文档库

最新最全的文档下载
当前位置:文档库 > 盾构国家级工法

盾构国家级工法

桥式盾构法顶进施工工法

中铁四局集团有限公司

1、前言

随着经济的迅速发展,交通工程建设日趋腾飞,交通量不断增加,许多拓建道路必须和既有的铁路或公路交叉通行。因上跨受工程造价人文景观、生态环保以及城市规划等因素的制约,从而促成大跨度下穿顶进施工技术的发展,“桥式盾构法”顶进施工工法正是在此环境下逐步成熟的,它是在传统的钢刃脚基础上发展起来的,使箱涵顶进施工更安全、经济、可靠。

2、工法特点

2.1采用盾构对开挖面进行保护,改变传统顶进施工时既有交通线路架空加固方法。

2.2施工时不需要修建辅道、更经济化。

2.3不中断行车,行车更为安全可靠。

3、适用范围

3.1地质条件

在砂黏土、黏砂土等承载力较高(150MPa以上)的地基上,可直接采用桥式盾构法顶进箱涵。对于粉土等松软地基,必须在对地基加固后采用顶进法施工,以满足箱涵结构对地基承载力的要求。

3.2路基填土条件

桥式盾构法对铁路、公路填土路基都可使用。路基填筑高度不受限制。但桥式盾构法采用的是人工与机械相结合的挖土方法,因此对于填石路基不适用。

3.3结构条件

桥式盾构法主要用于箱涵的顶进施工,可根据结构物的尺寸设计制作相应尺寸的盾构结构。

四、工艺原理

4.1“桥式盾构”定义

所谓“桥式盾构”,与常见的隧道用的圆形盾构机不同,它类似于最原始的人工掘进的盾构,因其主受力结构截面与连续梁式桥梁相似,故称为桥式盾构。桥式盾构由六大部分组成:墩柱、主梁、盾壳、子盾构、液压推进系统、辅助机构。

4.2桥式盾构工艺原理

“桥式盾构”主要采用了网格式的原理,化整为零。即:多个墩柱将掘进面分隔开,且每个墩柱又分隔为多层的网格形状;盾构上部最前端的多个子盾构独立作业,将掘进面的整体开挖化解为单一开挖。而且每个子盾构尾部各带一块与之等宽的钢板,称之为减阻板,当单个子盾构向前顶进时,减阻板因子盾构牵引向前运动,将大面积摩擦造成的破坏性剪切力,以大化小变成若干分之一,以致无法剪断覆盖土,使公路保持完好。

五、工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

顶进箱涵施工工艺流程:见图1“桥式盾构法顶进箱涵施工工艺流程图”。

5.2顶进作业流程

顶进作业流程见图2“桥式盾构法顶进作业结构示意图”及图3 “桥式盾构法顶进作业流程图”。

盾构国家级工法

盾构国家级工法

盾构国家级工法

图2 桥式盾构法顶进作业结构示意图

盾构国家级工法

盾构国家级工法

顶进采用液压油顶分次、分节跟进循环顶进。在盾构上部前端子盾构箱内设置子盾构油顶,负责推进子盾构;在第一、二节分节间设置中继间油顶,负责推进盾构及第一节框架;在第二节尾部设置主油顶,负责推进第二节框架。

5.3施工要点

防图6 桥式盾构法顶进作业结构示意图

图3 桥式盾构法顶进作业流程图

5.3.1平整施工场地、清除地下障碍物

5.3.1.1地表排水及周边地表排水系统

通常顶进涵工作坑比地面低,在开挖工作坑进行滑板及后背施工前必须挖好集水、排水坑,并设置好抽水设施。同时调查周边地表排水系统情况,预测到在洪水季节的防排水方法及措施。

5.3.1.2机械设备作业场地及盾构构件制作场地

桥式盾构法顶进在预制好的箱涵前端增加了一个钢结构,在施工中需使用大型吊装设备,须考虑吊装设备的工作场地。

5.3.1.3清除地下障碍物

在施工前必须探明地下障碍物。对于在预制箱涵、安装盾构范围内的地下设施须考虑在荷载作用下是否安全,从而采取保护或迁移的方法进行处理。对于在顶进范围(宽度、高度)内的地下设施、以及平行路基方向的地下管线、电缆,埋设在覆盖层内的管线、电缆、构筑物等设施必须迁移。

5.3.2地质勘察、滑板及后背施工

施工前必须进行地质勘察,在对勘察资料认真分析的基础上做好以下等工作:确定地基容许承载力是否满足结构恒载、行车动载以及顶推动力的要求;对于地基情况差时,确定预制箱涵的滑板下及顶进中的地基加固方案;顶力计算及油顶等液压系统设备选择布设。

5.3.3箱涵预制(预埋构件制作安装)

5.3.3.1顶进错台设置及箱涵底部护套钢板安装

斜交涵采取斜交正顶的顶进方法,在箱涵分节间即中继间位置需设置顶进错台,错台宽度根据所选油顶尺寸决定,错台底部护套钢板在预制箱涵底板钢筋绑扎前安装好。

第一中继间底部护套钢板与第一节箱涵底板钢筋混凝土结构锚固成整体,第二节箱涵底部的滑板与第二节箱涵底板钢筋混凝土结构锚固成整体,并置于第一节箱涵底部的护套钢板上。

在第一节箱涵前端底部安放的护套钢板直接支垫着箱涵底板,但未与底板锚固而采取的是活动连接。

5.3.3.2箱涵中继间侧面及顶面护套钢板安装

同底部护套钢板工作原理一样,侧面及顶面护套钢板与前一节箱涵采取锚固连接,与后一节箱涵采取活动连接。在绑扎钢筋的同时将锚固钢筋焊接固定牢固。

5.3.3.3导向轨安装

在箱涵分节处四个角设置导向钢轨束,前端锚固,后节可动,并设置钢板护套保护。

5.3.3.4结构预设坡度差

箱涵可调整上顶和下底坡度,预制成楔形,前小后大。

5.3.3.5箱涵结构预制

按照规范标准进行钢筋混凝土结构施工。严格控制混凝土结构预设坡度及平整度,尤其外侧的平整度。平整性差易造成顶进中土体损失,从而造成覆盖层的沉降;同时会增大顶进阻力。在设定预制位置时需考虑盾构安装位置,就近设置。在盾构安装前必须先对箱涵前端面平整度进行检测和必要的修整。

5.3.4盾构基底处理

在安装盾构前根据盾构整体自重荷载,对安装处地基进行加固处理。通常采用与滑板相同的钢筋混凝土结构进行硬化,硬化结构层面与滑板面保持相同的坡度。

5.3.5盾构制作安装

5.3.5.1制作:盾构由钢板、型钢等材料制作而成,将大构件分解制作,然后在吊装后进行拼接连焊。制作中严格按照设计图纸控制尺寸,所有焊接点、面必须符合焊接规程。主要制作构件有:单个墩柱、上下止推梁、单个主梁、单个子盾构箱(为便于安装,将单个子盾构箱整体固定在最前端一道主梁上并与子盾构上托板焊接固定)、单个子盾构。

5.3.5.2盾构安装顺序:单个墩柱就位、墩柱之间临时固定连接;吊装主梁及子盾构箱、多道主梁顶面纵向坡度调整、主梁之间连接;调整子盾构上托板坡度、子盾构上托板与墩柱焊接固定;安装子盾构,调整子盾构活动间隙;子盾构箱内油顶、油管等安装试压;盾构顶面护套钢板即顶面盾壳安装并与两侧盾壳板焊接。

①墩柱安装:根据顶进轴线测量出每个墩柱的安装轴线及边线,并在混凝土硬化滑板上弹出墨线。逐个吊装墩柱就位。

②主梁安装:在安装就位的墩柱上,根据设计尺寸标记出主梁安装位置线。从后向前依次吊装每道主梁。最前端一道主梁与子盾构箱整体焊接后整体吊装。

③调整子盾构上托板坡度:上托板支撑于中心土上,主要承受上部荷载;同时可以调整顶进的坡度。因此在安装时就必须将上托板的坡度按设计调整标准。上托板坡度同主梁纵向坡度。

④安装子盾构,调整子盾构活动间隙:将子盾构逐一吊装放入子盾构箱内,子盾构箱内油顶、油管等安装。通过试压,检查油路阀门通畅及密闭情况,同时试顶检查子盾构活动情况,确保子盾构与左右滑槽之间有3mm的间隙,防止子盾构在顶进中受卡而不能正常顶进。

⑤盾构顶面护套钢板即顶面盾壳安装并与两侧盾壳板焊接:在子盾构调试完毕后,将盾构顶面护套钢板即顶面盾壳吊装上,将单块钢板拼接连焊牢固;顶面盾壳板左右两边与侧面盾壳板焊接;前边与子盾构箱上导梁顶面焊接;顶面盾壳板、侧面盾壳板的尾边均向后延长与第一节箱涵结构前端搭接。所有顶面的焊缝均需打磨。

5.3.6减阻设施安装

先安装下层钢板,安装就位后对下层钢板顶面涂油(润滑、减小摩察阻力)后再施工上层减阻钢板。

5.3.7液压系统安装及操作程序

液压系统油顶等设备的规格型号及数量根据顶力计算要求选择配置。在压力相同情况下为加快供油速度可采取并联多台油泵的方式。以两节箱涵顶进为例,液压推进系统顶进操作油顶程序为先推进子盾构油顶后推进中继间油顶最后推进主站油顶。

5.3.8辅助设施安装

5.3.8.1在盾构内及箱涵内安装足够的照明灯具和通风设备。

5.3.8.2在盾构尾部靠箱涵结构的主梁上以及子盾构油顶操作台,安设红、黄、蓝色信号灯各1盏,由子盾构箱内掘进检查人员使用遥控器控制。

5.3.9人工、机械挖土

5.3.9.1人工挖土

①子盾构箱内挖土与顶进采取的是随挖随顶相结合的过程。

②墩柱箱内挖土根据整体顶进进尺要求,每次挖土长度控制在35~ 40cm后即开始实施顶进。

③每次顶进完毕均测量中线、标高变化情况。

5.3.9.2机械挖土

①按照子盾构上托板尾端、墩柱两侧剪力板1:0.5的坡度线进行开挖,开挖进尺40cm。

②正常开挖情况,子盾构上托板尾端支撑于中心土上,不得悬空。

③中心土底部挖土深度保留箱涵底板厚度2/3的土层,同时使箱涵前端切土行进。

5.3.10关键技术措施

5.3.10.1高速公路路面预应力加固

在高速公路两侧路基边坡顶进范围外各设置4根抗滑桩,然后在两侧路肩浇注钢筋砼锚梁,锚梁与抗滑桩、抗滑桩与抗滑桩通过钢筋砼联系梁连为整体。

5.3.10.2双层减阻板减阻

①上托板采用5mm钢板。

②盾构下拖板由3mm的的钢板满铺。

③中间满涂黄油润滑

5.3.10.3导向预埋钢轨锚墩导向

两节箱体中间设置八组锚固墩,每组采用4根50轨组成,四组立放四组卧放。确保导向轨刚度,

避免中间错台,达到导向作用。

5.3.11劳动力组织

本工程主要劳动力组织见表1(施工组织及劳动力安排表)。

施工组织及劳力安排表表1

盾构国家级工法

六、材料设备

本工程所用主要材料见表2(主要材料表)。

采用的机具设备见表3(主要机具设备)。

主要材料表(按净空18*5.35m结构设计盾构)表2

盾构国家级工法

盾构国家级工法

主要机具设备表表3

盾构国家级工法

七、质量控制

7.1建立健全质量保证体系。

7.2按照相关规范验收标准及盾构设计标准严格控制原材料、成品、构件施工质量,在施工全过程实施跟踪检查验收,严格实行工序交接办制度。

7.3箱涵轴线预制时就应定位准确,箱涵外墙和前端墙要求平整。

7.4盾构设计合理,安装定位准确,角度、垂直度等各项指标满足要求。

7.5桥式盾构法顶进控制企业标准

7.5.1型钢、板材验收企业标准

型钢、板材验收标准表表4

盾构国家级工法

7.5.2构件制作验收企业标准

构件制作验收标准表表5

盾构国家级工法

7.5.3结构安装验收企业标准

结构安装验收标准表表6

盾构国家级工法

7.5.4顶进质量验收企业标准

顶进质量验收标准表表7

盾构国家级工法

八、安全措施

8.1施工安全措施

箱涵顶进期间处于雨季时必须高度重视,防止路基受水浸泡坍塌,防止路面开裂后雨水渗入而造成路面加剧开裂沉降,危急行车安全。

8.1.1在工作坑四周挖排水沟及集水井,配置4台水泵抽水,确保工作坑不被水浸泡。

8.1.2汽车运土道路修筑排水坡,防止道路积水出现较大坑洼而影响运土时间。同时备碎石材料,当运土道路出现较大坑洼时用碎石填平。

8.1.3加强对顶进开挖面土体自稳性、含水量观测,当开挖面土体湿度增大时及时调整顶进作业方法:由先挖后顶调整为先顶后挖或边挖边顶,每循环顶程减小为20~25cm,机械开挖中心土坡率由1:0.5调整为1:0.75~1:1;防止开挖面土体坍塌。子盾构箱土体开挖、子盾构顶进严格执行单个作业,即单个子盾构随时保证切入土体,不得出现子盾构刃脚上方土体悬空情况。

8.1.4传立柱上的覆盖土体压实,防止雨水浸湿松弱而减小覆盖土体对传立柱的压力。

8.1.5第二节尾部油顶处准备竹胶板、编织袋挡土,防止土体受水浸泡坍塌而阻塞油顶。

8.1.6当高速公路路面出现裂缝后,及时采用水玻璃注塞进行封闭,防止雨水渗入加大对路面的破坏。当路面沉降达到5cm时及时组织对路面修补。

8.1.7准备抗洪材料,如彩条布、木桩、编织袋等,在暴雨期间加强对路基边坡观测检查,防止边坡坍塌、滑坡,必要时暂停作业,撤出人员设备,一旦出现险情,立即发动抢险队有组织地抢救。

九、环保措施

9.1建立环境保护管理体系,成立现场环境保护与文明管理机构,切实贯彻国家及地方环保法规。

9.2施工现场的油污、生产废料垃圾、及建筑垃圾采用专用运输车外运到指定地点。

9.3严格制定并实施环境保护措施,减少噪声对周围居民及职工生活影响,定时运走生活垃圾,并由环卫部门集中处理,避免污染周围环境。

十、效益分析

桥式盾构法顶进能有效地保持路基、铁路道床、线路以及相邻铁路设施的稳定;能确保城市道路、高速公路不中断行车。在铁路上将线路强大的架空便桥改为地下支撑这一支护形式的改变,在大型箱涵顶进施工中再也不用考虑设备超限的问题。

在高速公路顶进涵施工中确保了行车安全正常,再也不需修建辅道和便道,工程造价大大降低。同时在该涵顶进过程中,高速公路未中断行车,高速公路路面状况良好,减少安全事故发生。

效益分析表8

盾构国家级工法

注:以常付线18m跨顶涵为例,上部数据为项目部估算。

十一、应用实例

桥式盾构法顶进箱涵在铁路、公路工程中得到了成功运用:

1、郑州市文化北路下穿连霍高速公路立交桥工程。设计2孔净宽18m、净高6m、结构混凝土厚1.3m,单孔桥长34.5m,分3节预制成型,第1节长8m,第2节长12m,第3节长14.5m。位于文化北路K4+310m 处下穿连霍高速公路,与公路夹角73°37′,2孔间净距9.6m。单孔宽度中机动车道宽12m,非机动车道宽4m,人行道宽2m。立交桥中心上部覆土厚平均2.67m。该工程安全顶进到位,高速公路未中断行车,总体还算成功。但因箱涵基底为低液限粉质粘土,承载力低117kpa,且在顶进中会产生液化,造成箱涵整体下沉量较大,高速公路也下沉量大,而且进一步造成中继间导向轨断裂产生节间错台。

2、S238常付线改建工程漯河境K323+090.24下穿京珠高速公路顶进涵工程,设计1孔净宽18m、净

空5.35m、长度31.92m,共分两节,每节长度15.95m。与高速公路夹角73°,上部覆土厚度平均0.8m。

在吸取连霍立交的教训拮,该工程进行多项改进。该顶涵顶进就位后,箱涵主体轴线偏位最大值3.7cm,两节间表面高差仅为0.3cm,箱涵主体沉降量最大值4.2cm。高速路面沉降最大值为7.2cm,路面水平位移最大值1.3cm,路面裂纹最大值1.2cm,施工实际偏差均在规范要求范围内。该顶进涵为国内下穿高速公路大跨度顶进涵之一,其上部覆土厚度为最薄的,也是国内大跨度顶涵盾构法顶进最成功的。该涵的顺利完成,进一步推进了国内桥式盾构法施工技术的发展。