盾構(gòu)法施工在高覆土框架頂進中的應(yīng)用

盾構(gòu)法施工在高覆土框架頂進中的應(yīng)用摘要：高覆土框架施工采用橋式盾構(gòu)法頂進，頂進過程可不破壞涵頂土體，大量減少頂進時開挖回填的土方，線路僅用扣軌做簡易加固，可減少線路工作量，消除施工中的不安全因素，增加頂進施工的安全性。一、前言在高路堤頂進施工時，由于框架覆土厚度較厚，在以往施工中一般采用以下兩種方法：1、在使用大跨度施工便梁架空后，進行明挖頂進施工。此種方法需要在線路上組裝便梁，對線路擾動較大，且便梁支墩工作量很大，線路及路基恢復(fù)較困難，慢行時間很長，對行車運輸影響較大。2、用施工便梁保護性架空，在框架頂進前端安裝鋼刃角帶土頂進。此種方法，較前一種方法先進，但與前一種方法一樣存在組裝便梁擾動線路的問題，且框架頂出路基時易造成頂進前端涵頂路基土隨框架位移，造成路基土體破壞，并且可能造成便梁支點坍塌危及行車安全。如采用橋式盾構(gòu)法頂進，由于路基土體在頂進過程中不被破壞，可不進行便梁架空，只需進行扣軌防止線路橫移，減少了便梁架空和土方回填的工作量，頂進時依靠盾構(gòu)主體受力帶土頂進，對線路、行車的影響較小，提高了施工的安全性。二、橋式盾構(gòu)構(gòu)造簡介盾構(gòu)由鋼柱、鋼梁、盾殼、子盾構(gòu)、液壓推進系統(tǒng)、輔助機構(gòu)六大部分組成。（盾構(gòu)構(gòu)造如圖）。盾構(gòu)主體裝配在框架橋前端，作為帶土頂進時掘進面與路基的施工支護，同時也擔(dān)負頂推導(dǎo)向作用。盾構(gòu)的長度應(yīng)根據(jù)箱涵高度及路基土質(zhì)以確保盾構(gòu)內(nèi)的土方能對盾構(gòu)進行3向支撐為準(zhǔn)，寬度、高度與箱涵相同或略大于箱涵，以保證箱涵能通過盾構(gòu)施工產(chǎn)生的開挖面（盾構(gòu)內(nèi)土體開挖后如圖）。盾構(gòu)母體中的子盾構(gòu)箱為盾構(gòu)內(nèi)部唯一的活動部件，伸出后用于支撐開挖范圍頂部的路基土方及擔(dān)負減阻板的牽引，其運行由液壓系統(tǒng)控制，單臺組錯開推進，使掘進面的小斷面化，減少對土體的擾動。三、工程實例為適應(yīng)鐵路提速要求，在XX鐵路K465+575處，新建一座下穿鐵路框架涵，框架涵與既有鐵路正交，涵長31.06橫延米，分為7.0m、10.0m、14.0m三節(jié)預(yù)制。框架全寬3.7m、全高4.15m，孔徑為1-3.0m*3.5m。該涵址位于貴溪市內(nèi)，此段XX線路基高約10m，線路左側(cè)為廢棄的線路與既有線路形成谷地，右側(cè)為農(nóng)田，框架涵內(nèi)匯水排入XX線右側(cè)的低洼處水溝，框架順接引道兩側(cè)共88m；框架覆土厚度達4.0m。地質(zhì)情況：線路地處開闊地帶，高路堤，高約8.5m，線路右側(cè)系水稻田，表面厚約1.0m種植土，線路左側(cè)為廢棄的線路與既有線路形成谷地，表面厚1.0~1.5m的道碴。其下為褐黃色粉質(zhì)黏土夾小量角礫，砂類土，σ0=150Kpa；厚度大于5.0m。四、盾構(gòu)受力分析該立交采用橋式盾構(gòu)法頂進，框架橋頂進期間線路僅用扣軌做簡易加固，現(xiàn)對盾構(gòu)結(jié)構(gòu)強度進行檢算。檢算資料如下：（受力如圖）已知：兩組上橫梁共有8根I28b工字鋼，S=60.97cm2Ix=7481cm4Wx=534.4cm3砂土γ=17KN/m3覆土厚度4m，兩組梁承擔(dān)的土體寬度為2.4m。動載采用：中一荷載（見圖）1.荷載計算（1）動載跨度：如圖所示，組合梁最大跨度均大于為1.4米。最不利荷載為3個220KN荷載同時作用在盾構(gòu)頂部土方上。中一活載通過土體作用在盾構(gòu)上，成為均布荷載。將集中荷載轉(zhuǎn)為均布荷載：q1=3*P/L=178.4KN/m（2）土體荷載土體壓強q’=γ*h=17KN/m3*4m=68KPa考慮到梁所承載的土體寬度為2.4m，土體對上梁的均布荷載q=68KPa*2.4m=163.2KN/m總荷載為q=q1+q2==178.4KN/m+163.2KN/m≈342KN/m跨中彎矩M=qL2/8=342KN/m*1.42/8=84KN*m跨端剪力：Q=qL/2=342KN/m*1.4/2=239KN2.強度檢算抗彎強度σ=M/（nW）=84*106N*mm/（8*534.4*103mm3）=20Pa<[σ]=170MPa抗減強度τ=Q/S=239*103N/（8*60.97*102mm2）=5MPa<[τ]=100MPa3.撓度檢算繞度f=5qL4/（384EI）=5*342N/mm*14004/（384*2.1*105*8*7481*104）=0.14mm≤L/600=2.5mm組合梁檢算合格五、施工關(guān)鍵工序（一）反拉系統(tǒng)反拉系統(tǒng)是盾構(gòu)法框架頂進中的重要組成部分，主要是防止線路和路基土因摩阻力的作用隨箱涵發(fā)生沿頂進方向的位移，而施加的反向力。頂進中，箱涵頂部土體會受到向頂進方向摩擦力的作用，當(dāng)框架頂部與路基土的摩擦力大于土體結(jié)構(gòu)的粘聚力時，即會破壞路基頂進方向的土體，線路隨即發(fā)生位移破壞。因此，盾構(gòu)施工必須設(shè)置反拉系統(tǒng)使箱涵頂部土體不受箱涵頂進時摩擦力的影響。1.反拉系統(tǒng)工作原理反拉系統(tǒng)最上結(jié)構(gòu)為減阻板,它將框架頂面與路基覆蓋層進行了有效隔離。它的前端與子盾構(gòu)箱連接，隨子盾構(gòu)箱前進插入土體；其后部與反拉油頂連接，在箱涵頂進時減阻板在反拉系統(tǒng)作用下與框架做相對運動，使框架在頂進的全過程中其框頂與土體不產(chǎn)生直接摩擦，從而使涵頂土體與周圍路基相對靜止，保證了路基和線路的穩(wěn)定。為減少框架頂與減阻板阻力，在框架涵頂部和減阻板間沿軸線方向通長設(shè)置扁鐵，扁鐵橫向中心間距10cm，前端與盾構(gòu)板尾端焊接固定，后端擺放于框架涵頂板上呈自然狀態(tài)，（頂進過程中會被拉直拉長，故尾端不能固定）并在接觸面上涂抹黃油，將砼與鋼板的摩擦力轉(zhuǎn)化為鋼板與鋼板的摩擦力，以降低反拉系統(tǒng)油頂?shù)呢摀?dān)。當(dāng)盾構(gòu)母體及框架涵主體破出路基后，由于路基本體穩(wěn)定將遭到破壞，此時1、2#框架與中繼間頂位處間上部路基土體將卸走而造成摩擦力損失，頂進將造成上部路基土體右側(cè)位移，將對線路路基穩(wěn)定造成重大影響；此時應(yīng)暫停頂進，用氧氣割斷減阻板與子盾構(gòu)的連接部，使減阻板不再隨子盾構(gòu)牽引運動。此時減阻板滯留于覆蓋土下，其分散摩擦又恢復(fù)為整體摩擦，但鐵與鐵的摩擦系數(shù)僅為0.1，反拉系統(tǒng)有足夠拉力拉定減阻板,控制線路的水平位移。2.反拉系統(tǒng)安裝首先在框架尾部頂板上安裝I28b工鋼后座梁，并安放好兩臺雙作用液壓頂，油頂間距2m，采用37.5L/min流量液壓控制臺1臺控制液壓頂?shù)捻斏盎厥?。按涵頂土方的長度確定好減阻板長度后將多于部分切除并在其尾部鉆孔，用事先加工好的30cm、50cm、100cm鉆孔鋼板首尾用螺栓連接成鏈條將減阻板分成兩組與兩臺30t雙作用液壓頂連接。在頂進過程中，當(dāng)油頂與減阻板距離拉近后，則可以卸掉部分鋼板，保持油頂可以持續(xù)拉動減阻板。（二）頂進頂進時，首先頂進前子盾構(gòu)箱先切入路基土體，然后使用人工在待盾構(gòu)前的開挖面內(nèi)挖土（見開挖斷面圖），清除箱涵前方30-40cm土體空出箱涵位置，箱涵中間的土方則不挖除（見3-3、4-4斷面圖），用于支撐子盾構(gòu)和兩側(cè)立柱所受的3向壓力，減少支撐結(jié)構(gòu)重量。在開挖面及箱涵前方30cm的土體挖除后，再將盾構(gòu)母體隨剛架橋同步頂進，這時由反拉系統(tǒng)拉住框架上的減阻板，使減阻板及其上方土體相對于周圍土方靜止，完成一盾構(gòu)頂進工作循環(huán)。由于箱涵的頂進速度和反拉系統(tǒng)油頂?shù)幕厥账俣入y以同步，且加上減阻板金屬會有一定的延伸，故在進行反拉頂進作業(yè)時既有線路必須有人員在現(xiàn)場監(jiān)護涵頂土體的位移情況，協(xié)調(diào)兩種油頂?shù)倪\作。六、結(jié)束語XX線K465+575高覆土下穿鐵路框架涵采用橋式盾構(gòu)法施工取