既有线顶进涵施工关键技术

谭恩锋

(中铁隧道集团杭州分公司，浙江 杭州 310030)

1 工程概况

K191+541(2-5.0 m×5.3 m，L=24 m)框架涵位于金温铁路温溪站内，下穿车站Ⅰ道(站线、P43钢轨)和Ⅱ道(正线、P60钢轨)，间距为5.0 m;涵位(既有线)左侧为一条高岗村进村5 m宽主干道路及3层～7层楼房民宅区;主干道中心离既有线坡脚线为18 m左右，离7层楼房23 m左右;涵位(既有线)右侧为水塘，既为山坡会水点，受既有线影响施工道路只能以DK191+906(1-4.0 m ×4.5 m)盖板涵进入。

2 工艺流程

工艺流程见图1。

图1 既有线顶进涵施工工艺流程图

3 工程难点及关键技术

针对该既有线顶进涵的现场施工情况及工艺流程图，确定该工程的施工重难点及关键技术为:

1)后背施工及受力检算;

2)顶进施工。

4 施工关键技术

4.1 后背施工与受力检算

1)根据施工经验及设计建议，后背采用P50钢轨桩;

2)钢轨桩间距0.2 m，轨底向土面，入土深2.5 m，桩总长8.0 m;

3)如顶进时发现后背开裂，必须采用钢轨桩及时加固处理;

4)后背分配梁采用C25钢筋混凝土浇筑;

5)本箱体顶进总顶力为1 538 t，钢轨桩后背受力如图2所示，后背检算如下:

箱体最大顶力(箱体顶进为空顶):P=KN。

其中，K为系数，取值1.2;N为框构箱身重量。

则:箱体混凝土重量 P1=1.2 ×490 m3×2.5 t/m3=1 470 t。

箱体钢筋重量P2=68 t。

后背梁长度为l=14.7 m。

则每米后背梁上的最大顶力为:

后背填土被动土压力计算:

后背填土容重取 γ =1.7 t/m3，φ =30°。

朗金被动土压系数:UP=tg2(45°+φ/2)=tg2(45°+30°/2)=3.0。

令h2=m×h1后背墙顶处:P1=εγh2tg2(45°+φ/2)(当后背后填土坡率为1∶1时取ε=0.5)。

后背墙底顶处:P2=γ(h1+εh2)tg2(45°+φ/2)=1.7×3.0×h1(1+0.5 × m)=5.1h1(1+0.5 × m)。

后背被动土压力: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。

图2 钢轨桩后背受力图

4.2 顶进

4.2.1 顶镐及传力设备的配置

1)顶镐配置。

配备需要的顶镐数量按下列公式计算:

其中，n为需用顶镐台数;T为顶镐额定推力(选用QW400型千斤顶T=400 t，卧式);η为顶镐的额定功效系数，一般按0.7计。

需要顶镐数量:n=1 538/(400×0.7)=5.5台，布置6台。液压系统设备配备:选用四平ZB9.5A1柱塞高压油泵，JDR-1型集中控制台。

2)传力设备配置。

根据每次千斤顶的顶程更换传力设备(顶铁或顶柱)。顶铁、顶柱特制加工;顶铁和顶柱配备按照框架顶程长度配置，并保证齐全的尺寸规格和足够的数量配备，顶进过程中，顶铁和顶柱横向配置Ⅰ40工字钢连接，每4 m设一道横梁，防止传力设备偏心受力后上拱弹起和横向移动。

4.2.2 准备工作

1)准备工作包括顶进设备的检查、安装和调试。顶进设备分为液压系统和传力设备。主要检查液压元件、管路接头、仪表等是否正常，以及检查千斤顶的行程是否与设计相符，顶铁或传力设备是否足够完好。

2)建立四线四点:箱身顶进观测中心线、后背梁变形观测中心线、1号和2号桩身变形观测中心线、3号和4号桩身变形观测中心线，1，2，3，4 号桩下沉观测点。

3)在箱身前、后分别固定带标尺的观测牌。

4.2.3 试顶

当箱身混凝土达到要求强度，顶进设备安装调试完毕，测量仪器安置稳妥，作业分工明确后，就可进行试顶进，全面检查设备情况及顶进的状态。

1)设备安装调试:

全面检查液压元件是否可靠，千斤顶功能有无异常，管路有否漏油，调整电接点压力表和压力继电器的保安值，调整溢流阀的作用压力，逐渐加大油压力推动箱身，测定推力，检查后背变化情况等。调整检查工作结束后，确认液压系统可靠、电气操纵灵敏准确即可进行试顶工作。

2)试顶:

试顶工作以顶动箱体为止，试顶时加强箱体中线，水平、纵向位移的观察，同时注意观察后背和底板的变化。试顶时须做到:a.各有关部位及观察点均设有专人负责，随时注意变化情况;b.开动油泵每当油压升高5 MPa～10 MPa时须停泵观察，发现异常，及时处理;c.当千斤顶活塞开始伸出，顶柱、顶铁压紧后立即停顶，检查各部位情况，无异常现象再开油泵，直至箱身启动;d.试顶完后进行一次全面检查，各部位情况良好方可进行正式的顶进作业。

4.2.4 顶进作业

顶进施工的最终目的即保证框架涵按照设计要求行进到指定位置，因此在顶进过程中主要任务就是要保证该框架涵的顶进方向的正确性。

为确保箱身顶进的方向和高程，顶进前必须在顶进的后方设置观测点，布置好观测基准桩，观测点距后背要保持一定距离，以免后背变形而影响观测结果。观测点有徕卡TCR402全站仪，在顶进过程中箱身每前进一顶程，即对箱身的轴线、横向及高程进行观测，并做好详细记录，发现偏差及时通知顶进指挥人员采取措施，纠正偏差。

观测站设置时应离后背一定距离，以免后背变形而影响观测仪器的稳定。设置3个纵向观测站，每个观测站设徕卡TCR402全站仪各一台。在箱身顶板四个角上，各用环氧树脂粘贴水平及方向标尺一根。为掌握顶进中后背变形情况，在后背一侧设置一横向观测站，设徕卡TCR402全站仪一台，在后背梁两端设立标尺，用于后背变形的观测。

施测过程中，对所有的仪器及工具要经常检查，中线观测点和水准基点经常核对，如有变位或过大误差时要及时校正，否则将影响测量精度。箱身就位后，应尽快上碴，恢复线路，以确保行车安全。框架顶进后允许偏差见表1。

表1 框架顶进后允许偏差表

4.2.5 顶进施工中控制的重点

要使箱身顶进方向不致偏斜，布置千斤顶时应严格根据箱身斜交情况计算的千斤顶布设位置进行布设，使千斤顶合力作用线与道路中线平行，并与箱身阻力的作用线重合。箱身在空顶阶段容易发生方向偏差，可利用已预制好的箱身、中间加滚杆作导向墩进行控制。

箱身入土后，应注意挖土断面正确，使顶进所挖的土孔与箱身方向一致。

1)箱身方向纠偏方法:

a.用增减一侧千斤顶的顶力调整;b.用后背顶铁(柱)调整;c.可在前端一侧超挖，另一侧少挖土或不挖来调整方向;d.在箱身前端加横向支撑来调整，一端支撑在箱身边墙上，另一端支在开挖面上，顶进时迫使其向被顶一侧调整。

2)纠正箱身“抬头”的方法:

当箱身“抬头”量不大时，可将箱身前开挖面挖到与箱底面平或稍作超挖。如“抬头”量较大，则多超挖一些，在顶进中逐步调整，当情况好转时，便应酌情停止超挖以免又造成箱身“扎头”。a.吃土顶进:挖土时，开挖面基底保持在箱身底面以上8 cm～10 cm，利用船头坡将高出部分土壤压入箱底，纠正“扎头”。b.如基底土壤松软时，可换铺20 cm～30 cm厚的卵石、碎石、混凝土碎块、混凝土板、浇筑速凝混凝土、打入短木桩、挖孔灌注白灰柱桩、砂桩等方法加固地基，增加承载力，籍以纠正“扎头”。c.增加箱身后端平衡的办法，改变箱身前端土壤受力状态，达到纠正“扎头”的目的，但应注意的是增加重量后要逐步卸载，否则会出现“抬头”现象，同理亦可用于纠正“抬头”现象。d.利用箱身前端底板设置的“船头坡”，将箱身底板前端的土方欠挖，造成一个上坡的趋向。e.最可靠的方法是接长滑板，使箱体在预定的行进轨道上正常前进。

5 结语

框架顶进施工是既有线常用的施工方法，后背是顶进的支承点，箱体顶进是施工的重点，线路加固是保证既有线运营安全的关键，因此通过该钢筋混凝土框架顶进涵后背设计与检算、箱体顶进等关键工序的施工，可为以后类似顶进施工提供参考，有较大的实用性。

[1] 刘水林，贾丰文.顶涵技术在电缆隧道施工中的应用[J].山西建筑，2004，30(9):30-31.

[2] 霍连祥.既有线顶进涵线路加固方法浅析[J].科技资讯，2011(9):91-93.

[3] 谭 波.既有线顶进施工技术[J].企业技术开发，2011(9):7-9.