談跨鐵路無卸載箱涵頂進(jìn)施工技術(shù)

楊 書 偉

(山西省第三建筑工程公司，山西 長治 046000)

談跨鐵路無卸載箱涵頂進(jìn)施工技術(shù)

楊 書 偉

(山西省第三建筑工程公司，山西 長治 046000)

以晉城市太岳街道路工程為例，根據(jù)其具體工程概況，采用箱涵頂進(jìn)施工技術(shù)，編制了專項(xiàng)施工方案，并經(jīng)過詳細(xì)的計(jì)算，嚴(yán)格按照施工方案組織施工，順利完成了箱涵施工，保證了工程施工質(zhì)量，為類似工程積累了經(jīng)驗(yàn)。

箱涵，頂進(jìn)，橫梁，縱梁，豎向變形

1 工程概況

本工程為晉城市太岳街道路工程，穿越晉煤集團(tuán)古礦鐵路專用線，該鐵路專用線為單線非電氣化鐵路，其鋼軌型號為50 kg/m，軌枕為鋼筋混凝土枕。道路穿越鐵路部分為框架橋，主體采用12.5 m+(16 m-16 m)+12.5 m四孔分體式框架結(jié)構(gòu)，中孔聯(lián)體框架每孔凈寬均為16 m，邊孔凈寬12.5 m。邊孔與中孔結(jié)構(gòu)間距為0.3 m，框架橋中心線與古礦專用線的夾角為75°，箱橋平面為平行四邊形，框架橋中心頂板頂面距離鐵路軌底最小距離為0.8 m。

框架橋正截面總寬為64.6 m，框架長度為13 m；框架橋中孔結(jié)構(gòu)總高10.5 m，結(jié)構(gòu)凈高8.3 m，頂板厚1.0 m，底板厚1.2 m，中墻、邊墻厚均為1.0 m；頂板加腋采用0.5 m×1.5 m，底板加腋采用0.5 m×0.5 m；框架橋邊孔結(jié)構(gòu)總高10.5 m，結(jié)構(gòu)凈高8.5 m，頂板厚0.9 m，底板厚1.1 m，邊墻厚1 m；頂板加腋采用0.4 m×1.2 m，底板加腋采用0.5 m×0.5 m。

2 施工準(zhǔn)備

1)施工前，將受影響的直埋光、電纜向兩側(cè)各開挖250 m，施工范圍內(nèi)的光、電纜挑出并用槽鋼雙扣防護(hù)，固定在架空加固縱梁外側(cè)的橫梁上。

2)頂進(jìn)設(shè)備液壓系統(tǒng)安裝及預(yù)頂試驗(yàn)結(jié)果符合要求。

3)架空前在鋼軌軌腰上標(biāo)明縱梁的中心位置，并用油漆標(biāo)出架空時(shí)橫抬梁的位置，枕木間距進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)在軌腰上標(biāo)出縱梁就位后的梁端線和橫梁向上距軌腰的限界距離。

4)架空材料準(zhǔn)備:派專人聯(lián)系架空設(shè)備的來源，確定運(yùn)輸方式，保證各項(xiàng)材料按時(shí)到場，架空設(shè)備利用汽車運(yùn)至?xí)x城火車站待命，用軌道車運(yùn)至施工現(xiàn)場安裝。

3 頂進(jìn)前準(zhǔn)備

工作坑土方采用機(jī)械施工，挖至標(biāo)高上約0.3 m，人工清底。

在工作坑內(nèi)進(jìn)行滑板、錨梁、導(dǎo)向墩、后背鋼筋綁扎，澆筑混凝土滑板，采用商品混凝土，汽車輸送泵進(jìn)行。按要求設(shè)置混凝土導(dǎo)向墩?；炷翉?qiáng)度等級采用C25，滑板高度20 cm。在灌注混凝土?xí)r，用直徑12 mm鋼筋頭埋入混凝土內(nèi)，分成1.0 m方格網(wǎng)，控制高程；利用混凝土吸水機(jī)配合收面，控制滑板頂面平整度和光滑度。

在滑板長度方向每米掛一道線繩，作為石蠟厚度的控制標(biāo)準(zhǔn)，而后均勻?yàn)⒁粚蛹s2 mm厚的柴油與石蠟的液體混合物。石蠟?zāi)毯?，在其表面撒一?.2 mm～1.0 mm厚的滑石粉，而后沿縱向鋪上兩層塑料薄膜，薄膜接縫處壓槎不小于0.3 m。

4 頂進(jìn)驗(yàn)算

1)穿橫梁。

本工程架空采用“橫抬縱挑”法，普通橫梁采用3703橫梁，間距小于0.6 m，作為縱梁支點(diǎn)的橫抬梁組采用3703桿件組成，如圖1所示。

[3703]橫梁驗(yàn)算：在支點(diǎn)樁拆除時(shí)，支點(diǎn)樁處縱梁將荷載傳遞到[3703]橫梁后，經(jīng)[3703]橫梁傳遞到箱涵和支點(diǎn)。假設(shè)支點(diǎn)樁拆除時(shí)箱橋邊緣距離支點(diǎn)樁邊緣0.6 m，進(jìn)行[3703]橫梁的驗(yàn)算，如圖2所示。

R取縱梁驗(yàn)算時(shí)支點(diǎn)反力的最大值，R=57.108 t。

最大彎矩M=57.26 t·m。

施工中每處橫抬梁為2組[3703]，共4片。

最大應(yīng)力σ=M/W=57.26×104/(1 721×10-6×4)=83.18 MPa<170 MPa。

最大撓度f=RC(3L2-4C2)/48EI=57.108×104×1.2×(3×7.32-4×1.22)/(48×2.1×1011×37 856×10-8×4)=0.006 9 m

所以[3703]橫抬梁滿足要求。施工中架空支點(diǎn)樁距離箱涵前沿超過0.6 m時(shí)不得拆除。

2)縱梁就位。

橫梁穿設(shè)到位后，利用軌道車進(jìn)行縱梁就位，抓緊時(shí)間與橫梁進(jìn)行連接，鋼梁升降時(shí)兩側(cè)做好支撐，由專人看護(hù)，防止鋼梁傾倒。

縱梁采用Ⅰ100工字鋼，距離古礦鐵路專用線中心線外側(cè)2.2 m，均為一片置于橫梁上。縱梁接長使用專用節(jié)點(diǎn)板及高強(qiáng)螺栓可靠連接，橫梁與縱梁使用專用配件可靠連接，為確保線路橫向穩(wěn)定，在鋼軌外側(cè)與縱梁間每隔2 m須設(shè)木支撐。

縱梁應(yīng)力計(jì)算：Ⅰ100工字鋼縱梁慣性矩I=787 228 cm4，W=14 180 cm3，[3703]I=37 856 cm4，W=1 721 cm3；鋼枕重量0.277 t/根。

現(xiàn)有軌道為P60軌，鋼筋混凝土枕。限速為45 km/h，驗(yàn)算按60 km/h。

縱梁所受恒載有(每片)：

鐵路、軌枕重量0.06+0.23/0.6/2=0.252 t/m。

橫抬梁重量0.277/0.6/2=0.231 t/m。

縱梁自重0.375 t/m。

總恒載為q1=0.252+0.231+0.375=0.858 t/m。

縱梁計(jì)算跨度取L=8 m，α=0.5。

鐵路標(biāo)準(zhǔn)活載換算均布活載為q2′=15.13 t/m。

沖擊系數(shù)：驗(yàn)算速度為60 km/h，所以V=60 km/h。

沖擊折減系數(shù)υ=V/(2VKP-V)=60/(2×80-60)=0.6(VKP=80 km/h)。

沖擊系數(shù)：1+υμ=1+0.6×28/(40+L)=1.35。

每片縱梁承受活載為q2=(1+υμ)q2′/2=1.35×15.13/2=10.21 t/m，如圖3所示。

在恒載、活載的作用下R=44.272 t。

最大彎矩M=(q1+q2)L2/8=88.544 t·m。

最大應(yīng)力σ=M/W=88.544×104/(14 180×10-6)=62.44 MPa<170 MPa。

最大撓度f=5(q1+q2)L4/(384EI)=5×11.068×104×84/(384×2.1×1011×787 228×10-8)=0.003 6 m

縱梁計(jì)算跨度取L=12 m，α=0.5(頂進(jìn)邊孔箱橋時(shí)縱梁最大跨度)。

鐵路標(biāo)準(zhǔn)活載換算均布活載為q2′=13.12 t/m。

沖擊系數(shù)：驗(yàn)算速度為60 km/h，所以V=60 km/h。

沖擊折減系數(shù)υ=V/(2VKP-V)=60/(2×80-60)=0.6(VKP=80 km/h)。

沖擊系數(shù)：1+υμ=1+0.6×28/(40+L)=1.32。

每片縱梁承受活載為q2=(1+υμ)q2′/2=1.32×13.12/2=8.66 t/m，如圖4所示。

在恒載、活載的作用下R=57.108 t。

最大彎矩M=(q1+q2)L2/8=171.324 t·m。

最大應(yīng)力σ=M/W=171.324×104/(14 180×10-6)=120.82 MPa<170 MPa。

最大撓度f=5(q1+q2)L4/(384EI)=5×9.518×104×124/(384×2.1×1011×787 228×10-8)=0.016 m

3)反后背樁反力計(jì)算。

反后背樁驗(yàn)算兩部分內(nèi)容，如圖5所示，樁身抗彎驗(yàn)算和樁身穩(wěn)定性驗(yàn)算如下(內(nèi)摩擦角φ=30°，土容重γ=1.8 t/m3)，反后背樁受力如圖6所示。

a.樁身抗彎驗(yàn)算。

橫抬梁下設(shè)四氟板滑動(dòng)支點(diǎn)，橫抬梁與四氟板間摩擦系數(shù)取μ=0.066 4。

從縱梁驗(yàn)算知橫抬梁傳遞給支點(diǎn)的最大豎向力為R=57.108 t。

則橫抬梁傳遞到反后背樁的橫向力f=μR=0.066 4×57.108×2=7.58 t。

架設(shè)樁端固結(jié)在土體中，則距離樁底6.5 m處為樁體最大彎矩處，且Mmax=fL=7.58×8.96=67.92 t·m，W=πd3/32=0.169 56。

σ=Mmax/W=67.92×104/0.169 56=4.006 MPa<[σ]=8.5 MPa。

b.樁身穩(wěn)定性驗(yàn)算。

主動(dòng)土壓力a1=γh1tg2(45°-φ/2)=1.8×4.4×0.33=2.64 t/m2。

主動(dòng)土壓力a2=γh2tg2(45°-φ/2)=1.8×10.9×0.33=6.54 t/m2。

則Ea=(a1+a2)h0/2=(2.64+6.54)×6.5÷2=29.835 t/m。

計(jì)算得：h=2.79 m。

被動(dòng)土壓力p1=γh1tg2(45°+φ/2)=1.8×6.5×3=35.1 t/m2。

則Ep=p1h1/2=35.1×6.5÷2=114.075 t/m。

橫抬梁傳遞到反后背樁橫向力對樁底取力矩：

Mf=fL=7.58×15.46=117.19 t·m。

主動(dòng)土壓力對樁底取力矩：

MEa=1.2Ea·h=1.2×29.835×2.79=99.89 t·m。

被動(dòng)土壓力對樁底取力矩：

MEp=1.2Ep·h=1.2×114.075×6.5÷3=296.595 t·m。
Mf-MEa=117.19-99.89=17.3 t·m

所以反后背樁不會(huì)繞樁底轉(zhuǎn)動(dòng)，樁身穩(wěn)定性滿足要求。

5 設(shè)備安裝及試頂

計(jì)算中孔箱涵最大頂力為4 680 kt/m，中孔頂進(jìn)共需320 t頂鎬15臺備用2臺，1臺油泵，油管路接頭加O形橡膠密封圈，各支管間平行布置，人工操作油路流向操作臺應(yīng)急控制閥，主、支油管路銅管，高壓軟管配合使用。箱身底板端部安裝δ=20 mm厚的鋼板確保頂進(jìn)時(shí)千斤頂和框架端部混凝土接觸面不受損壞，前端安裝護(hù)板。

試頂時(shí)由項(xiàng)目工程師統(tǒng)一指揮，施工人員操縱所有的千斤頂一起頂出，箱身起動(dòng)，記錄壓力表讀數(shù)。從試頂開始到頂進(jìn)期間，頂進(jìn)方向和框架軸線一致。

6 箱涵頂進(jìn)

1)普通橫抬梁從鐵路軌底穿過，橫抬梁與鋼軌之間必須可靠絕緣。

2)在線路鋼軌下面掏槽，按照橫抬梁間距逐次穿入，并調(diào)節(jié)到同一高度，橫梁與鋼軌之間用絕緣膠墊，并嚴(yán)格遵循“隔六穿一”的規(guī)則。

3)根據(jù)箱橋預(yù)制實(shí)際情況，采用兩次架空方案，第一次架空頂進(jìn)中孔，線路架空加固長度為每側(cè)64 m，第二次架空頂進(jìn)兩個(gè)邊孔，線路架空加固長度為每側(cè)32 m。

4)在框架頂進(jìn)的過程中，隨著框架不斷地向前移動(dòng)，橫梁一端深入到頂板中，在頂板搭設(shè)枕木垛作為橫梁支點(diǎn)，當(dāng)支點(diǎn)樁影響框架橋繼續(xù)頂進(jìn)的時(shí)候，拆除支點(diǎn)樁，縱梁加設(shè)在框架橋上，對應(yīng)縱梁在框架橋上的支承位置，需要設(shè)置安全并且可靠的滑動(dòng)支點(diǎn)，滑動(dòng)支點(diǎn)對應(yīng)框架橋上的滑動(dòng)線末位須在框架橋內(nèi)預(yù)埋鋼板。

5)為了限制縱梁橫向位移，帽梁對應(yīng)縱梁兩側(cè)預(yù)埋短鋼軌，鋼軌與縱梁腹板間隙采用硬木填塞。

7 頂進(jìn)挖土施工

頂進(jìn)挖土施工采用PC220挖掘機(jī)2臺，ZL50裝載機(jī)1臺，頂進(jìn)挖土采用機(jī)械與人工配合，開挖坡度設(shè)置為1∶0.5，每次開挖進(jìn)尺為0.6 m，挖土頂進(jìn)三班不間斷連續(xù)作業(yè)。

千斤頂對布置在靠近墻端，中孔頂進(jìn)共需320 t頂鎬15臺備用2臺。一臺油泵安放在箱涵靠墻一面，各類頂鎬、傳力柱、分配梁采用25 t吊車吊裝。

挖運(yùn)土與頂進(jìn)循環(huán)交替進(jìn)行，每前進(jìn)一頂程，即切換油路，并將頂進(jìn)千斤頂活塞恢復(fù)原位，按頂進(jìn)長度補(bǔ)放小頂鐵，更換長頂鐵，安裝橫梁。

當(dāng)框架底板挖土完成一進(jìn)尺長度時(shí)，開動(dòng)油壓泵使千斤頂受液壓而產(chǎn)生頂力，推動(dòng)箱身前進(jìn)，當(dāng)千斤頂頂進(jìn)到限位時(shí)，控制操作系統(tǒng)將活塞退回原位，在空檔處增放頂鐵，頂鐵用鋼軌及鋼板焊接而成，長度為1 m,2 m,4 m不等在頂進(jìn)的過程中及時(shí)更換，以待下次開鎬。循環(huán)往復(fù)，直至就位。

8 監(jiān)控與驗(yàn)查

箱涵頂進(jìn)過程中，每天定時(shí)觀測箱涵底板上設(shè)置的觀測標(biāo)釘高程，計(jì)算相對高差，展圖，分析豎向變形，對中邊墻測定豎向彎曲；定期觀測箱涵裂縫及開展情況，重點(diǎn)監(jiān)測底板、頂板、中邊墻等部位變形情況。

9 結(jié)語

穿鐵路的箱涵施工，采用箱涵頂進(jìn)技術(shù)，編制專項(xiàng)施工方案，進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，嚴(yán)格按照施工方案組織施工，能夠按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求完成施工，保證了工程施工質(zhì)量，為以后類似工程積累了經(jīng)驗(yàn)。

Discussion on jacking construction technology of crossing-railway unloading box culvert

YANG Shu-wei

(Shanxi 3rd Building Engineering Company, Changzhi 046000, China)

Taking Tai-Yue highway engineering of Jincheng city as an example, according to specific project general situation, the paper adopts box-girder jacking construction technology, compiles special construction scheme. Through specific calculation, it strictly controls construction organization, successfully finishes box girder construction, and guarantees engineering construction quality, which has accumulated experience for similar engineering.

box girder, jacking, horizontal beam, vertical beam, vertical deformation

1009-6825(2014)36-0166-04

2014-10-13

楊書偉(1980- ),男，工程師

U445

A