供水管道斜穿鐵路框構(gòu)橋頂進(jìn)施工中的狀態(tài)控制

孫 鈺

（遼寧省水利廳，遼寧阜新123114）

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供水管道斜穿鐵路框構(gòu)橋頂進(jìn)施工中的狀態(tài)控制

孫 鈺

（遼寧省水利廳，遼寧阜新123114）

摘要：本文介紹了供水管道斜穿鐵路框構(gòu)橋施工過程中，頂進(jìn)施工狀態(tài)控制的目的和控制方法。采用這些控制方法，高質(zhì)量地完成了框架橋的頂進(jìn)施工任務(wù)，各項偏差指標(biāo)均滿足驗收規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞：框構(gòu)橋；頂進(jìn)施工；狀態(tài)控制

1　工程概況

遼寧省重點輸水工程供水管道斜穿新義鐵路框構(gòu)橋位于新義線K14 +853處，鐵路中線與擬建的水利管線交叉角度為85°。橋址處共有兩條單線鐵路，分別是新義線和新義上行線，兩條線路的線間距為19.84m，施工地段均處在直線段上。新義線是用60kg/m鋼軌鋪設(shè)的無縫線路，鋼筋混凝土軌枕，碎石道床，施工段位于3.0‰的下坡上，路基高度約為7.5m。新義上行線是用50kg/m鋼軌鋪設(shè)的無縫線路，鋼筋混凝土軌枕，碎石道床，施工段位于3.2‰的下坡上，路基高度約為5.0m。擬建供水管道為2根D3820mm鋼管，外包混凝土。設(shè)計采用1～11.0m框構(gòu)橋下穿鐵路，防護(hù)水管。

框構(gòu)橋箱體主體結(jié)構(gòu)為橋內(nèi)凈寬×凈高= 11.0m×6.0m，框構(gòu)橋頂板厚1.0m，底板厚1.1m，邊墻厚1.1m，框構(gòu)橋全高8.1m，全寬13.2m，順?biāo)芊较驑蜷L分別為33.0m、21.0m。新義線軌底至框構(gòu)橋箱體頂板頂面8.63m，新義上行線軌底至框構(gòu)橋箱體頂板頂面5.97m。框構(gòu)橋用C35高性能混凝土澆筑，用HPB235、HRB335鋼筋，頂部用TQF-1防水層，玻纖維砼保護(hù)層，側(cè)面用JS-18防水涂料涂兩遍。

框構(gòu)橋箱體采用工作坑內(nèi)預(yù)制然后頂進(jìn)的施工方法。工作坑位于新義上行線外側(cè)，向新義線鐵路方向頂進(jìn)施工。

2　框構(gòu)橋箱體頂進(jìn)施工工藝流程

框構(gòu)橋箱體頂進(jìn)施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→鐵路三電排遷→線路加固→加固框構(gòu)橋進(jìn)出口路基旋噴樁施工→大口井降水→開挖工作坑→澆筑后背梁、滑板、隔離層→預(yù)制框構(gòu)橋箱體→安裝頂進(jìn)設(shè)備→頂進(jìn)設(shè)備調(diào)試、試頂→挖土、頂進(jìn)→增加頂鐵→循環(huán)挖土、頂進(jìn)→框構(gòu)橋就位→拆除線路加固設(shè)備→整修、恢復(fù)線路

框構(gòu)橋箱體頂進(jìn)施工過程中的施工準(zhǔn)備、鐵路三電排遷、鐵路線路加固、框構(gòu)橋進(jìn)出口路基旋噴樁加固施工、大口井降水、開挖工作坑、澆筑后背梁、滑板、隔離層、預(yù)制框架橋主體結(jié)構(gòu)，以及拆除線路加固設(shè)備、整修和恢復(fù)線路等工序，均按設(shè)計要求和常規(guī)方法進(jìn)行施工。本文只就框構(gòu)橋頂進(jìn)施工過程中狀態(tài)控制的目的、方法和要求加以說明。

3　框構(gòu)橋箱體頂進(jìn)過程狀態(tài)控制目的

框架橋箱體在頂進(jìn)過程中需要進(jìn)行三種狀態(tài)控制。包括框構(gòu)橋箱體頂進(jìn)啟動時的狀態(tài)控制、頂進(jìn)過程中的中線和高程控制、箱體就位時的狀態(tài)控制等。

3.1 框構(gòu)橋箱體頂進(jìn)啟動狀態(tài)控制

所謂框構(gòu)橋箱體頂進(jìn)的啟動狀態(tài)，指的是框構(gòu)橋箱體預(yù)制完成以后，從靜止到開始頂進(jìn)時的狀態(tài)。這時需要的頂力最大，是對頂進(jìn)設(shè)備的能力和后背梁、滑板的工作能力最好的檢驗和考驗。啟動過程中若頂進(jìn)設(shè)備的能力不足或后背梁、滑板等發(fā)生了塤壞，必須分析原因，提前對這些問題加以改進(jìn)。若啟動順利，則可以避免施工過程中發(fā)生頂力不足、頂進(jìn)困難、后背或滑板損壞等等問題，使框構(gòu)橋的頂進(jìn)施工能夠順利進(jìn)行。

3.2 框構(gòu)橋箱體頂進(jìn)方向和高程控制

框構(gòu)橋箱體頂進(jìn)過程中滑板的摩擦系數(shù)很小，頂進(jìn)力稍有偏差就會使箱體的前進(jìn)方向發(fā)生較大的偏差。在頂進(jìn)過程中，箱體兩側(cè)的土體壓力和阻力會不斷發(fā)生變化，也會使箱體的前進(jìn)方向發(fā)生偏差。必須時時監(jiān)控箱體的頂進(jìn)方向，及時糾偏，確保箱體的中線偏差處在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)?？驑?gòu)橋箱體頂進(jìn)過程中會不斷地發(fā)生“抬頭”和“扎頭”，必須采取有效的方法及時糾正。因為一旦出現(xiàn)較大的“扎頭”和“抬頭”，是很難糾正的。

3.3 框構(gòu)橋箱體頂進(jìn)就位狀態(tài)控制

設(shè)計要求框構(gòu)橋的箱體就位時應(yīng)該保證準(zhǔn)確就位，只有這樣才能使框構(gòu)橋的箱體能按設(shè)計的要求承受荷載。但是框構(gòu)橋的箱體是在不斷進(jìn)行中線糾偏和不斷調(diào)整“抬頭”、“扎頭”的過程中就位的，箱體的中線和標(biāo)高都會發(fā)生偏差，框構(gòu)橋的箱體最終位置不可能完全與設(shè)計要求的位置相吻合，

對箱體頂進(jìn)就位的具體要求是用鐵路中線在框構(gòu)橋上的位置來控制的。要使鐵路中線在箱體上的位置正確，必須在頂進(jìn)的最后階段放慢頂進(jìn)速度，一邊頂進(jìn)一邊測量，逐漸頂進(jìn)到位，防止箱體頂過了頭。

4　框構(gòu)橋箱體頂進(jìn)中主體結(jié)構(gòu)狀態(tài)控制

4.1 框構(gòu)橋箱體準(zhǔn)確定位

框構(gòu)橋箱體澆筑時必須準(zhǔn)確定位，箱體中心線要準(zhǔn)確地坐落在滑板中心線上。為確保箱體在啟動后空頂階段頂進(jìn)的方向不發(fā)生偏差，要在箱體的兩側(cè)距箱體5cm處，每隔5m澆筑一對鋼筋混凝土導(dǎo)向墩，一來用于箱體的導(dǎo)向，二來可以用于箱體的糾偏。

在框構(gòu)橋箱體頂進(jìn)過程中，用經(jīng)緯儀監(jiān)測頂進(jìn)方向，用水平儀測量箱體頂面四個角的水準(zhǔn)點。正常頂進(jìn)時，每一個頂程對箱體的中線和高程觀測一次，在糾偏的過程中要增加觀測次數(shù)，及時采取措施糾偏，不使偏差過大發(fā)展，造成糾偏的困難。

4.2 糾正方向偏差

（1）框構(gòu)橋箱體空頂階段可以用設(shè)置導(dǎo)向墩和架設(shè)橫向千斤頂?shù)姆椒刂葡潴w的頂進(jìn)方向。箱體空頂階段發(fā)生方向偏差時，在箱體和導(dǎo)向墩之間加塞厚薄不同的鋼板，可以調(diào)整箱體的頂進(jìn)方向。當(dāng)方向偏差較大時，可以在箱體前端邊墻的外側(cè)橫向架設(shè)千斤頂，把偏移的箱體頂回來。

（2）箱體切入土體以后，挖土斷面一定要均勻，左右對稱，挖土進(jìn)尺寧短勿長，迎面的土體邊坡要平順，使箱體的頂進(jìn)阻力均衡。

（3）控制頂進(jìn)方向可以從調(diào)整頂力和調(diào)整阻力兩方面入手。需要進(jìn)行方向糾偏時，例如需要向左糾偏時，可以加大箱體右側(cè)的頂力（減少左側(cè)的頂鎬數(shù)，增加右側(cè)的頂鎬數(shù)），同時可以加大右側(cè)刃角的“吃土”量，減少左側(cè)刃角的“吃土”量，慢慢頂進(jìn)，箱體就會漸漸向左側(cè)偏轉(zhuǎn)。但是，糾偏時不能急于求成，一次的糾偏量不能太大，否則會矯枉過正，使箱體在頂進(jìn)過程中不斷地忽左忽右，左、右偏轉(zhuǎn)。

（4）用調(diào)整千斤頂后面頂鐵長短的方法調(diào)整箱體頂進(jìn)方向的偏差。在千斤頂后面加頂鐵時，可以根據(jù)偏差的方向，有意將一側(cè)頂鐵楔緊，而將另一側(cè)頂鐵稍微加長（在頂鐵接頭處加一些鋼墊板），箱體的頂進(jìn)方向就會向頂鐵長度較短的一側(cè)偏移。

（5）用調(diào)整刃腳左右兩側(cè)挖土的多少來調(diào)整方向。如箱體前端向右偏，可在左側(cè)刃腳前超挖20～30㎝，右側(cè)保持刃腳吃土20～30㎝，用改變?nèi)心_兩側(cè)阻力的方法來糾偏。

（6）箱體頂進(jìn)過程中，若一側(cè)土體發(fā)生塌方，使這一側(cè)的土體較低、較薄，而另一側(cè)土體較高、較厚，箱體刃角前面的土體阻力會失去平衡，這時可以在塌方一側(cè)箱體前面臨時安裝側(cè)面鋼刃角，避免這一側(cè)的土體繼續(xù)坍塌，也可以增加這一側(cè)的土體阻力，此時，頂進(jìn)過程中要少挖、勤頂，開挖不能超過側(cè)面鋼刃角的前端，要先挖中部土體，再挖兩側(cè)的土體，盡量減少路基土體的暴露時間。

4.3 糾正高程偏差

（1）引起高程偏差的原因

所說的高程偏差指的是箱體發(fā)生的“抬頭”和“扎頭”現(xiàn)象。

①因地質(zhì)條件變化引起的高程偏差。當(dāng)箱體頂進(jìn)所經(jīng)過的土質(zhì)由軟（如砂性土）變硬（如粘性土）時，因箱體前端的沉降會變小，就可能發(fā)生“抬頭”，當(dāng)所經(jīng)過的土質(zhì)由硬變軟時，箱體前端的沉降會變大，就可能發(fā)生“扎頭”。

②因鐵路荷載引起的高程偏差。當(dāng)箱體頂進(jìn)到鐵路的下方時，箱體就要承受列車荷載，隨著箱體的不斷頂進(jìn)，列車荷載的作用位置會由箱體的前端逐漸向后端移。當(dāng)列車荷載剛上箱體時，巨大的列車荷載在箱體前端，可能引起箱體“扎頭”，當(dāng)列車荷載移到箱體后端時，可能引起箱體“抬頭”。

③因箱體上、下滑板時引起的高程偏差。因為箱體前端的刃角設(shè)有“船頭坡”，所以，當(dāng)箱體剛剛滑出滑板時，一般會發(fā)生“抬頭”；當(dāng)箱體的2 /3滑出了滑板以后，箱體的重心落在了地基土上，箱體會因前軟后硬而出現(xiàn)“扎頭”。

第二，一旦出現(xiàn)問題找專業(yè)的廠家解決，切不可道聽途說，加些不該加的物質(zhì)會適得其反。例如：淬火液pH值降低，加堿是有些廠家常用的手段，但是堿很容易和PAG物質(zhì)反應(yīng)，改變PAG結(jié)構(gòu)，影響冷卻性能。

④因刃角前的挖土深淺不同引起的高程偏差。當(dāng)用挖掘機(jī)挖土?xí)r，經(jīng)常會造成清底的深淺不同，使刃角吃土不是太淺就是太深，從而引起箱體“抬頭”或“扎頭”。因此，必須在挖掘機(jī)挖土之后，要再進(jìn)行人工清底或回填，使刃角吃土量均勻。

（2）調(diào)整“抬頭”的方法

①檢查箱體底部刃腳和側(cè)面刃腳安裝的角度是否合適，底部刃腳向上翹起過大，容易發(fā)生“抬頭”，反之則容易發(fā)生“扎頭”。可以通過調(diào)整刃腳角度的方法，糾正箱體的“抬頭”或“扎頭”。

②箱體兩側(cè)挖土不夠?qū)?，容易引起箱體“抬頭”，反之則容易發(fā)生“扎頭”。可以通過調(diào)整兩側(cè)挖土寬度的方法，糾正箱體的“抬頭”或“扎頭”。

③當(dāng)箱體的抬頭量不是很大時，可以把刃腳前的土體開挖到箱體的底面：如果抬頭量比較大時，要把刃腳前的土體超挖10～20㎝。在頂進(jìn)過程中“抬頭”量要逐漸調(diào)整，不能調(diào)整得過快，在接近設(shè)計高程前就要停止超挖，以免使箱體發(fā)生“扎頭”。

④頂進(jìn)過程中適當(dāng)增加“扎頭”的力矩，可以在刃腳根部壓上一些生鐵塊，“抬頭”的現(xiàn)象會慢慢地減小，直到被克服。但是，要注意監(jiān)測“抬頭”量減小的速度，當(dāng)“抬頭”量減小到一定值時要及時卸載，避免箱體出現(xiàn)“扎頭”。

（3）調(diào)整“扎頭”的方法

②檢查箱體底部刃腳和側(cè)面刃腳安裝的角度是否合適，方法如本文所述。

③頂進(jìn)過程中適當(dāng)增加“抬頭”的力矩，可以在箱體的后部壓上一些生鐵塊，“扎頭”的現(xiàn)象會慢慢地減小，直到被克服。

④加大底刃腳的“吃土”量，挖土?xí)r適當(dāng)欠挖，開挖面保持在箱體底板頂面以上10～20㎝，強(qiáng)制頂進(jìn)。

⑤當(dāng)頂進(jìn)前方的地基土質(zhì)變得松軟時，繼續(xù)頂進(jìn)會發(fā)生“扎頭”?？梢圆扇≡黾尤心_前面地基土承載力的方法，如在刃腳前面用30～40㎝的砂卵石進(jìn)行地基土換填，用三合土進(jìn)行地基土換填，甚至可以澆筑一層快硬混凝土來糾正“扎頭”。

5　結(jié)束語

供水管道斜穿新義鐵路框構(gòu)橋的施工過程中，按照本文中講述的三種狀態(tài)控制方法，對框構(gòu)橋箱體的頂進(jìn)狀態(tài)不斷地進(jìn)行了監(jiān)測和糾偏，使箱體頂進(jìn)過程中的偏差一直處在可控的范圍之內(nèi)。施工結(jié)束以后，實測的中線偏差：前端為左偏11mm，后端為左偏18mm，符合［1］中“中線偏差≤±50mm”的要求；實測的高程偏差：箱體頂面在新義線中線處的高程偏差為左側(cè)+8mm，右側(cè)+11mm，新義上行線中線處的高程偏差為左側(cè)+5mm，右側(cè)+9mm，符合［1］中“高程偏差≤±30mm”的要求，施工質(zhì)量符合要求，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。施工實踐證明，本框構(gòu)橋所用的箱體頂進(jìn)過程中狀態(tài)控制的方法是正確的、可行的。

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作者簡介：孫 鈺（1976年—），男，高級工程師。

收稿日期：2015-12-14

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.03.024

中圖分類號：TV512

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-2469（2016）03-0065-03