夯管管幕技术

关键技术关键技术 铁道专业设计院地下工程处和德国 TT 非开挖设备制造集团 论文摘要论文摘要 本文结合邢威高速互通联络线下穿京珠高速公路工程讨论采用德国 TT 夯管围幕 配合顶进式框架地道桥下穿高速公路的关键技术 提出了在不中断既有高速公路行 车的条件下修筑立体交叉通道的新方式 以 工法 结构设计 关键技术 为主线 提出了该工法的完整的工序步骤 明确了该工法的德国 TT 夯管围幕施工工艺 介绍 结构设计准则 探讨了工法的关键配合工艺细节 本文所提出的下穿高速公路关键 技术具有非常广阔的应用前景 对于不中断行车条件下穿越高速公路的工程设计与 施工具有指导意义 并具有较强的操作性 关键词关键词 德国 TT 夯管围幕 顶进式框架地道桥 下穿高速公路 不中断行车 一 一 问题的提出问题的提出 随着市政道路 高速公路的发展 新建道路之间的立体交叉越来越多 而由于 高速公路多为不可中断的干线 所以既往采用的断道施工方案越来越受到限制 而 采用下穿方案多出于以下几种考虑 既有道路为高路基 减少上跨结构有利于城市 或道路景观 使线型更趋合理 节省路桥总体投资 目前不中断行车的下穿方案多为浅埋暗挖法隧道方案 该工法在下穿高速公路 条件下存在缺点较多 主要表现在以下几方面 对公路的影响周期长 相应增加了 工程风险 在道路运营条件下施工地面沉降大 结构整体性差 防水存在不可避免 的薄弱环节 开挖断面的有效使用面积相对较小 由于存在起拱 新建下穿结构的 道路标高被压低 线型 主要指纵断面 较差 投资相应较大 采用管棚作为超前支护 配合顶进式框架地道桥技术下穿高速公路的方案能够 有效杜绝或改善上述浅埋暗挖法方案的弊病 但是从国内已经实施完成的几个工程 事例看 比较明显的地面沉降并没有杜绝 有的甚至对既有公路的影响比较大 造 成这种情况的主要原因是没有分析公路路基的特点 简单地将用于铁路的顶进法施 工地道桥方案直接移植到公路下使用 没有形成可靠 强大的路基支护体系 笔者在主持设计的邢威高速互通联络线下穿京珠高速公路工程中 首次采用夯 管围幕配合顶进式框架地道桥下穿高速公路 所谓 德国 TT 夯管围幕 即通过非开 挖夯管法实现超前管棚系统 由于管棚之间是密排的 并且通过小肢互相锁定 围 绕即将开挖的空间形成了能够完全闭土的超前支护结构 犹如连续的隔幕 故此定 名 简称 管幕 该工法适应目前公路 道路之间交叉的大部分情况 具有良好的 推广应用前景 二 二 工法概述工法概述 1 工法的渊源 本工法是借鉴了铁路工程中 在既有铁路线下修建顶进式框架地道桥的工 艺 该工法的主要内容是 在既有铁道线路的路基一侧开挖基坑 在基坑内预 制地道桥主体顶进框架 在框架桥养护完成后 对铁路线路进行加固 然后用 千斤顶对地道桥进行顶进 顶进中不中断铁路行车 仅采用限速通过 顶进中 线路轨道结构通过线路加固系统向下传递荷载 竖向承载对象依次进行转换 分别为 线路及其加固系统 框架桥 路基 2 本工法与铁路顶进地道桥的比较 1 载荷不同 公路荷载小于铁路荷载 这是有利与工法实施的方面 2 可托换性的差异 铁路线路系统是通过钢轨 轨枕 连接件共同形成的刚性构造 在地道 桥顶进期间 对线路进行加强 一般在每股道的钢轨之间和两侧沿纵向设置 3 5 3 扣轨纵梁和以工字钢为主要受力结构的横纵梁系统 竖向支撑系统的 托换明确 公路路基为松散的土质构造 一旦开挖破坏 必须采取有效措施 使路 面荷载有效向下传递 由于设置了互锁管幕 使路面荷载在竖向的连贯传递 成为可能 力流路径为 路面系统 基层 垫层 互锁管幕 框架桥 深部 地层 由于荷载实现了这种从柔性向刚性结构的传递 使不中断行车得以实 现 从而增大了工法的适用范围 3 顶力及顶程 铁路顶桥一般穿越 1 3 股线路 主体框架长度一般不超过 30m 此种条 件下顶进后背系统每延长米的顶力在 200 350t 之间 体量超大的地道桥可 达到 400t 以上 但这种情况很少 公路一般上下车道多 并且设置中央分隔带 连续停车带等 路基宽度 较大 主体框架长度一般在 30m 以上 横向施顶范围内每延长米的顶力在 350t 以上 甚至更多 因此必须采取有效的减阻措施 3 工程实例介绍 1 工程概况 工程实例位于河北省邢台市 是新建邢威 邢台 威县 高速公路邢台 南互通立交工程的一部分 工点处京珠 北京 珠海 高速公路基本南北走 向 双向 4 车道 路基高度约 5 0m 邢威高速公路东西走向 本地道桥所 在的简易辅道位于邢威高速公路南侧 走向和邢威高速公路基本平行 需下 穿既有京珠高速公路 由于京珠高速公路车流繁忙 工程目标为采用顶进法 施工 在不中断京珠高速公路行车的条件下 修建顶进式框架桥一座 实现 既有京珠高速公路和新建简易辅道的立体交叉 新建简易辅道的永中与既有 京珠高速公路的永中相交角度为 90 2 地质条件 桥位处地层为典型冲积型地层 勘察深度地面下 13 00m 范围内揭露的 土层按成因及物理力学性质由上至下分为 5 层 分别为 1 粉煤灰 路基填料 亚粘土 路基填料 亚砂土 细砂 亚粘土夹亚砂土 1 细砂 细砂 框架桥底板作用在 亚砂土 细砂土层上 各揭露地层内均无水 抗 震设防烈度为 7 度 场地内无液化土层 3 桥跨式样 依据道路总体设计 桥体采用单跨框构型式 单孔净跨为 11 5m 桥内 结构净高度按 4 5m 设计 地道桥主体框架结构尺寸如下 顶板 800mm 底板 900mm 边墙 900mm 框架总高 6200 mm 框架长 邢威公路方向延长 32110mm 框架宽 京珠高速公路方向延长 13300mm 4 夯管规格 钢管规格 直径 D 325mm 壁厚 t 12mm 长度 L 36 0m 互锁小肢 槽钢 规格 5 6 3 长度 L 36 0m 德国 TT 夯管围幕和桥体关系的立面图参见 德国 TT 夯管围幕和桥体关 系正剖面图 4 工法的主要步骤参见 桥体施工工序流程详图 三 三 互锁夯管围幕的设计及施工互锁夯管围幕的设计及施工 1 德国 TT 夯管围幕的结构计算假定 1 德国 TT 夯管围幕按等强度折算成板梁构件 承受荷载 2 依据工程经验 挖土悬空部分按 6 0m 计算 3 施工期间顶部的夯管围幕按 3 边固定 一边简支计算 4 施工期间公路荷载按 汽 超 20 级考虑 2 管幕互锁设计 为提高管幕各管体之间的联系 采用互锁小肢形成的公母接头进行可靠 连接 细部设计参见 互锁小肢连接大样图 3 德国 TT 夯管围幕的施工 以邢台南互通立交工程为例 1 在高速公路西侧开挖工作基坑 作为框架桥预制的场地 在高速公路 的东侧设置工作坑 以施工管幕 西侧的框架桥预制基坑兼作夯管的 接收工作坑 2 依据夯管的长度 精度 地质条件等 确定所需要的夯击力 夯进设 备采用 TT350 夯管锤 德国 Tracto Technik 公司产品 该设备最大 夯击力达到 682t 次 冲击次数 220 次 分 体积较小 工作简便 具 有良好的抗疲劳性 性能稳定 可靠 3 夯进完成的钢管中需灌注 C25 豆石混凝土 以提高管幕的刚度 为 减少空隙 在混凝土中掺入膨胀剂 并预留注浆管 在灌注混凝土完 成后 压入纯水泥浆 4 在夯进钢管过程中 为避免路基下土体因震动而松弛 在路基夯进的 一侧 可采用喷射混凝土封闭路基临空面 在对侧 即夯管接收侧 打入竖向密排的工字钢 接收面采用喷射混凝土封闭路基 通过以上 措施 减少土体的临空面积 提高土体的密实度 对后步工序有利 5 为控制夯管的精度 在夯击立面上 布设了 3 根大直径 D 630mm 的定位管 四 四 工法的其他主要技术要点工法的其他主要技术要点 1 顶进施工 1 在基坑后端设置顶进后背 用顶镐进行顶进 顶镐应布设均匀 并有 足够的储备 2 在管幕和桥体前方设置的刃角保护下进行挖土作业 3 施工间隙较长时 应综合测量结果 对开挖的掌子面喷射混凝土进行 临时封闭 以提高土体抗松弛的能力 4 减少管幕悬空长度是实现计算模型的必要施工环节 采取吹砂工艺填 充框架桥顶板和管幕之间的空隙 防止出现过大的悬空长度 5 施工中必须做到 短进尺 快顶进 勤量测 各工序 工种之间应 做到组织严密 高效协调 6 开挖正面土体时 宜先开挖两边 后开挖中心区域的土体 提高土体 的自稳性 2 工程辅助措施 1 顶进过程中应对通过车辆进行限速 车辆通过速度不大于 25km h 以减少车辆的冲击荷载 并保证施工现场的安全 2 为提高管幕在横向的刚度 在公路中央分隔带内和两侧路间设置工字 钢横梁 3 在地道桥的顶进前端设置抗移桩 提高管幕 路面的稳定 4 顶进过程中应在路面上铺设钢板 钢板上焊接钢筋 目的是将地面荷 载进行分散 有利于防止桥体顶进中造成扎头 另外对车辆安全通过 有利 框架桥顶进就位后 应及时撤除钢板 恢复路面 5 顶进后对桥体周边的土层进行注浆加固 回填缝隙 保障路基的稳定 6 进桥体两侧 高速公路下的路基进行加固硬化处理 避免因路基刚度 的变化 产生跳车现象 7 桥体施工完成后 对高速公路的路面进行必要的铺设路面结构处理 消除因开挖 顶进造成的路面局部缺陷 五 五 结语结语 1 随着工法的实施 成熟和推广 有必要进一步深入工作 制定相应的行业标 准及规程 规范 以利于设计 施工的规范化和标准化 2 有必要制定相应的定额指标体系 采取有效措施的降低工程造价 为业主提 供控制投资的依据 以便先进技术的推广和应用 3 3 非开挖工艺在国内市政 交通工程领域有广阔的应用前景 追踪和应用国际 先进工艺 设备 提高国内的施工水平十分必要 参考文献参考文献 1 中华人民共和国国家标准 城市道路交通规划设计规范 GB 50220 95 2 中华人民共和国行业标准 城市道路设计规范 CJJ37 90 3 中华人民共和国行业标准 城市桥梁设计准则 CJJ 11 93 4 中华人民共和国行业标准 公路工程技术标准 JTG B01 2003 5 中华人民共和国行业标准 公路路基设计规范 JTJ013 95 6 中华人民共和国行业标准 公路桥涵设计通用规范 JTJ021 89 7 中华人民共和国行业标准 公路桥涵地基与基础设计规范 JTJ024 85 8 中华人民共和国行业标准 公路工程抗震设计规范 JTJ004 89 9 中华人民共和国行业标准 钢结构设计规范 GB50017 2003 10 中华人民共和国行业标准 建筑钢结构焊接技术规程 JGJ 81 2002 J 218 2002 11 中华人民共和国行业标准 城镇地道桥顶进施工及验收规程 CJJ74 99 12 中国工程建设标准化协会标准 钢管混凝土结构设计与施工规程 13 非开挖地下管线施工技术及其应用 颜纯文 D Stein 地震出版社 1999 1