顶进涵后背计算及线路加固技术

1、顶进涵后背计算及线路加固技术（中铁二十二局哈尔滨铁路建设集团有限责任公司）张宏丽摘 要：根据顶进涵在既有线的施工，简述后背墙及线路加固技术在顶进涵中的应用，以及在施工确保既有线行车安全所起的作用。关建词：顶进 线路加固 后背墙1.前言近年来随着地方经济的发展，在既有铁路线上需穿越各种管线，为保证穿越的管线及线路运营的安全，需修建各种保护涵。但在既有线修建涵洞最大的不同在于保证铁路行车，施工中，既要兼顾工程进度并保证工程质量，更要保证行车和施工安全，还要尽可能减少对铁路运输的干扰。由其是顶进涵的施工，关键是在于线路加固，若线路加固方法安全系数较高，在满足运营条件下可加快施工进度，但后背墙的坚固程

2、度则是关系的顶进成败的重要环节，现将后背墙的计算加固线路的方法概述如下2.工程概况大虎山至新立屯段增建二工程自来水保护涵工程，自来水管线穿越大郑线铁路保护涵工程，中心里程为K8+575穿越大郑线上下行线，以上行线为基准，本保护涵与大郑线上行线切线交角为90度，上行半径500m，上下行线间距5.03m，保护涵共分为4节，每节长长14m，全长共计56.09m。3.施工方案通过对顶进涵的顶力计算，顶进时最大顶力为1444t，每米的背墙顶力为103.14t，后背宽（B1）为14m，该涵采用钢轨桩后背墙，钢轨桩长6.0m，钢轨桩入土深为2.0m，钢轨桩后背浆砌片石，墙高3.8m，浆砌片石后2.0m，宽1

3、4m。钢轨桩每米布置5根，在钢轨桩处设钢轨后背梁，断面尺寸为2.1m×0.6m，长14m。线路采用D24梁进行加固，支墩分别采用直径0.8m与1.25m深渡为6.5m的混凝土支墩。4、后背墙的检算4.1 根据朗金理论土压力计算墙后每延米的被动土压力为：Ep=式中：土容重，取1.6 t/m3；H：钢轨桩长（m）；：土的内摩擦角，因地质为混砂性粘土，取=40°；因根据千斤顶作用点与后背被动土压力Ep重合的假定，而主动土压力Ea远小于Ep，Ea可忽略不计，则：P= EpHDh-rD1rL=1.732HEpEa45°+/21：145°-/2后背钢轨桩入土深度计算

4、简图涵洞在顶进时需要的最大顶力为1444吨，而后背墙B1为14米，则每延米的顶力为：P=1444/14=103.14t/m则钢轨桩总长H为：H=5.30mD= =5.30/3=1.77m而千斤顶底面直径为50cm,则半径r=25cm。D1=D-r=1.77-0.25=1.52m为保证一定的安全度,实际施工时钢轨桩入土深为1.2D1,则实际入土深度为:1.2×1.52=1.82m钢轨桩总长为H+0.2D1=5.30+0.2×1.52=5.60m计算的钢轨桩入土深度及钢轨桩总长符合设计要求的入土深度2.0m及钢轨桩长总6.0m的要求。4.2 确定后背土堆高hh=H-D1=5.6

5、0-1.52=4.08m4.3 钢轨桩截面设计：检算后背土堆的稳定，钢轨桩仅抵抗滑板面h45°-/2EaMD1H后背钢轨桩截面计算简图以上后背土堆的主动土压力M=式中：Ea=1.6×4.082×tg2(45-40/2)/2=2.683t/mM=2.683×4.08/3=3.38(t-m)根据材料力学公式：W=，n=式中：钢材的允许应力=170mpa，因钢轨采用P50轨，W=287.2cm3W=3.38×106/17000=210.77cm3n=210.77/287.2=0.8每米布置5根钢轨符合设计要求。4.4 后背土堆稳定的检算后背土堆稳定的

6、条件是钢轨桩埋深必须满足静力平衡条件，即作用于结构上的全部水平方向作用力平衡条件（F=0）和结构绕根部自由端弯矩总和（M=0）为零。4.4.1 由F=0HD1EaEp后背土堆稳定计算简图则：Ep+-Ea=0式中：Ep=D12tg2（45+/2）/2Ea=H2tg2（45-/2）/2=U：滑板阻力。U：滑板摩阻系数=0.4：为每纵向米箱体重+每纵向米滑板重=24.25+14×0.2×2.5=31.25t=U=0.4×31.25=12.5 t则：D1=进行计算D1，为不解, D1=1.52m，水平方向不会移动。4.5 后背总体设计图如下说明：1 、本图为后背图,各部分

7、尺寸均以厘米计；2 、后背采用钢轨桩布置，后背墙宽14米。每延米布置5根P50钢轨桩，钢轨桩长6.00米，入土2.00米，3、滑板底因地质较软，夯填60cm厚的碎石土，再浇筑20cm厚的C20钢筋混凝土。滑板顶面加设一层厚3mm的石腊及1mm厚的滑石粉。做好滑板两侧的排水,浆砌水沟挖深50cm,以便滑板不受浸泡。砂性粘土浆砌片石既有线路夯填碎石土厚6020抗滑条钢轨后背梁 浆砌片石粘性土.3挡板钢板钢筋混凝土厚20后背总体设计图5.线路加固设计2450228785085012005.1 该段线路加固采用D24型施工便梁，两端支撑墩采用挖孔桩，两侧挖孔桩直径为80cm，中间挖孔桩直径为125cm

8、，挖孔桩深为6.5m。5.2 线路加固断面图：线路加固断面图5.3 D形便梁已经过铁道部鉴定，不必检算。5.4 检算挖孔桩的桩身长度及桩径。5.4.1 双孔重载布置（跨度为24.12m）： 220KN“中活载”图MB=0 则有 RA×4.8-P×4.8-P×3.3-P×1.8-P×0.3-1/2×q×4.82=0RA=515.5KN由竖向F=0，得RB=(220×3.75+16.62×92)/2- RA =661.52KN所以RA支座反力大，该处为最不利荷载。D型便梁重计算：梁体总重为46.902吨 跨度

9、24.12m线上钢轨及枕木重为25×2×0.06+44×0.254=14T梁体共重：46.902吨，加上线路轨道重114吨，则共计609KN 桩位布置图图24.12m则每墩承重为N=515.2+609/2=819.71KN5.4.2 桩长计算根据该涵的地质钻探资料，从轨面下0-6.25米为人工填筑土及粉质黏土，承载力为150kpa，6.25米以下为灰岩、砂岩，承载力为350kpa。将桩底置于灰岩层，取桩长6.5米。由于在顶进施工时土体开挖会使桩部分暴露，在计算桩承载力时，摩擦力部分按4m长计算。按土的阻力确定单桩轴向容许承载力，共容许承载力为：N=S（fi

10、5;Li）/2+mo×A× S1=3.14×0.8=2.512m，S2=3.14×1.25=3.925mA1=×12/4=0.502m2A2=×22/4=1.227m2Mo=1，=350kpa桩身自重G1=A1×H×25=0.502×6.5×25 =81.6KNG2=A2×H×25=1.227×6.5×25 =199.4KNN80= S1（fi×Li）/2+mo×A1× =2.512×(150×3.75+3

11、50×0.25)/2+1×0.502×350 =992.1KN80cm的挖孔桩 总重N+ G1=444.8+81.6=526.4KN<N80=992.1KNN125= S2（fi×Li)/2+mo×A2× =3.925×(150×3.75+350×0.25)/2+1.227×350 =1705.1KN如上图，双向重载时，125cm的挖孔桩承受的荷载可考虑为661.52KN×2=1323.04KN， 则：N+ G2=1323.04+199.4=1522.44KN<N125=1705.1KN均满足支撑需要。6.结论在既有线桥涵的顶进施工过程中，后背墙的牢固与否是关系的顶进成败的关键工序，所以后背墙的检算在确定施工方案时由为重要。而