涵洞顶进施工技术

教教 师师 授授 课课 教教 案案 2016 2017 学年第 2 学期课程 桥梁施工技术 教学过程 主要教学环节 时间分配 1 复习 5min 2 顶进法概述 20min 3 顶进施工设施 15min 4 箱涵顶进施工 30min 5 恢复线路 15min 6 小结及作业 5min 重点难点 箱涵顶进施工 教学方法 手段 启发式讲授 结合工程实例讲授 课后作业 补充 教学后记 教师签名 审核 单元标题涵洞顶进施工技术 授课时间4 月 24 日 1 2 节4 月 24 日 3 4 节4 月 24 日 5 6 节月日节 授课班级道桥 1531 1532 道桥 1533 1535 道桥 1534 知识目标能力目标素质目标 教学目标 1 掌握涵洞顶进施工工艺与 质量控制要点 1 能对涵洞顶进施工进行质 量 安全等的控制 2 能查阅施工手册进行涵洞 顶进施工和验收工作 1 善于观察 主动学习新技 术 新工艺 2 对施工中出现的问题能及 时发现并予以解决 3 良好的沟通协调及团队协 作能力 复习 涵洞类型 构造及施工技术 引入 顶进法是地下建筑物施工的一种基本方法 在不中断地面交通的前提下 将预制好 的涵管或箱体 采用机械力量顶入地层中 此法适用于穿越公路 铁路 河流 建筑物 街道的各种桥涵 地道 地下管道等 本次课着重介绍一下箱涵顶进施工方法 正课 一 一 概述概述 1 顶进法分类 按施工工艺的不同 顶进法可分为一次顶入法 对顶法 对拉法 顶拉法 盾构法 格栅顶进法等 在顶进施工中应优先考虑整体顶进 限于各方面的原因不能整体顶进时 考虑分节 分体顶进 采用整体顶进时 其长度宜小于 30 m 当大于 30 m 时 宜在纵 向分节 采用中继间分段顶人法 涵洞的施工放样 2 顶进法方案比选 在顶进施工中 顶进方法有多种 施工中应依据现场调查 结合所需顶进的结构形 式 尺寸 施工技术水平 工期 机具设备能力等综合研究 经过技术能力和经济投资 综合比选后采用合适的施工方法 1 在选定施工方法之前 应对以下几方面作充分调查 1 地形 地貌及工程地质 水文情况 2 是否有需要拆迁的建筑物 3 铁路路基及工作坑中是否埋置有管路 电缆 光缆及其他障碍物 明确其位置 结构以及使用情况 4 施工场地交通运输及供水 供电等情况 5 现有平交道的交通运输情况及铁路的运行情况 6 周围地面及铁路排水情况 二 二 顶进施工设施顶进施工设施 一 工作坑 工作坑是地道桥顶进施工的临时结构 应在确保铁路行车安全和顶进施工质量的前提 下 力求减少加固支撑材料 降低成本消耗 1 工作坑降排水 施工降排水工作应在工作坑开挖前进行 工作坑表层土质为黏性土 四周渗水量小且 具备自流排水条件时 可挖排水沟 以自流方式排除地表水和雨水 若利用排水沟排除地 下水 如土质较差时 沟槽应进行加固 当工作坑较深 自流方式有困难时 则采用排水沟与集水并相结合的方法 将地下水 及坑内雨水经排水沟汇集到集水井内 用水泵抽走 2 工作坑设置原则 备注 工作坑应根据线路情况 现场地形地貌及施工需 要 在保证排水和安全的前提下 选择 施工场地宽敞 供料和出土方便的一侧 并优先考虑地道桥下坡顶进为宜 靠铁路一侧的工作坑边坡坡顶与最外侧铁路中心线的距离不得小于 3 5m 边坡的 坡度应小于 1 1 其余边坡坡度宜为 1 0 5 1 1 25 对不稳定土层或雨季施工的工作坑 边坡应进行抗滑稳定性验算 边坡不稳定时应先加固 后开挖 当坑边的建筑物基底压力 线进入工作坑内 或工作坑的边坡不能按规定开挖时 应采取加固措施 工作坑的尺寸应根据地道桥的长度 宽度 后背尺寸和作业空间来确定 并应在底 板和后背间留出 2 3m 布置顶进设备的位置 桥体两侧可视结构高度 模板支设方法 混凝 土浇筑方案 排水情况等预留 2m 左右的工作宽度 箱体前端应预留出安置刃脚和箱体空顶 的位置 还应绘制工作坑的平面图及剖面图 工作坑基底的承载量应满足预制箱身及顶进施工的要求 如土质松软时应对基底进 行加固处理 工作坑运土坡道应避开后背土体顶进受力范围 如条件限制不能避开时 坡道边坡 应进行支护加固 工作坑不仅要确保顶进施工工艺要求 还应结合引道工程的施工工艺要求一起考虑 这样才能更有效地保证铁路行车安全 地道桥工程中许多险情的发生往往在地道桥顶进就 位以后 就是因为没有很好地考虑引道工程施工的工艺要求而引起的 二 滑板 滑板是顶进工艺极为重要的设施 主要作为预制箱涵时的施工垫层及顶进起动时与基 底土的隔离层 使箱涵结构物在浇筑混凝土过程中不致产生不均匀沉降 并防止箱涵结构 与其底面以下的土粘结影响起动顶进 1 滑板的技术要求 1 滑板应满足预制箱体所需的强度和刚度 以及顶进时的稳定性要求 可根据地基 承载能力 箱体重量和顶进方法选用钢筋混凝土滑板 混凝土滑板 砌筑片石滑板和灰土 滑板等 根据土质情况 滑板底部可设碎石和灰土垫层 2 滑板中心线要与箱体顶进中心线一致 并有较高的平整度 表面用 1 3 水泥浆压 实抹光 以减小顶进阻力 3 软土地基为提高滑板的抗滑能力 以保证箱体顶进时不会被带走 应直接在其坑 内挖槽浇筑混凝土锚梁 4 为预防箱体顶进 扎头 和偏移 一般在浇筑滑板时设有 1 5 前高后低的仰 坡 5 滑板前端轴线方向钢筋应有端头 板前预留出至少 30 cm 以上的预留筋 以便在 接长滑道板时连接接长滑板纵向筋 2 滑板的结构形式 1 滑板与后背梁连成整体 这种形式滑板承受的拉力沿顶进方向逐渐减少 最大可能断 裂位置通常在滑板与后背梁连接处 为保证滑板与后背梁的整体性 一般应配置钢筋 设计成 备注 钢 筋混凝土结构 从而使滑板与后背梁共同承受顶力 2 滑板与后背梁分离 这种结构形式的滑板在靠近后背梁一端受力最小 沿顶进方向至箱涵尾部滑板承受的 拉力逐渐增大 在箱涵尾部到滑板前端这一段范围内 因受润滑 隔离 顶进中高程等施 工质量的影响 致使滑板顶面 底面摩擦力的分布变化较大 给滑板的计算带来了很多困 难 3 润滑隔离层 为了能使预制好的箱涵在滑板上顺利地起动顶进 要求箱涵不与滑板粘连 为此 应 在滑板上设置润滑隔离层 从而减少顶进阻力 减少顶进时可能出现的结构损伤 偏移等 事故 润滑隔离层是由润滑层和隔离层两部分组成 目前施工中常用的润滑剂有机油 石蜡 滑石粉 黄油等 其中以石蜡效果较好 隔离层有塑料薄膜 油毡纸 油毡布和水泥砂浆 抹面等 其中以塑料薄膜应用较为普遍 三 后背 后背是顶进施工中的重要设施 它承受顶进时的水平顶力 要求有足够的稳定性与刚 度 当最大顶力发生时后背不能产生过大弹性变形和移动 更不能顶垮 否则就会把桥顶 偏 甚至不能继续顶进 但它又是一个临时结构 所占造价比重较大 若过分安全也是浪 费 因而还要力求节约 后背位于工作坑后部 是顶进施工时千斤顶的承力面 承受顶进时的水平反力 后背 和滑板是临时构筑物 但对顶进施工十分重要 应根据顶力大小 地形地貌 土质 机具 设备及运输等条件来选定 但必须安全可靠 以确保顶进施工顺利进行 1 后背的类型 重力式后背 重力式后背通常由浆砌片石或钢筋混凝土做成 如图所示 浆砌片石后背一般都在挖 好工作坑后接着修筑 墙背后若为填士 应分层夯实压密 保证填土内摩擦角大于 30 顶 进完毕后 片石拆作他用 此种后背施工简便易行 造价较低 常用于后背单位长度顶力 不超过 800 kN m 的小型桥涵 特别在复线改造工程中工点多而分散 设备少的情况更为适 用 有时由于片石来源缺乏 也有用少筋混凝土修成厚 0 8 1 0m 高 2 5 3 0m 的后背 2 板桩式后背 板桩式后背由各种类型的型钢 后背梁和后背填土组成 如图所示 板桩可采用钢轨 工字钢 槽钢和钢板等 在大型工程中 大多采用此种后背 打入钢板桩后桩顶应设拉锚 然后开挖工作坑 亦可在工作坑形成后埋桩 板桩式后背需占用较多钢材 还需打桩设备 一般情况下造价较高 3 钢筋混凝土拼装式后背 钢筋混凝土拼装式后背主要由各种钢筋混凝土预制件组成 其优点是可以提供比重力式后 备注 背更大的顶力 组装简单易行 可以反复使用 常用于工点相对集中 需要较大顶力 有起吊 运输条件的施工现场 顶进桥涵小 所需顶力小 所处地质条件好的顶进施工中 也可借助现场条件 采用 天然后背 三 三 箱涵顶进施工箱涵顶进施工 箱形桥顶进施工的程序为 试顶一调整 挖土顶进 顶进就位 拆除顶进及加固设备 一恢复线路 顶进作业一旦开始应连续施工 各工序间应密切协调配合 并采取施工及铁 路营运的安全措施 一 准备工作 1 线路加固的检查 顶进工作的顺利进行 首要条件是保证铁路行车的安全 因此在开顶前必须对线路加 固的质量进行检查 如加固是否符合设计图纸的要求 加固部件有无侵入限界的情况 加 固扣件是否有松动脱落 工字钢与既有线钢轨接触处的绝缘是否良好等等 都必须引起施 工人员的足够重视 2 顶进设备的检查 顶进设备主要是高压油泵 千斤顶和顶铁 安装前应加以整修并做压力试验 油压管 路安装完毕后 要进行试运转 检查压力能否达到规定标准 油管是否漏油 顶铁的长短 规格 数量配置是否符合施工要求 3 箱涵外表的润滑处理 对桥体结构和后背应进行全面检查 验收桥体和顶面保护层混凝土强度应达到设计要 求 箱涵外表涂以石蜡及机油 4 1 熬制而成的润滑剂 熬制温度夏季为 120 一 150 冬 季为 150 一 180 趁热涂刷 使其渗入混凝土孔隙内以保证不易擦掉或剥落以减少摩阻 力和加强混凝上的防水性能 4 降低地下水位 地下水处理不当必然给施工增加许多困难 尤其在顶进中 因基底土壤被水浸泡变软而造 成箱涵下沉或严重坍方 甚至影响铁路安全和工程质量 因此 当箱涵底板处在地下水位 以下时 必须采取降水措施 在箱涵顶进中 按规定地下水位应降至箱涵底面以下 0 5 1 0m 严禁带水作业 5 故障处理措施及材料的准备 扎头 是桥涵顶进中较普遍出现的问题 在软上地基尤为严重 因此要求预先拟定 处理措施 一般可以选用的有 换填土壤 打短木桩加固土壤 铺设预制钢筋混凝土板或 废钢筋混凝土轨枕等 根据选用的方法准备好所需要的材料 6 安装观测仪器 为检查箱涵是否在顶进中按预定位置走行 千斤顶每顶进一个行程应用仪器测量箱涵 的中线位置与水平高差 以便及时采取调整措施 备注 7 启动试顶 箱涵启动是使其与滑板分离 也是对顶进设备及后背的一次检验 桥体开始启动 即 开始不切土的空顶 空顶时顶力一般较小 在没有使用减阻措施的情况下约为箱涵自重的 20 40 启动时 油泵应逐渐加压 每次升压后还要稳定 10min 并对设备及滑板 后 背梁等发生的裂缝情况 进行检查 在加压过程中 如发现油压突然下降 则表明箱涵已与滑板脱离 倘若在起动顶力的 作用下 发现后背的变形与设计顶力出人较大 则应立即采取加强措施 以避免在顶进中 后背破坏 造成施工上的困难 箱涵起动后 开始为不切土的空顶 但此时需要注意控制好箱涵顶进的方向 切不可 麻痹大意 以免产生较大偏差造成纠正困难 顶进桥涵施工在做好各项准备工作后 应以 最短时间顶完 组织快速施工 为此要求做到 1 合理安排施工工期 要尽量避开雨季和冬季 因为雨季增加顶进困难 而冬季不 但要增加防寒保温费用 而且工程质量也不易保证 2 做好施工组织计划 根据实地调查情况 研究施工方案 布置施工场地 编制出 详细的施工组织计划 3 挖 运土工序与顶进密切配合 措施得当 组织合理 4 加强组织指挥 及时解决设备 技术问题 二 顶进施工作业 开镐顶进是现场顶进工作的中心环节 每次开镐前应检查油泵等液压系统有无故障 挖土部位及尺寸是否符合要求 顶铁安装是否合格和后背变形情况有无发展等 这些方面 倘若有一个环节发生问题 都会给顶进带来困难 甚至造成事故 顶进工作的过程是 当前方刃脚处挖土完成一个顶程后 即开动高压油泵 使千斤顶产 生顶力 通过传力设备 顶铁 顶柱 借助于后背的反作用力 推动箱涵前进 箱涵前进 后 用拉镐将千斤顶活塞拉回复原 如用双作用千斤顶时则可自动回镐 然后在空挡处填 放顶铁 以待下次开镐 如此循环往复 直至箱涵就位 顶进结束 顶进应利用列车运行的间隙进行 为了保证安全 应在顶进施工人员和线路防护人员 之间 临时安装电话 电铃和信号灯等 规定一定的联络办法 以密切配合 步调一致 1 试顶 试顶是箱桥顶进施工必不可少的步骤 它可以检验顶进设备液压系统是否正常有效 后背是否稳固可靠 测得箱身启动顶力数值等 以利改进调整 为更主动地把握后续顶进 作业做到心中有数 2 挖运土 框架桥涵的顶进速度主要取决于洞内的挖 运土速度 故应尽可能为挖 运土创造条 件 提高效率 由于箱涵高度一般在 6m 左右 故人工挖土宜分成上下两层进行 即在箱涵 内设置挖土平台 中间平台 备注 中间平台的构造可分为钢质和木质两种 采用钢质平台 可直接安装在箱涵的预埋螺 栓上 采用木质平台时 则安装在箱涵的端部侧墙预埋螺栓固定的型钢上 跨度较大的箱涵 为了增加平台的跨度 应设置中柱或支架 当使用机械挖土时 可不设置中间平台 以下 为顶进开挖操作要求 1 挖土应在列车运行的间隙时间内进行 每米工作面上宜布置 1 2 人 每次掘进尺 应根据土质情况决定 一般约为 20 50cm 在松散的或软塑性的土层中顶进严禁超挖 必 须保证刃脚切入土层不少于 10cm 切土顶进有利于顶进方向的控制 2 按照侧刃脚坡度及规定的进尺应由上往下开挖 侧刃脚进土应在 10cm 以上 开 挖面的坡度不得大于 1 0 75 并严禁逆坡挖土 不得超前挖土 严禁扰动基底土壤 挖 土时应掌握土坡的平整 并保持与刃脚坡度一致 或根据路基土质情况选用适当坡度 严 禁出现倒坡 以保安全 3 列车通过时不得挖土 如发现机械设备有故障不能顶进时 亦应立即停止挖土 4 挖土工作必须与观测工作紧密配合 根据箱身顶进时的偏差情况 随时改进挖土 方法 有条件的地方可以采用小型挖土机械挖土 以提高速度 运土一般最好用小型卡车 从洞内装土 运土 最好直接装卸 避免倒运 5 挖上方土时 工具不得接触钢轨 防止联电干扰铁路信号 3 安装顶铁 顶柱 1 为保证顶柱的受压稳定 一般在顶柱与横梁间用螺栓拴牢 并每隔 8m 设横梁一 道 使传力较均匀及增加顶柱横向稳定 2 每行顶铁与千斤顶应保持一条直线 并与后背梁垂直 各行长度要力求一致 有 缝隙时要用铁片塞紧 预防因受力不均而损坏失稳 3 顶铁数取决于总顶力与顶铁 柱 的允许顶力 必须有一定的安全储备 4 接长车道 1 为保证挖掘出的土方能及时运出箱身 以保证顶进作业的连续性 运土一般采用 活动车道 2 活动车道一般为型钢与钢板组成 也可以采用两个木垛上铺设方木组成车道 固 定在箱涵底板上 可在顶进中随箱身一同前进 三 测量监测 为了准确掌握箱涵顶进的方向和高程 应在箱涵的后一方设置观测点以观测箱涵顶进 时中线和水平偏差 观测点应离后背稍远 以免后背变形影响观测仪器的稳定 在箱涵洞内 四个角上进行高程量 顶进方 向偏差的观测可在箱涵一侧的前后端各设一个标尺进行 为 观测顶进中后背的变形情况 可在后背梁两端设立标尺 进行后背变形观测 备注 测量工作对箱涵顶进很重要 必须每顶一镐测量一次高程和左右方向偏差 并做好记 录 以便及时纠正偏差 保证顶进顺利进行 1 监测方案编制 1 箱桥顶进施工概况 箱