通道桥涵顶进施工电子教案

1、通道桥涵顶进施工图图1 1 框架结构顶进示意图框架结构顶进示意图顶进桥涵施工几大要点1、支点桩的平面布置、标高计算必须要了解架空梁的技术参数（如梁长、节点板高度等)，并对现场进行调查清楚（注：标高适当低于计算2-5cm)2、滑板设置（标高、轴线、地下水位）3、施工工艺确定（空顶或带土顶、防栽头措施、防偏措施）4、边坡坡度控制措施（防坍塌影响线路行车）5、顶力和后背计算（主要计算千斤顶配置、后背配筋、反压荷载）6、应急预案控制（防涨轨、防洪、防坍塌）几个原则：1）支点桩底低于破裂面不小于2米； 2）滑板做到“晚下早出”，留够纠偏距离； 3）切土顶进保安全、防超前开挖； 4）后背反力宜大不宜小；

2、5）提前调查，措施得当。2、发展历程及特点（1）历程简介 顶进施工工艺首次推广应用是在1986年的苏家屯北九路7号铁路框架立交桥（6m-15.5m-6m）施工，取得了比较好的经济效益和社会效益； 1987年顶进施工方法获得原铁道部工程指挥部（现为中国铁道建筑总公司）科技成果三等奖； 随后在哈尔滨铁路枢纽哈双联铁路立交桥、新城子站北铁路立交桥、张家口至沙岭子站间铁路立交桥工程中应用实践，进一步总结提高，形成了成熟的顶进工法。（2）顶进施工方法的特点 对线路运输干扰时间短，不中断行车，能保证线路在既定限速下正常运营； 能保持路基完好和稳定，减少线路恢复工序，相对于其他方法而言，不必修建临时便线和迂

3、回线； 占地拆迁少，减少大量的土方和线上工程； 预制结构整体好，刚度大，便于顶进施工，而且抗震性能良好； 基底应力小，基本不受地基地质条件的限制，受气候条件的影响也较小，二、顶进施工工艺的适用范围 在处理旧线既有桥涵病害需要扩建或增建新桥涵时； 既有铁路和公路的平交道口需要改建成立交时； 客运量大的车站需要增设的地道； 农田灌溉需要增建穿越铁路的过水桥涵； 各类填筑的路基和路堤。三、桥涵顶进施工工艺施工准备施工准备开挖工作坑开挖工作坑修筑滑板修筑滑板预制框架结构预制框架结构修筑后背修筑后背安装顶进设备安装顶进设备设备调试、试顶设备调试、试顶顶进顶进就位就位筹制顶进设备筹制顶进设备井点降水井点降

4、水建立组织机构建立组织机构通讯联络通讯联络轴线高程观测轴线高程观测线路加固线路加固安装检查安装检查挖、运土挖、运土拆除顶进设备拆除顶进设备模板制作模板制作加工框架钢筋加工框架钢筋施工工艺框图施工工艺框图端翼墙与铺砌施工端翼墙与铺砌施工采用板桩为后背时，应在开挖工作坑之前施工完毕顶进施工工艺技术要点1、施工准备（1）人员安排（2）施工相关材料准备（3）施工机具准备（4）轴线及高程测量与复核（5）顶进施工专项技术方案的编制（6）场地“三通一平”及排、降水安排（7）外协工作（8）既有的线路临时加固（9）调查施工区域地下管线、电缆及其它障碍物情况、施 工区域线路列车通过的次数、间隔时间、股道数、道岔及

5、其使用性质，线间距及高程情况；2、开挖工作坑（1）开挖前的降水及临时排水措施若工作坑基底标高位移地下水位以上，工作基坑开挖之前，宜采用井点降水，将地下水位降至基底标高以下0.51.0米；降低地下水位时，确保附近既有建筑物的稳定，尤其是对既有线路水平位移及高程的监测；在多雨地区无法避免雨期施工时，应设置顺畅的排水设施，同时备有防洪及线路抢修的措施；（2）工作坑位置的选择 主要根据现场的地形地貌、场地大小及 土质情况等全面考虑，在框架涵的轴线上选择挖填方少，顶进长度短的既有线路一侧位置作为工作坑的平面位置。 （3）工作坑平面尺寸的确定方法一般由底板的尺寸确定，工作坑的底板尺寸建议按照下式计算： 长

6、度=框架结构底板长度+顶镐长度+横梁厚度+后背地梁厚度+0.3m 宽度+框架结构底板宽度+2方向支墩宽度+0.2m+2排水沟宽度 工作坑顶边距最外侧铁路中心线不得小于3.2m，或至铁路外侧钢轨的距离最小不小于2.5m；工作坑开挖标高：框架结构底板底面标高H-滑板厚度（含润滑层厚度）-垫层厚度；（4）工作坑开挖 工作坑开挖边坡：原则上工作坑两侧边坡按照土质情况确定，一般取1:0.751:1.5，靠近铁路路基一侧的边坡可缓于1:1.5，以保证既有线路路基的稳定； 采用机械开挖时，应预留20cm厚土层在垫层施工前人工开挖；3、修筑滑板（1）滑板要满足桥涵主体结构与顶进所需强度及稳定性要求；（2）滑板

7、中心线与桥涵中心线应一致；（3）滑板与地基接触面应有防滑措施，必要时在滑板下设置锚梁；（4）一般情况下根据地质条件及顶进距离，将滑板顶面做成前高后低的上坡；（5）滑板两侧设置导向支墩；（6）滑板的结构形式又两种：一种是滑板与后背梁连成整体，另一种是滑板与后背梁分离，施工时根据具体情况选择；4、框架桥涵预制 框架桥涵混凝土工程施工应符合相应的规范要求外，与顶进施工有关的技术要点有：（1）框架涵预制施工前，在滑板顶面铺设润滑隔离层；（2）框架涵两侧前端2m范围内的外模，可向外加宽1cm，及框架涵拆模后，前端轮廓宽较后端轮廓宽2cm，严禁出现前窄后宽的楔形现象；（3）框架涵预制与刃角安装完成后，应设

8、置防水层，外表进行润滑处理，以减少顶进阻力；（4）顶进过程中，为方便调整高程，框架涵底板前段底部宜设置成船头坡；5、修筑后背 后背主要是承受顶进时的水平顶力之反力的临时结构物，它是保证工作顺利进行的重要设施，直接关系着顶进质量。因此，必须保证后背要有足够的强度和稳定性，并且在出现最大顶力时，还有适当的安全储备。后背的形式有：板桩式、重力式和拼装式，常用形式主要是前两种，即：板桩式板桩式和和重力式后背重力式后背。 （1）板桩式后背：在工作坑土方开挖之前施工。板桩打入的深度及排数应符合设计计算的要求；板桩材料：钢轨及工字钢等热轧型钢；板桩施工-锤击法，宜重锤轻击施工； 为确保板桩打入的垂直度及平面

9、位置准确，可以选择双层围檩打桩法双层围檩打桩法或履带式打桩机打桩履带式打桩机打桩； 板桩的质量控制指标：桩的垂直偏差、平面偏差、桩间咬合质量、桩端标高、桩身质量的完好性等。 钢桩后背示意图钢桩后背示意图(2)重力式后背 由后背墙、钢筋混凝土垫梁和后背填土构成，常用的重力式后背墙，由浆砌块石砌筑而成。后背一般是在工作坑挖好后进行压实，达到压密程度，保证填土的内摩擦角在2530以上。在顶入工序结束后，拆除工作较前两类后背要简便得多，不需要打桩架和起重吊车等大型设备，而且拆下的石块仍可供其它砌筑工程使用，所以造价低廉，特别是在容易采集石料的地区，应当尽量使用重力式后背结构，以便提高经济指标，不过这种

10、后背的单位长度顶力不宜超过700800 kNm2。 重力式后背重力式后背6、顶进施工技术要点（1）应根据计算的最大顶力确定顶进设备，千斤顶顶力可按照额定顶力的60%70%计算，并配备备用千斤顶；（2）顶进之前应检查：顶进的液压系统、顶进设备检查；主体结构混凝土是否达到设计强度，防水层及保护层是否已经按照设计完成；线路加固、后背及各类施工机械是否符合顶进专项技术方案的要求；劳力组织及观测、试验人员分工是否明确；复核顶铁与顶力轴线是否一致，是否与横梁垂直；与运营部门协商确认的施工安排、线路防护监测抢修人员及通信、照明等是否准备就绪；顶进轴线及高程复核。（3）试顶开启油泵后，每当油压升高510MPa

11、，应停泵观察，发现异常及时处理；当千斤顶活塞开始伸出，顶柱（铁）压紧后应即停顶，检查各部位无异常现象时，再开泵顶动桥身； 试顶时重点检查的部位：后背、滑板、油压系统（尤其是油路的接头处）、桥涵结构（尤其是千斤顶后座与结构接触部位是否出现局部压应力过大）。（4）顶进施工第一阶段：在滑板空顶至刃角接触路基边坡时，停止顶进；第二阶段：开始挖土运土，当刃角前方挖土达到一个顶程（根据顶镐行程长度而定），开启油泵，推动框架桥涵前进一个顶程，停止顶进，安放相应长度的顶铁，如此反复直至框架桥涵就位；桥涵主体顶进就位以后，及时施工端翼墙和防护工程，恢复线路行车；顶进过程注意事项：由于顶进速度主要取决于挖土运土速

12、度，所以尽量采用机械挖、运土；顶进所采用的液压系统应采用两套不同的系统，在顶镐对称布置的情况下，可以用不等压的方式形成纠偏力矩进行纠偏；挖土时，每次掘进深度应视土质情况及有关要求而定，每次一般进深2050cm，在土质松散或软塑土层顶进时严禁超挖，必须保证刃角切入土层内10cm以上；每完成一个顶程，要进行一次水准测量，方向观测以框架桥涵中心线基桩为原点，用高精度经纬仪在顶进过程中连续观测，及时纠偏；控制顶镐的着力点，使顶镐的合力低于或高于摩阻力的合力，对防止框架“扎头”和“抬头”能起到一定的在作用；加固线路，应保持轨道电路的正常状态，在无缝线路地段，需变更锁定范围，应与相关部门协商后方可施工；列

13、车通过时，严禁继续开挖，人员应撤离开挖面1米以外，施工过程中应按照铁路技术管理规程的规定对行车作有效的防护；顶进过程中，应随时观测既有路基、线路和顶进桥涵状态的变化，确保既有线路轨距、水平及方向的正确。（5）涉及到的相关规范规程客运专线铁路桥涵施工质量验收暂行标准铁建设（2005）160号 铁路混凝土工程施工质量验收补充标准铁建设（2005）160号 铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准（TB10424-2003） 客运专线铁路有关施工技术指南及技术条件；客运专线铁路桥涵工程施工技术指南（TZ 213-2005）客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件铁科技（2004）120号客运专线桥梁混凝土

14、桥面防水层暂行技术条件科技基（2005）101号 铁路技术管理规程四、桥涵顶进设计计算1、主要计算内容（1）顶力计算（2）后背计算（3）顶进开挖过程中，最不利情况下的既有路基边坡稳定计算（4）便梁支墩检算（以24mD型便梁为例）1、顶力计算 顶进桥涵的顶力大小，应根据顶进长度、土的性质、地下水情况、桥涵外形及施工方法等因素按照下式计算：2)(322111RAEffNNfNKP；最大顶力，式中：KNP-；路加固材料荷载），桥涵顶上荷载（包括线KNN1；为涂机油调制的滑石粉浆，涂滑石粉浆为涂石蜡为值：料，可采用下列参考数摩擦系数，若无试验资桥涵顶面与顶上荷载的2 . 0,30. 034. 017.

15、 01f；，荷载包含桥涵内部临时施工桥涵自重KNN)(2；系数，采用；钢刃角的正面积，卵石土为砂粘土：数值试验资料可以按照下式钢刃角正面摩阻力，无；资料可以取侧面摩擦系数，无试验；桥涵两侧土压力，；以取擦系数，无试验资料可桥涵底板与基底土的摩2 . 1m; a17001500;5505008 . 07 . 08 .7 . 0232KAKPKPaRfKNEf）；设计的最大顶力（）；每台顶镐的设计顶力（；顶力利用系数，一般取顶镐数量；式中KNPKNPKnPnKPiimaxmax7 . 06 . 0确定顶镐数量： 根据计算出的最大顶力，按照下式确定顶镐数量说明：顶镐的选择应根据实际的最大顶力，选择能

16、满足其要求的相应的规格型号，高压油泵一般选用工作油压较高的，并与顶镐要求的油压相适应，同时与附属的设备配套！2、后背计算 板桩后背计算板桩后背计算（1）钢板桩长度的确定 钢板的长度L = h1+ t1, 由于精确确定土压力的分布规律很困难, 一般用近似土压力分布图形确定( 见图) 。当挡土墙向前或平移时, 墙后的土压力逐渐小。土压墙所受压力称为主动土压力, 其合力用Ea表示, 图( abe ) 为主动土压力。图中( cbd ) 为被动土压力, 其合力为Ep1, 它在板桩下端不起作用, 计算时假定在b 点, 实际起作用在b 点以上一段距离。因此在最后求得板桩入土深度后, 再适当增加10% 20%

17、。悬臂式钢板桩示意图 悬臂式板桩挡土墙的破坏, 一般是绕b 点以上某点O 转动, 这样在O点以上的前侧及O点以下的板桩后侧将产生被动土压力Ep1, Ep2, 在板桩后侧及0点以上部分将产生主动土压力Ea, 各力对b点取矩可得下式:（2）板桩最大弯矩截面的确定 板桩最大弯矩截面的深度为t0, 此处剪力为0,则:即每延米板桩墙处最大的弯矩值为: 按照最大弯矩值，最终确定每延米板桩数量及截面型号。重力式后背计算重力式后背计算 根据肆桥8030-II抗力分析公式，重力式后背设计中，一般采用朗金被动土压力理论计算被动土压力。根据朗金土压力理论假定：胸墙竖直，墙背是光滑的，填土与墙顶平，满足上述条件时，朗

18、金被动土压力公式为：)245(02 rhtgP该式计算较简单，后背与填土之间的外摩擦角 0 后背的抗力主要来自以下3个方面: 后背土压力、后背自重产生的阻力、滑床与分配梁相连后的阻力。( 1)根据肆桥8030- 的抗力分析公式有: phP112246. 1)(21)(211212PPPpEEPPhEhhP后背顶以上覆盖土抗力；土抗力；计算土抗力；实际土抗力；( 2)后背自重阻力 ( 3)滑床板与后背相连的阻力( 4)后背的总抗力为:则安全系数为:=1.1FFEEPPEK 最大顶力3、既有线路基边坡稳定性计算 顶进过程中，最不利情况下既有路基边坡稳定性计算，计算结果可用于指导顶进过程中，刃角前方

19、（即：顶进方向） 及刃角侧面土方开挖的安全坡度设置值。 计算方法简介：根据既有线路基土质为粘性土还是无粘性土，分别采用以下方法进行计算分析。（1）粘性土路基：采用基于破裂面为圆弧面的条分法计算；（2）无粘性土路基：采用基于破裂面为平面的土体滑动法计算； 具体计算可参考相关土力学与地基书籍，限于篇幅不再赘述！4、便梁支墩检算以24mD 型便梁为例：恒载加活载组合活荷载计算简图支座反力R计算地基承载力试验值RA 确定支墩承载面积A五、桥涵顶进安全注意事项 施工注意事项施工注意事项1、施工前应做好现场场地布置，完成水电及相应的管线设施，修好临时便线，保证工程物质和机械设备的进场运输，现场料具堆放整齐

20、；同时按照要求进行井点降水，努力为施工创造条件。2、顶桥如穿越多股线路时，工作坑应避免靠近铁路正线一侧，以减少对铁路运输的干扰，在曲线地段，工作坑宜选择在曲线的外侧。工作坑底土层的承载力应满足设计要求，若土质松软应进行加固处理，3、工作坑底板顶面光滑平整，并在底板上设置润滑隔离层，以减少阻力并避免框架与滑板粘结。4、框架结构混凝土浇筑要求表面光滑平整，尽量减少顶进阻力。5、顶进设备应尽量安装在框架中心附近，使油压基本一致，油管尽量做到长短一致，便于调整控制。6、顶进过程中，挖土坡度要保持与刃角坡度一致，或根据土质选择安全坡度，严禁出现反坡、超挖现象。7、当有列车通过时或机械设备出现故障不能顶进

21、时，应暂停挖土，并随时对线路和框架的中线和水平进行测量，以免线路变形危及行车安全和框架就位不准。 安全措施安全措施1、组织操作人员学习有关法令法规、指示和安全操作规程，对操作人员进行岗前培训，考核合格以后才能上岗。2、顶进施工时应有严密的统一组织，分工明确，相互协调，做到统一指挥，统一行动，整个顶进过程应按分工各负其责，做到忙而不乱。3、施顶时，操作人员应严格按安全操作规程办事，佩戴安全帽，在高处作业系好安全带，配备专人检查顶进设备，并随时注意其运转情况，出现故障及时汇报处理。非操作人员应离开工作坑，严禁施工人员接近或跨越顶铁顶柱，以防崩铁伤人。4、顶进挖土，应随挖随顶，严禁超挖欠挖，以免框架

22、顶进时产生方向和高度偏差。5、应有专人检查线路上部建筑，经常测量铁路轨距和高度，发现问题应立即停止顶进，采取加固措施，并随时与铁路运输部门取得联系，确保行车安全。6、顶进现场应配备适当的抢修材料和机具，以备应急所需。六、桥涵顶进常见工程事故及预防措施 以往工程实践中常见的工程事故主要有：以往工程实践中常见的工程事故主要有：1、后背位移过大；2、轴线偏离过大；3、出现“扎头”或“抬头”现象；4、便梁支墩位移过大；5、既有线路基边坡出现塌方；6、井点降水导致周边建筑物出现不同程度的下沉； 事故预防及处理事故预防及处理1、后背位移过大； 预防及处理方法：试顶时注意观察后背位移情况，顶进时，尤其是框架涵全部离开滑板进入路基范围内，顶力最大，如果发现后背位移累加测量值继续加大，应该立即停止顶进，对后背进行加固处理，处理思路：提高后背土的抗力，常采取堆载片石的方法处理。2、轴线偏离过大； 预防措施：顶进过程中不间断的测量轴线位置，使得轴线位置处于可控状态。 处理措施：若轴线位置偏离过大，可用增减一侧顶力方法或用挖土