大型箱涵頂入施工技術(shù)

1、大型箱涵頂入施工技術(shù) 大型箱涵頂入施工技術(shù) 總第 93 期 2022 年第 2 期 WEST-CHINAEXPLORATIONENGINEERING seriesNo.93Feb.2022文章編號 :1004 5716202202 0127 03 大型箱涵頂入施工技術(shù) 陳俊生 , 饒為國中圖分類號 :U449 82 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :B 1. 北方交通高校 , 北京 100044;2. 鄭州市大路治理局 , 河南鄭州 450052; 3. 中國地震局地球物理討論所 , 北京 100081摘要 : 系統(tǒng)介紹了國內(nèi)大型箱涵頂入施工中較為先進(jìn)的施工工藝和施工理論 , 并對大型箱涵頂入施工中的主要技術(shù)環(huán)節(jié)

2、做了說明；關(guān)鍵字 : 箱涵頂入 ; 方案比選 ; 氣墊法 ; 土壓平穩(wěn)小型箱涵頂入施工的技術(shù)和設(shè)備都比較簡潔 , 施工工藝的進(jìn)展也比較成熟 , 已作為一種常規(guī)的施工工藝為業(yè)主所廣泛接受；不過在最近的 20 年, 隨著我國路網(wǎng)的建設(shè) , 遇到了很多大型箱涵的頂入施工 , 頂入施工技術(shù)無論是在施工理論 , 仍是施工工藝方面又都有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展 , 采納頂入法已經(jīng)建成了許多大型工程；由于在我國路網(wǎng)的建設(shè)過程中 , 先行進(jìn)行建設(shè)的是鐵路路網(wǎng) , 所以以前的頂入法施工多是針對穿越既有鐵路線路給出的 , 現(xiàn)在由于大路網(wǎng)特別是高速大路網(wǎng)的建設(shè) 工；, 以后也將會常常遇到穿越大路線路的大型箱涵的頂入施 1

3、頂入箱涵與建橋的方案比選在項目立項初期 , 常常會遇到頂入箱涵方案與建橋方案的比選工作 , 到底是采納頂入箱涵仍是以橋的方式通過既有線路 , 施工地點的地勢是應(yīng)當(dāng)?shù)谝豢紤]的因素 , 假如既有線路處在挖方地段 , 就采納橋的方案顯得比較經(jīng)濟(jì) , 假如既有線路處于填方地段 , 一般來講采納頂入箱涵比較經(jīng)濟(jì)；以下是頂入箱涵的一些優(yōu)點 : 1 采納箱涵頂入施工技術(shù)穿越既有線路 , 可以防止修建便線、便橋 , 能夠最大限度的防止對行車的干擾 , 同建橋相比 , 可以達(dá)到節(jié)約工程造價的目的； 2 建橋的施工周期一般較長 , 其中包括鉆孔成樁、澆注橋臺、橋墩、架梁等過程 ; 而箱涵可以分段澆注或一次成型 ,

4、 然后只要把箱涵頂推就位即可 , 施工周期可以大大縮短； 3在穿越鐵路的時候, 鐵路要求的凈空一般高達(dá)6.57.0m, 而城市道路凈空一般只有4.25m, 所以 , 從引道長度來說 , 箱涵比橋更為有利； 4 箱涵的抗震性較好 , 對人力交通也比較安全和便利 , 對環(huán)境的影響也較小 , 且很簡潔滿意擴(kuò)建方面的要求；2 大型箱涵頂入施工中的主要技術(shù)環(huán)節(jié) 2.1 大型箱涵頂入時接口的處理不論是大型箱涵仍是小型箱涵 , 都會遇到接口的問題 , 小型箱涵的接口可以采納一般的F 型或 T 型接口 , 可參考有關(guān)的書籍 , 大型箱涵的接口需采納特地的設(shè)計 , 現(xiàn)介紹兩種比較典型的接口方式 1 ；第一種接口

5、方式見圖1, 圖 1 所示的是一個接頭的詳圖, 像這樣的接頭均布在箱涵壁內(nèi)有數(shù)個；從接頭處可以見到在箱涵壁內(nèi)預(yù)埋有一根套管 圖 1 , 圖 1 第一種接口方式詳圖5, 在套管的兩頭各預(yù)埋一個接頭盒； 1-預(yù)埋件 ;2- 預(yù)埋底板 ;3- 鋼接頭盒 ;4- 塑料接頭盒 ;5- 套管 ;6- 拉桿 ;7- 緊定螺母 ;8- 連接螺母 ;9 樹脂注入管 ;10- 襯墊板焊接而成 , 預(yù)埋底板 2 也比較厚 , 由于在下一個接頭沒有安裝好之前 , 緊定螺母擰緊以后的拉力全部由該接頭盒承擔(dān) , 右邊的接頭盒 4 可以薄一些 , 也可用 PVC塑料做成 , 同時用該材料做成的仍有套管 5 和樹脂注入管 9

6、；當(dāng)前一節(jié)箱涵頂入完畢就把穿有高強(qiáng)度螺栓的后一節(jié)箱涵放在工作坑的滑板上 , 然后把連接螺母 8 先擰入左邊的高強(qiáng)度螺栓大約二分之一處 , 然后把右邊的高強(qiáng)度螺栓再擰入連接螺母；待全部的高強(qiáng)度螺栓都連接好以后就可把后一節(jié)箱涵漸漸推動, 與前一節(jié)合攏；這時, 在后一節(jié)箱涵的尾端把一只只緊定螺母7擰緊以后 , 這兩節(jié)箱涵就緊緊連接在一起了；襯墊10 是起止水作用的 , 在箱涵全部推完以后, 再從樹脂注入管內(nèi)向每一個接頭盒內(nèi)注入肯定量的環(huán)氧樹脂, 把接頭盒封住就可以了,這種接口形式只有高強(qiáng)度螺栓受拉力, 混凝土只受壓力；, 它只是在箱涵內(nèi)壁距兩另一種典型的接口形式見圖2, 圖 2 所示的接口形式比較簡

7、潔端相等的中間位置上預(yù)埋一個長250mm、寬 100mm的鋼制接頭盒 , 在盒子的前后兩頭各開有連接螺栓可通過的孔 , 該孔對準(zhǔn)預(yù)埋好的套管 , 連接過程中只需要把兩節(jié)箱涵之間的連接螺栓擰緊即可；在軟土及地下水壓高的地方采納圖 2 所示的接口形式的時候 , 除簡潔的采納襯墊密封以外 , 仍應(yīng)設(shè)計特地的止水結(jié)構(gòu) , 圖 3 給出了一種止水結(jié)構(gòu)形式 , 它是分別在箱體的兩個端面上各開一個梯形槽 , 在兩個梯形槽中填劑 128 填滿即可；西 部 探 礦 工 程 Feb.2022泄漏 , 就氣倉可以成為相對穩(wěn)固的靜壓區(qū), 從而達(dá)到抱負(fù)的氣墊成效；此時, 不僅涵體脫離滑板面 , 原先起密封作用的氣裙亦浮

8、離滑板面一個高度h, 即涵體和氣裙一起均懸浮在高壓空氣之上 , 在頂鎬的施力作用下 , 涵體可在較小的頂力下向前移動 , 而涵底氣倉所形成的靜壓區(qū)亦隨之移動 , 使得涵體始終處于懸浮狀態(tài)向前頂入 , 如圖 5c 所示；圖 2 另一種接口方式示意圖 1-螺母 ;2-圖 5 氣墊法減阻示意圖 1-箱涵 ;2- 氣裙 ;3- 滑板 ;4- 氣倉 ;5- 高壓空氣氣倉與氣裙的布置可依據(jù)頂入箱涵的結(jié)構(gòu)尺寸大小打算, 當(dāng)同時考慮頂入時的糾偏方便時 , 可用氣裙將氣倉分為前后倉, 也可再將前倉分成左右倉, 如圖 6 所示；頂入初期 , 三個氣倉同圖 3 止水結(jié)構(gòu)設(shè)計 1、4- 接桿 ;2- 緊定螺母 ;3-

9、 聯(lián)結(jié)螺母 ;5- 梯形槽 ; 6-襯墊 ;7- 止水板 2.2 挖土平臺的設(shè)置大型箱涵的凈高一般都 4m,且又多采納人工挖土的方法 ,此時箱涵內(nèi)應(yīng)設(shè)置挖土平臺 , 將開挖面分成兩層或多層 , 最常見的是設(shè)置中平臺 , 將挖土面分成上下兩層 , 這樣做可以削減路基挖坡面的高度 , 從而增加路基頂入時路基的穩(wěn)固 ,跨度較大的箱涵其挖土平臺仍需增設(shè)中柱或支架, 以增加剛度 , 見圖 4, 挖土平臺可以采納型鋼安裝在箱涵的預(yù)埋鋼板上 , 也可以采納鋼筋混凝土與箱涵同時澆注而成；圖 6 氣裙及氣倉布置示意圖 1-后倉 ;2- 前左倉 ;3- 前右倉 ;4- 氣裙進(jìn)氣管 ; 5-測壓管 ;6- 氣倉進(jìn)氣

10、管時充氣 , 當(dāng)涵體大部分移出滑板后 , 可依據(jù)涵體標(biāo)高情形來調(diào)整各氣倉的進(jìn)氣量 , 以達(dá)到糾偏的目的；頂入時 , 當(dāng)發(fā)覺涵體前端下沉較大 , 即顯現(xiàn) . 扎頭 #現(xiàn)象時 , 可使后倉少進(jìn)氣或暫停進(jìn)氣 ; 如發(fā)覺左、右水平高差反常時 , 就通過削減或暫停前左倉 或前右倉 的進(jìn)氣量來調(diào)整；氣裙可采納橡膠或化纖布等材料加工成密封的袋狀結(jié)構(gòu), 氣裙的安裝可見有關(guān)的規(guī)范 , 充氣管一般采納直徑 40mm左右的鍍鋅鋼管 , 預(yù)埋在涵身底板內(nèi)；圖 4 挖土平臺示意圖 1-箱涵頂板 ;2- 加固橫梁 ;3- 中平臺 ;4- 頂入方向 ;5- 網(wǎng)格支架 2.4 既有線路的加固措施對大型箱涵的頂入施工 , 為確

11、保被頂入線路的行車安全及施工安全 , 必需在頂入之前對既有線路進(jìn)行加固 , 既有線路一般指鐵路和大路； 2.4.1 對鐵路線路的加固措施對于小型橋涵的頂入 , 軌枕應(yīng)全部換成木枕 , 既有鐵路線路可以采納吊軌加固 , 拴槽鋼法防止鐵路線路橫移 , 如加固的線路為無縫線路 , 應(yīng)將加固范疇以外的線路加強(qiáng)鎖定 , 防止鋼軌脹跑；對于大型箱涵的頂入 , 如箱頂無掩蓋土?xí)r , 除設(shè)軌束吊梁外 , 仍應(yīng)將石渣層換以抬梁 , 抬梁的作用是當(dāng)頂入中發(fā)生局部塌方時 , 使軌枕仍能保持穩(wěn)固 , 維護(hù)通車 , 在抬梁的兩端及兩股線路間也可設(shè)置與線路平行的縱梁 , 縱梁與抬梁用 U型螺栓及扣板進(jìn)行連接 , 使抬梁以

12、縱梁為承托 , 抬梁一般用 300mm工字鋼或用方木套以槽鋼 , 抬梁長度一般以梁端距鋼軌3m即可 , 間距 1.5m 為宜 , 抬梁的高度應(yīng)與箱頂與枕木的距離協(xié)作好 , 吊軌縱橫梁加固如圖72.3 大型箱涵頂入時減小頂入阻力的措施大型箱涵除在頂入前在外壁噴石蠟或涂潤滑劑外, 在頂入的過程中也可以采納氣墊法減小頂入時的摩擦阻力 , 并可以防止和訂正箱涵的扎頭現(xiàn)象 , 詳細(xì)做法如下 2:先在箱涵的預(yù)制位置沿箱涵底面的周邊設(shè)置氣裙 , 然后在其上立模、澆注涵身混凝土 ,使氣裙和涵身混凝土聯(lián)成一體 , 如圖 5a 所示；頂入開頭前往氣裙內(nèi)充以壓縮空氣 壓強(qiáng)為p1, 氣裙逐步膨脹 , 使涵身底部與外界

13、隔絕 , 此時氣裙所起的作用類似于千斤頂中的油封 ,然后對氣倉 即氣裙所圍面積 充氣 , 當(dāng)氣倉壓強(qiáng)達(dá)到 積, 涵體開頭上浮 , 但因 p2 陳俊生 , 饒為國 : 大型箱涵頂入施工技術(shù) 2.5 土壓平穩(wěn)法施工p2, 且 p2 A. 涵體重時 A 為氣倉有效面路, 但箱頂應(yīng)設(shè)混凝土墊 , 扣軌梁的軌數(shù)可按抬梁的間距設(shè)計 , 抬梁一端放在箱頂上 , 一端放在路基上 , 頂入時為了防止線路橫移 , 各束扣軌梁之間加枕木撐 , 抬梁的終端加立枕木擋墻 , 抬梁和扣軌梁可用 U形卡子連在一起 , 形成整體 , 如圖 8 所示；防止鐵路線路橫移的加固方法可依據(jù)情形采納拴槽鋼法或鋼板脫殼法等 ,詳細(xì)的做法

14、見有關(guān)的規(guī)范；土壓平穩(wěn)法箱涵頂入施工是一個全新的施工概念和施工理論 , 其特點是適用范疇廣泛 ,通常不必采納幫助施工措施 , 而且仍可以有效的掌握路面的變形；從理論上講 , 掘進(jìn)機(jī)在頂入過程中 , 其土倉的壓力假如小于掘進(jìn)機(jī)所處土層的主動土壓力 , 地面就會產(chǎn)生沉降 ; 反之 ,假如在掘進(jìn)機(jī)頂入過程中 , 其土倉的壓力大于掘進(jìn)機(jī)所處土層的被動土壓力 , 地面就會隆起；假如我們把土壓力掌握在主動土壓力和被動土壓力之間, 就能達(dá)到土壓平穩(wěn)；在實際操作中, 在覆土比較深時 , 從主動土壓力到被動土壓力之間的變化范疇比較大 , 再加上理論運算與實際之間有肯定的誤差 , 所以必需進(jìn)一步限定土壓力的范疇；

15、一般常把掌握土壓力設(shè)置在靜止土壓力加減 20kPa 的范疇內(nèi) ; 在覆土比較淺的情形下 , 仍要把掌握土壓力的上限與被動土壓力進(jìn)行比較 , 假如掌握土壓力的上限大于被動土壓力就必需進(jìn)行調(diào)整 ; 假如掌握土壓力圖 7 吊軌縱橫梁加固示意圖 1-鋼軌 ;2- 枕木 ;3- 扣軌 ;4- 縱梁 ;5-2.6 施工中的監(jiān)測、反饋、調(diào)整與應(yīng)急的下限小于主動土壓力, 同樣也要進(jìn)行調(diào)整；措施大型箱涵的頂部覆土一般都很薄 , 而且箱涵的寬度又比較大 , 線路很簡潔產(chǎn)生較大的變形, 影響行車的安全 , 所以除了對箱涵的軸向偏位和低仰頭進(jìn)行監(jiān)測外 , 仍必需對既有鐵路線路的變形和大路路面的變形進(jìn)行監(jiān)測, 以便準(zhǔn)時

16、發(fā)覺問題和解決問題；一般可以用全站儀監(jiān)測箱涵的軸向偏位和低仰頭, 用位移計監(jiān)測既有鐵路線路或大路路面的變形, 用土壓力盒監(jiān)測土壓力的變化等；當(dāng)既有鐵路線路或大路路面有規(guī)范不答應(yīng)的變形或土壓力有明顯的變化時 , 應(yīng)當(dāng)立刻停止施工 , 妥當(dāng)處理或?qū)嵭醒a(bǔ)圖 8 淺覆土扣軌梁與抬梁加固示意圖1- 扣軌梁 ;2- 軌面 ;3- 抬梁 ;4- 混凝土墊救措施以后才能連續(xù)施工；大型箱涵頂入中顯現(xiàn)的軸向偏位和低仰頭的調(diào)整與小型箱涵中的相同 , 可參考有關(guān)的文獻(xiàn) , 頂入箱涵就位后的答應(yīng)偏差如表 1 所示； 2.4.2 對大路線路的加固措施大型箱涵在大路路基內(nèi)頂入時 , 箱涵的覆土深度一般都較小 , 大路路面有

17、可能產(chǎn)生較大的變形；由于一般的大路本身都包括機(jī)動車道和供自行車和行人通過的人行道 , 人行道和機(jī)動車道仍要分開 , 此時大型箱涵可以設(shè)計成四孔 , 每個箱涵一孔 , 分四次頂入；單孔的設(shè)計既可以滿意行車方面的要求 , 又減小了箱涵每次頂入時的寬度 , 此時后背承擔(dān)的荷載和頂近設(shè)備要求的頂力都可以相應(yīng)的削減 , 從而達(dá)到降低工程造價的目的 , 箱涵寬度的減小仍可以使既有路面的變形顯著減小, 這對既有線路的正常運營非常重要；下面給出一種箱涵的設(shè)計方式供參考 , 這種設(shè)計方式的主要優(yōu)點是便于施工 , 且可以有效的削減既有路面的變形 ,在許多情形下都可以采納 , 如圖 9 所示；頂入時先頂入兩側(cè)的小箱涵 , 然后再頂入中間的兩個箱涵 , 圖中小錨桿的作用是為了防止箱涵頂入時土體的錯動；表 1 頂入箱涵就位后的答應(yīng)偏差項目箱涵長 30m箱涵長 30m相臨兩節(jié)高差 +30+40+50 30 答應(yīng)偏差 mm 100150300 -100-150-200大型箱涵在大路路基內(nèi)頂入時, 一旦產(chǎn)生塌方現(xiàn)象或雖未產(chǎn)生塌方但路面產(chǎn)生了較大的變形 , 都會影響既有線路的行車安全 ,