超長頂進橋涵阻力系數降低的技術研究

劉海浪

超長頂進橋涵阻力系數降低的技術研究

劉海浪

Chao chang ding jin qiao han zu li xi shu jiang di de ji shu yan jiu

在實施穿越城市道路與既有鐵路下穿橋梁施工中，預制超長橋涵的頂進是項目的關鍵難點，如何設法降低超長橋涵的頂進阻力系數是工程技術人員較為關心的課題，本文以2014年10月份實施的銅陵市北京西路下穿銅陵火車站工程為例。

一、工程概況

北京西路下穿銅陵火車站立交工程是連接老城區與市政府的主要干線。該工程位于蕪銅線終點銅陵西站，北京西路與銅官大道T型交叉側，道路總長808m。立交橋自南向北依次下穿銅官大道、站前廣場、銅陵西站1、Ⅱ、3～11、13～17、19道共17股道。設計為兩孔寬度15m，高度7.4m的框架橋。

穿越鐵路站場部分采用南北對頂法施工，北側頂進框架長度29.5m，重量2752t，頂程45m；南側頂進框架長度64.4m，重量5748t，頂程85m；中間濕接縫4.1m。

二、現狀調查

北側頂進框架已經頂進就位，方向及高程偏差已確定，啟動及過程中頂進框架頂力已統計，經過調查，直接影響64.4m頂進框架阻力系數及安全的風險因素為（以蕪湖測為例）：

1.北側頂進框架啟動靜摩阻力調查：經統計，北側蕪湖側頂進框架滑板平整度合格率75%（表1），啟動頂力1920t，阻力系數0.70， 北側銅陵側頂進框架滑板平整度合格率82%，啟動頂力1840t，阻力系數0.67。

2.北側頂進框架頂進過程中的滑動阻力調查：北側蕪湖側頂進框架啟動后，滑動阻力系數由0.18逐步增加，頂進過程中線路水溝有水流入頂進框架范圍，在頂進最后一天遇到下雨，阻力系數持續加大，在頂程為48m（即最后1m就位時），10個油頂（2500t）無法頂動，最后，通過增加一套油頂設備（耽誤2天），加大頂力到4160t，阻力系數達到1.51后，框架開始移動，最后帶土頂進就位時頂力達到4338t；阻力系數1.58。（圖1）

圖1 北蕪湖側框架頂力曲線圖

北側銅陵側頂進框架啟動后，滑動阻力系數比較平穩，保持在0.36左右，在頂程30m時，因出土等待時間較長后，再次啟動時頂力達到2500t，阻力系數為0.91，再頂進一段距離后，頂力下降至前階段頂力，最后1m就位時，因全斷面帶土頂進，頂力達到3328t，阻力系數為1.19。

3.地質情況調查：通過基坑開挖過程發現，北側頂進框架兩側主要為黏土層，粘聚力較大，底板主要位于卵石土層，承載力較大，南側基坑開挖情況與北側基本一致。

4.因對土層自穩能力不了解，為保證支墩穩定，確保鐵路線路安全，北側框架頂進時候兩側帶土頂進，其他措施未實施。

三、影響橋涵頂進的因素分析

1.滑板平整度對阻力有影響。

2.頂進快慢，前端挖土情況及雨水對阻力有影響。

3.地質情況基本一致，阻力系數基本相同。

4.兩側土壓力對阻力有影響。

四、降低橋涵頂進阻力系數的技術措施

1.頂進框架底板及兩側預留壓漿孔。底板壓漿孔有兩個作用：一個作用是在啟動時候，底板壓水，能排除底板與滑板之間空氣，防止底板與滑板形成真空，有效降低啟動摩阻力系數。第二個作用是作為壓漿孔，在框架1/2進入土體后，對框架底板進行壓漿，使框架底板和土體之間有一層潤滑劑，有效減少底板的摩阻力系數（側墻壓漿孔作為備用，如頂力過大時使用）。壓漿材料采用膨潤土+火堿進行配置。（圖2、圖3）

在正常頂進中，頂力較小時不需壓漿，僅在頂力變大后，特別是框架大部分進入土體后，根據頂力大小調整壓漿量。經過壓漿后的框架阻力系數明顯降低，最大變化在蕪湖側頂程為64m位置，頂力從2542t下降到1792t，下降了750t。蕪湖側64.4m頂進框架在過程中阻力系數保持在0.17～0.35，銅陵側64.4m頂進框架在過程中阻力系數保持在0.25～0.45。

圖2 框架壓漿孔

圖3 底板壓漿施工

2.頂進設備“倒放”布置。由于框架頂程長達85m，所需的頂管及橫隔梁多，采用頂進設備“倒放”布置，將油頂設置在框架后端，與框架一起推進，頂管在后端不移動。這樣布置可以有效減少橫隔梁與滑板之間因不平整產生的摩阻力，另外，頂管及頂鐵不需移動，能減少油頂的頂力損失。（圖4）

圖4 頂進設備布置

圖5 刃角鋼板

3.頂進前端設置鋼筋砼刃角，鋼筋砼刃角邊上設置3～5cm鋼板。鋼板能夠把框架兩側多刮除3～5cm的土體，使土體與框架之間產生一個縫隙，能有效減少兩側的土體摩阻力，從而達到減少頂力阻力的效果。（圖5）

4.嚴格控制滑板平整度，做好潤滑層。滑板的平整度直接決定了底板的阻力系數。南側頂進框架滑板平整度合格率較北側好，潤滑層按“兩油三氈”設置，最終南側64.4m頂進框架啟動頂力均不超過框架自重的70%。（表2）

表2 南側蕪湖側滑板平整度偏差表

五、技術措施實施效果

根據現場施工環境，綜合考慮各種因素，本次通過控制頂進前方挖土，采用行之有效的措施，減少水對土體影響等方法，有效降低了超長超重框架頂進阻力系數的施工難題，啟動阻力系數控制在0.7以內，過程中滑動阻力系數控制在0.3～0.5之間（圖6），比同類工程頂進框架阻力系數大大降低，實現了預期目標。并且，由于減少了頂力，方向及水平得到了更好的控制，對頂精度控制在3cm以內，比規范容許誤差大大降低（表3）。

圖6 南側蕪湖側框架頂力變化及阻力系數圖

表3 框架頂進誤差表

六、結語

通過采用的技術措施，有效減少了頂進框架的阻力系數，從而更好地控制頂進框架的方向及高程偏差，做到了無縫對接，完全達到了制定的預期目標，在以后施工類似超長橋涵頂進項目時值得推廣使用。

（作者單位：中鐵二十四局集團路橋公司）