供水管道斜穿鐵路框構橋頂進施工中的狀態控制

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橋頂進施工中的狀態控制

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橋施工過程中，頂進施工狀態控制的目的和控制方法。采用這些控制方法，高質量地完成了框架橋的頂進施工任務，各項偏差指標均滿足驗收規范要求。

關鍵詞：框構橋；頂進施工；狀態控制

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。設計采用1～11.0m框構橋下穿鐵路，防護水管。

框構橋箱體主體結構為橋內凈寬×凈高= 11.0m×6.0m，框構橋頂板厚1.0m，底板厚1.1m，邊墻厚1.1m，框構橋全高8.1m，全寬13.2m，順水管方向橋長分別為33.0m、21.0m。新義線軌底至框構橋箱體頂板頂面8.63m，新義上行線軌底至框構橋箱體頂板頂面5.97m。框構橋用C35高性能混凝土澆筑，用HPB235、HRB335鋼筋，頂部用TQF-1防水層，玻纖維砼保護層，側面用JS-18防水涂料涂兩遍。

框構橋箱體采用工作坑內預制然后頂進的施工方法。工作坑位于新義上行線外側，向新義線鐵路方向頂進施工。

2　框構橋箱體頂進施工工藝流程

框構橋箱體頂進施工工藝流程：施工準備→鐵路三電排遷→線路加固→加固框構橋進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→預制框構橋箱體→安裝頂進設備→頂進設備調試、試頂→挖土、頂進→增加頂鐵→循環挖土、頂進→框構橋就位→拆除線路加固設備→整修、恢復線路

框構橋箱體頂進施工過程中的施工準備、鐵路三電排遷、鐵路線路加固、框構橋進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、預制框架橋主體結構，以及拆除線路加固設備、整修和恢復線路等工序，均按設計要求和常規方法進行施工。本文只就框構橋頂進施工過程中狀態控制的目的、方法和要求加以說明。

3　框構橋箱體頂進過程狀態控制目的

框架橋箱體在頂進過程中需要進行三種狀態控制。包括框構橋箱體頂進啟動時的狀態控制、頂進過程中的中線和高程控制、箱體就位時的狀態控制等。

3.1 框構橋箱體頂進啟動狀態控制

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

3.2 框構橋箱體頂進方向和高程控制

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

3.3 框構橋箱體頂進就位狀態控制

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

對箱體頂進就位的具體要求是用鐵路中線在框構橋上的位置來控制的。要使鐵路中線在箱體上的位置正確，必須在頂進的最后階段放慢頂進速度，一邊頂進一邊測量，逐漸頂進到位，防止箱體頂過了頭。

4　框構橋箱體頂進中主體結構狀態控制

4.1 框構橋箱體準確定位

框構橋箱體澆筑時必須準確定位，箱體中心線要準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的方向不發生偏差，要在箱體的兩側距箱體5cm處，每隔5m澆筑一對鋼筋混凝土導向墩，一來用于箱體的導向，二來可以用于箱體的糾偏。

在框構橋箱體頂進過程中，用經緯儀監測頂進方向，用水平儀測量箱體頂面四個角的水準點。正常頂進時，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，及時采取措施糾偏，不使偏差過大發展，造成糾偏的困難。

4.2 糾正方向偏差

（1）框構橋箱體空頂階段可以用設置導向墩和架設橫向千斤頂的方法控制箱體的頂進方向。箱體空頂階段發生方向偏差時，在箱體和導向墩之間加塞厚薄不同的鋼板，可以調整箱體的頂進方向。當方向偏差較大時，可以在箱體前端邊墻的外側橫向架設千斤頂，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，挖土進尺寧短勿長，迎面的土體邊坡要平順，使箱體的頂進阻力均衡。

（3）控制頂進方向可以從調整頂力和調整阻力兩方面入手。需要進行方向糾偏時，例如需要向左糾偏時，可以加大箱體右側的頂力（減少左側的頂鎬數，增加右側的頂鎬數），同時可以加大右側刃角的“吃土”量，減少左側刃角的“吃土”量，慢慢頂進，箱體就會漸漸向左側偏轉。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，使箱體在頂進過程中不斷地忽左忽右，左、右偏轉。

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

（5）用調整刃腳左右兩側挖土的多少來調整方向。如箱體前端向右偏，可在左側刃腳前超挖20～30㎝，右側保持刃腳吃土20～30㎝，用改變刃腳兩側阻力的方法來糾偏。

（6）箱體頂進過程中，若一側土體發生塌方，使這一側的土體較低、較薄，而另一側土體較高、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箱體前面臨時安裝側面鋼刃角，避免這一側的土體繼續坍塌，也可以增加這一側的土體阻力，此時，頂進過程中要少挖、勤頂，開挖不能超過側面鋼刃角的前端，要先挖中部土體，再挖兩側的土體，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生的“抬頭”和“扎頭”現象。

①因地質條件變化引起的高程偏差。當箱體頂進所經過的土質由軟（如砂性土）變硬（如粘性土）時，因箱體前端的沉降會變小，就可能發生“抬頭”，當所經過的土質由硬變軟時，箱體前端的沉降會變大，就可能發生“扎頭”。

②因鐵路荷載引起的高程偏差。當箱體頂進到鐵路的下方時，箱體就要承受列車荷載，隨著箱體的不斷頂進，列車荷載的作用位置會由箱體的前端逐漸向后端移。當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有“船頭坡”，所以，當箱體剛剛滑出滑板時，一般會發生“抬頭”；當箱體的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“扎頭”。

第二，一旦出現問題找專業的廠家解決，切不可道聽途說，加些不該加的物質會適得其反。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物質反應，改變PAG結構，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。當用挖掘機挖土時，經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，必須在挖掘機挖土之后，要再進行人工清底或回填，使刃角吃土量均勻。

（2）調整“抬頭”的方法

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

②箱體兩側挖土不夠寬，容易引起箱體“抬頭”，反之則容易發生“扎頭”。可以通過調整兩側挖土寬度的方法，糾正箱體的“抬頭”或“扎頭”。

③當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㎝。在頂進過程中“抬頭”量要逐漸調整，不能調整得過快，在接近設計高程前就要停止超挖，以免使箱體發生“扎頭”。

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

（3）調整“扎頭”的方法

②檢查箱體底部刃腳和側面刃腳安裝的角度是否合適，方法如本文所述。

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

④加大底刃腳的“吃土”量，挖土時適當欠挖，開挖面保持在箱體底板頂面以上10～20㎝，強制頂進。

⑤當頂進前方的地基土質變得松軟時，繼續頂進會發生“扎頭”。可以采取增加刃腳前面地基土承載力的方法，如在刃腳前面用30～40㎝的砂卵石進行地基土換填，用三合土進行地基土換填，甚至可以澆筑一層快硬混凝土來糾正“扎頭”。

5　結束語

供水管道斜穿新義鐵路框構橋的施工過程中，按照本文中講述的三種狀態控制方法，對框構橋箱體的頂進狀態不斷地進行了監測和糾偏，使箱體頂進過程中的偏差一直處在可控的范圍之內。施工結束以后，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+8mm，右側+11mm，新義上行線中線處的高程偏差為左側+5mm，右側+9mm，符合［1］中“高程偏差≤±30mm”的要求，施工質量符合要求，取得了良好的社會效益和經濟效益。施工實踐證明，本框構橋所用的箱體頂進過程中狀態控制的方法是正確的、可行的。

參考文獻

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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

文獻標識碼：B

文章編號：1672-2469（2016）03-0065-03