供水管道斜穿铁路框构桥顶进施工中的状态控制

孙 钰

（辽宁省水利厅，辽宁阜新123114）



供水管道斜穿铁路框构桥顶进施工中的状态控制

孙 钰

（辽宁省水利厅，辽宁阜新123114）

摘要：本文介绍了供水管道斜穿铁路框构桥施工过程中，顶进施工状态控制的目的和控制方法。采用这些控制方法，高质量地完成了框架桥的顶进施工任务，各项偏差指标均满足验收规范要求。

关键词：框构桥；顶进施工；状态控制

1　工程概况

辽宁省重点输水工程供水管道斜穿新义铁路框构桥位于新义线K14 +853处，铁路中线与拟建的水利管线交叉角度为85°。桥址处共有两条单线铁路，分别是新义线和新义上行线，两条线路的线间距为19.84m，施工地段均处在直线段上。新义线是用60kg/m钢轨铺设的无缝线路，钢筋混凝土轨枕，碎石道床，施工段位于3.0‰的下坡上，路基高度约为7.5m。新义上行线是用50kg/m钢轨铺设的无缝线路，钢筋混凝土轨枕，碎石道床，施工段位于3.2‰的下坡上，路基高度约为5.0m。拟建供水管道为2根D3820mm钢管，外包混凝土。设计采用1～11.0m框构桥下穿铁路，防护水管。

框构桥箱体主体结构为桥内净宽×净高= 11.0m×6.0m，框构桥顶板厚1.0m，底板厚1.1m，边墙厚1.1m，框构桥全高8.1m，全宽13.2m，顺水管方向桥长分别为33.0m、21.0m。新义线轨底至框构桥箱体顶板顶面8.63m，新义上行线轨底至框构桥箱体顶板顶面5.97m。框构桥用C35高性能混凝土浇筑，用HPB235、HRB335钢筋，顶部用TQF-1防水层，玻纤维砼保护层，侧面用JS-18防水涂料涂两遍。

框构桥箱体采用工作坑内预制然后顶进的施工方法。工作坑位于新义上行线外侧，向新义线铁路方向顶进施工。

2　框构桥箱体顶进施工工艺流程

框构桥箱体顶进施工工艺流程：施工准备→铁路三电排迁→线路加固→加固框构桥进出口路基旋喷桩施工→大口井降水→开挖工作坑→浇筑后背梁、滑板、隔离层→预制框构桥箱体→安装顶进设备→顶进设备调试、试顶→挖土、顶进→增加顶铁→循环挖土、顶进→框构桥就位→拆除线路加固设备→整修、恢复线路

框构桥箱体顶进施工过程中的施工准备、铁路三电排迁、铁路线路加固、框构桥进出口路基旋喷桩加固施工、大口井降水、开挖工作坑、浇筑后背梁、滑板、隔离层、预制框架桥主体结构，以及拆除线路加固设备、整修和恢复线路等工序，均按设计要求和常规方法进行施工。本文只就框构桥顶进施工过程中状态控制的目的、方法和要求加以说明。

3　框构桥箱体顶进过程状态控制目的

框架桥箱体在顶进过程中需要进行三种状态控制。包括框构桥箱体顶进启动时的状态控制、顶进过程中的中线和高程控制、箱体就位时的状态控制等。

3.1 框构桥箱体顶进启动状态控制

所谓框构桥箱体顶进的启动状态，指的是框构桥箱体预制完成以后，从静止到开始顶进时的状态。这时需要的顶力最大，是对顶进设备的能力和后背梁、滑板的工作能力最好的检验和考验。启动过程中若顶进设备的能力不足或后背梁、滑板等发生了埙坏，必须分析原因，提前对这些问题加以改进。若启动顺利，则可以避免施工过程中发生顶力不足、顶进困难、后背或滑板损坏等等问题，使框构桥的顶进施工能够顺利进行。

3.2 框构桥箱体顶进方向和高程控制

框构桥箱体顶进过程中滑板的摩擦系数很小，顶进力稍有偏差就会使箱体的前进方向发生较大的偏差。在顶进过程中，箱体两侧的土体压力和阻力会不断发生变化，也会使箱体的前进方向发生偏差。必须时时监控箱体的顶进方向，及时纠偏，确保箱体的中线偏差处在规范允许的范围之内。框构桥箱体顶进过程中会不断地发生“抬头”和“扎头”，必须采取有效的方法及时纠正。因为一旦出现较大的“扎头”和“抬头”，是很难纠正的。

3.3 框构桥箱体顶进就位状态控制

设计要求框构桥的箱体就位时应该保证准确就位，只有这样才能使框构桥的箱体能按设计的要求承受荷载。但是框构桥的箱体是在不断进行中线纠偏和不断调整“抬头”、“扎头”的过程中就位的，箱体的中线和标高都会发生偏差，框构桥的箱体最终位置不可能完全与设计要求的位置相吻合，

对箱体顶进就位的具体要求是用铁路中线在框构桥上的位置来控制的。要使铁路中线在箱体上的位置正确，必须在顶进的最后阶段放慢顶进速度，一边顶进一边测量，逐渐顶进到位，防止箱体顶过了头。

4　框构桥箱体顶进中主体结构状态控制

4.1 框构桥箱体准确定位

框构桥箱体浇筑时必须准确定位，箱体中心线要准确地坐落在滑板中心线上。为确保箱体在启动后空顶阶段顶进的方向不发生偏差，要在箱体的两侧距箱体5cm处，每隔5m浇筑一对钢筋混凝土导向墩，一来用于箱体的导向，二来可以用于箱体的纠偏。

在框构桥箱体顶进过程中，用经纬仪监测顶进方向，用水平仪测量箱体顶面四个角的水准点。正常顶进时，每一个顶程对箱体的中线和高程观测一次，在纠偏的过程中要增加观测次数，及时采取措施纠偏，不使偏差过大发展，造成纠偏的困难。

4.2 纠正方向偏差

（1）框构桥箱体空顶阶段可以用设置导向墩和架设横向千斤顶的方法控制箱体的顶进方向。箱体空顶阶段发生方向偏差时，在箱体和导向墩之间加塞厚薄不同的钢板，可以调整箱体的顶进方向。当方向偏差较大时，可以在箱体前端边墙的外侧横向架设千斤顶，把偏移的箱体顶回来。

（2）箱体切入土体以后，挖土断面一定要均匀，左右对称，挖土进尺宁短勿长，迎面的土体边坡要平顺，使箱体的顶进阻力均衡。

（3）控制顶进方向可以从调整顶力和调整阻力两方面入手。需要进行方向纠偏时，例如需要向左纠偏时，可以加大箱体右侧的顶力（减少左侧的顶镐数，增加右侧的顶镐数），同时可以加大右侧刃角的“吃土”量，减少左侧刃角的“吃土”量，慢慢顶进，箱体就会渐渐向左侧偏转。但是，纠偏时不能急于求成，一次的纠偏量不能太大，否则会矫枉过正，使箱体在顶进过程中不断地忽左忽右，左、右偏转。

（4）用调整千斤顶后面顶铁长短的方法调整箱体顶进方向的偏差。在千斤顶后面加顶铁时，可以根据偏差的方向，有意将一侧顶铁楔紧，而将另一侧顶铁稍微加长（在顶铁接头处加一些钢垫板），箱体的顶进方向就会向顶铁长度较短的一侧偏移。

（5）用调整刃脚左右两侧挖土的多少来调整方向。如箱体前端向右偏，可在左侧刃脚前超挖20～30㎝，右侧保持刃脚吃土20～30㎝，用改变刃脚两侧阻力的方法来纠偏。

（6）箱体顶进过程中，若一侧土体发生塌方，使这一侧的土体较低、较薄，而另一侧土体较高、较厚，箱体刃角前面的土体阻力会失去平衡，这时可以在塌方一侧箱体前面临时安装侧面钢刃角，避免这一侧的土体继续坍塌，也可以增加这一侧的土体阻力，此时，顶进过程中要少挖、勤顶，开挖不能超过侧面钢刃角的前端，要先挖中部土体，再挖两侧的土体，尽量减少路基土体的暴露时间。

4.3 纠正高程偏差

（1）引起高程偏差的原因

所说的高程偏差指的是箱体发生的“抬头”和“扎头”现象。

①因地质条件变化引起的高程偏差。当箱体顶进所经过的土质由软（如砂性土）变硬（如粘性土）时，因箱体前端的沉降会变小，就可能发生“抬头”，当所经过的土质由硬变软时，箱体前端的沉降会变大，就可能发生“扎头”。

②因铁路荷载引起的高程偏差。当箱体顶进到铁路的下方时，箱体就要承受列车荷载，随着箱体的不断顶进，列车荷载的作用位置会由箱体的前端逐渐向后端移。当列车荷载刚上箱体时，巨大的列车荷载在箱体前端，可能引起箱体“扎头”，当列车荷载移到箱体后端时，可能引起箱体“抬头”。

③因箱体上、下滑板时引起的高程偏差。因为箱体前端的刃角设有“船头坡”，所以，当箱体刚刚滑出滑板时，一般会发生“抬头”；当箱体的2 /3滑出了滑板以后，箱体的重心落在了地基土上，箱体会因前软后硬而出现“扎头”。

第二，一旦出现问题找专业的厂家解决，切不可道听途说，加些不该加的物质会适得其反。例如：淬火液pH值降低，加碱是有些厂家常用的手段，但是碱很容易和PAG物质反应，改变PAG结构，影响冷却性能。

④因刃角前的挖土深浅不同引起的高程偏差。当用挖掘机挖土时，经常会造成清底的深浅不同，使刃角吃土不是太浅就是太深，从而引起箱体“抬头”或“扎头”。因此，必须在挖掘机挖土之后，要再进行人工清底或回填，使刃角吃土量均匀。

（2）调整“抬头”的方法

①检查箱体底部刃脚和侧面刃脚安装的角度是否合适，底部刃脚向上翘起过大，容易发生“抬头”，反之则容易发生“扎头”。可以通过调整刃脚角度的方法，纠正箱体的“抬头”或“扎头”。

②箱体两侧挖土不够宽，容易引起箱体“抬头”，反之则容易发生“扎头”。可以通过调整两侧挖土宽度的方法，纠正箱体的“抬头”或“扎头”。

③当箱体的抬头量不是很大时，可以把刃脚前的土体开挖到箱体的底面：如果抬头量比较大时，要把刃脚前的土体超挖10～20㎝。在顶进过程中“抬头”量要逐渐调整，不能调整得过快，在接近设计高程前就要停止超挖，以免使箱体发生“扎头”。

④顶进过程中适当增加“扎头”的力矩，可以在刃脚根部压上一些生铁块，“抬头”的现象会慢慢地减小，直到被克服。但是，要注意监测“抬头”量减小的速度，当“抬头”量减小到一定值时要及时卸载，避免箱体出现“扎头”。

（3）调整“扎头”的方法

②检查箱体底部刃脚和侧面刃脚安装的角度是否合适，方法如本文所述。

③顶进过程中适当增加“抬头”的力矩，可以在箱体的后部压上一些生铁块，“扎头”的现象会慢慢地减小，直到被克服。

④加大底刃脚的“吃土”量，挖土时适当欠挖，开挖面保持在箱体底板顶面以上10～20㎝，强制顶进。

⑤当顶进前方的地基土质变得松软时，继续顶进会发生“扎头”。可以采取增加刃脚前面地基土承载力的方法，如在刃脚前面用30～40㎝的砂卵石进行地基土换填，用三合土进行地基土换填，甚至可以浇筑一层快硬混凝土来纠正“扎头”。

5　结束语

供水管道斜穿新义铁路框构桥的施工过程中，按照本文中讲述的三种状态控制方法，对框构桥箱体的顶进状态不断地进行了监测和纠偏，使箱体顶进过程中的偏差一直处在可控的范围之内。施工结束以后，实测的中线偏差：前端为左偏11mm，后端为左偏18mm，符合［1］中“中线偏差≤±50mm”的要求；实测的高程偏差：箱体顶面在新义线中线处的高程偏差为左侧+8mm，右侧+11mm，新义上行线中线处的高程偏差为左侧+5mm，右侧+9mm，符合［1］中“高程偏差≤±30mm”的要求，施工质量符合要求，取得了良好的社会效益和经济效益。施工实践证明，本框构桥所用的箱体顶进过程中状态控制的方法是正确的、可行的。

参考文献

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作者简介：孙 钰（1976年—），男，高级工程师。

收稿日期：2015-12-14

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.03.024

中图分类号：TV512

文献标识码：B

文章编号：1672-2469（2016）03-0065-03