用井点法降水，由于桥址地形的局限性，井位布置不好，降水效果不佳，框构桥顶进先产生“扎头”现象。

对“扎头”效果采用了基底投入轨枕、钢轨滑道的处理方法，加强降水点位布置，降水效果较好，经处理后的结果使“扎头”变为了“抬头”，4节框构涵成竖向折线形。

2．1．2 控制基底土质状态的技术措施
（1）、根据基底土质状态，在框构的底板前端设置“船头坡”。

“船头坡”一般宽1M，高0.1M~0.2M。

“船头坡”可以产生欠挖效果、减少基底原土层扰动，减少顶进“扎头”现象。

（2）、在预制滑板时，顶进方向做成一定坡度的上坡，也是减少顶进“扎头”的一种措施。

预留坡度的大小应根据基底土质条件和框构线路条件确定。

设想在出现“扎头”时，框构能落到预期位置，一般可按1%~5%预留。

（3）、在遇有不良基底条件时，可先换填基底，并沿顶进的方向做成浆砌片石滑道，或摆铺混凝土板、摆铺混凝土轨枕或钢轨的办法。

2．1．3 其他措施
（1）、根据框构的长短及刃脚的设置情况，可在框构的尾部设置平稳配重。

用配重平衡结构自身和线路上部的静载与列车动载，确保顶进桥涵施工及列车行驶时的安全。

（2）、在滑板的前端设置过渡段，起到延长滑板的作用，也延长了框构重心“下坑”的距离。

株六复线DK636＋500顶进涵设计在一侧预制并同时顶进，顶程达到26m。

其框构基底为黄褐色塑性粘土。

针对这种基底土质不良，容易产生“扎头”现象的地质条件，在预制滑板时设置了5%的上坡，做了1.5m宽的过渡段，在顶进中做了5m的浆砌片石滑道，在框构的尾部相应设置了3.5m长的平稳重。

顶进结果最终框构就位高程偏高3cm，小于规范要求的15cm。

（3）、千斤顶顶镐位置布置影响M抬和M扎。

要根据阻力合力作用线及垂直合力作用线的情况决定，尽量使顶力接近阻力合力的作用线，一般将千斤顶窝设于底板靠上部的位置。

（4）、在刃脚的底板正面适当增加欠挖面积，强制顶进，当顶力有较大富余时，也可采取全断面顶进的方法。

（5）、当桥涵框构顶进产生“抬头”时，可采用在基底及刃脚下适量超挖。

2．2 安全措施
（1）、施工中如遇大雨或严重影响基底可能导致“扎头”时，要立刻停止施工。

（2）、为确保施工安全，施工中的顶进机具及其他大型机械设备要经地方建设主管部门的鉴定并符合铁道部的有关规定。

（3）、施工中的作业人员，尤其是特殊工种必须经培训合格并持证后方可进行作业。

（4）在桥涵基坑周边必须设置两道牢固的安全防护栏杆。

（5）、应在施工区域危险地带设置安全警示标志，夜间要设置红色标志灯。

（6）、在顶进基坑内不能堆土、堆料等，同时在施工中必须随时观察土壁的变化情况，遇有裂纹或壁土的松动情况，要立即停止顶进并采取支撑或其他防护措施。

3、结束语
对于下穿式顶进桥涵施工，预防和处理桥涵“扎头”与“抬头”的各种措施都应根据每个桥址的具体情况而定，不能生搬硬套。

在施工中加强跟踪测量，及时准确分析、预测“抬头”与“扎头”的趋势，合理选择安全预防措施，使桥涵顶进施工达到安全优质的预期效果。

4、参考文献
4.1 铁路桥涵工程质量检验评定标准（TB10415-98）
4.2 铁路桥涵施工规范（TBJ203-96）
4.3 既有铁路施工安全管理（廖济广）
4.4 铁路施工技术安全规则汇编①。