既有线框架桥顶进施工

天津铁道职业技术学院 毕业环节总结

- 既有线框架桥顶进施工技术

系 部 铁道建筑系 班 级 道路桥梁1302班 姓 名 李文科 完成日期 2016.6

目 录

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摘要1 绪论1

第1章既有线顶进法施工的特点3

1.1 顶管技术3

1.2 顶进施工的四大特点3 1.3 顶进施工方法的分类3

1.4顶管施工方法的优越性及局限性4 第2章顶进施工的工艺流程4

2.1开挖工作坑5 2.2滑板施工5 2.3铺设隔离层6 2.4施工顶进后背6 2.5框架预制和刃角安设6 2.6既有线吊扣轨加固7 第3章顶进法施工中的要点7

3.1 框架桥顶进施工既有线路加固方法7 3.2框架桥顶进施工预防扎头的质量控制8 结论语10 鸣11 参考文献11

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摘 要

由于规划的需要，经常会出现新建道路必须与既有铁路穿插的情况，一般用的方法是上跨或下穿。本文主要介绍了在维持既有铁路正常运营情况下，采用顶进法施工下穿箱型框架桥的施工特点、工艺流程、质量控制和平安措施、有关力学计算、施工中的主要考前须知以及处理方法，供在今后施工中借鉴。 关键词：既有铁路、正常运营、顶进法施工、框架桥。

绪 论

顶进施工法最早始于1896年美国的北太平洋铁路下铺设地下管道工程的施工中。从那以后，顶进施工法被发现在铁路、公路下铺设管线的标准施工法，其应用遍布美国各地。60年代后，随着液压技术的开展及大型千斤顶的使用。日本于1948年开场使用顶进施工法，主要是顶进铸铁管和钢套管，知道五十年代末，北京和上海就用顶进法穿越铁路和堤坝的先例。

顶进法与地面开槽法施工相比，占地面积少，不影响交通运输，又不破坏原有的地下管线及根底工程等设施，能穿越铁路、公路、河道及建筑等障碍物，还可以大量减少土方的挖填量，节约资金和时间，且施工无噪音，大大降低劳动强度，成为近年来国内外迅速开展起来的地下施工技术。随着顶进施工技术的广泛应用，顶进施工工艺有了突飞猛进的开展。目前，顶进施工技术已经能在各种复杂的地质条件下采用。它不仅适用于粘性土、粉质土、和砂土，也适用于卵石、碎石、风华残积土等非粘性土。

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我国在1984年北京、上海和南京等地引进国外机械式顶管设备，如TELEMALE顶管掘进机具有双侧平衡和电视遥控功能。诸如土压平衡理论、泥水平衡理论、顶管接口形式及制管新技术极大的改变了我国顶管技术领域的落后面貌发挥了极大的作用。

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第1章既有线顶进法施工的特点

顶进法又称顶管法，即在保证道路或铁路交通平安运行的同时，在铁路线下降预制的钢筋混凝土箱型框架〔箱涵〕，用机械力顶入铁路路基内，成为一个铁路钢构架，该方法叫顶进法。

1.1 顶管技术

既是一种具体的非开挖敷设地下管道的施工方法，同时以顶管施工原理为根底的顶进技术的总称〔如顶进箱型涵桥〕

顶管技术是从隧道盾构法施工技术开展而来。顶管法所用的顶进机〔挖掘机或盾构机〕和管片隧道施工法所采用的隧道掘进机没有本质的不同。两种施工技术的方法的区别仅在于隧洞衬砌构筑方法的不同，一个是把整段管片顶进连接安装，另一个是组合管片不断拼接安装。

1.2顶进施工的四大特点

(1)他在敷设地下管道时，不需要大挖大填土方作业，是一种非开挖施工技术，地下穿越能力强，施工工作面小，可方便在城镇中的繁华市区施工。

(2)它是一种综合性的施工技术，从选线，定位放线，工作井和接收井设置、机头顶推、测量定位机械施工组织管理，都要求严格。

(3)它的技术特点具有鲜明的适用性问题。即应针对不同的土层组成及地质条件、不同的施工条件和不同的管理设置要求，选择与之适应的顶管施工工艺，否那么使用顶管施工难以顶进以致失败。

(4)它是一种带高科技手段的现代化地下管道施工方法，它既能不断掘进埋管，后续连续敷设管道，又能支护开挖开掘面，且有先进的激光定位系统指挥，机头的对中和上下左右的抓东也十分灵活，确保了管道敷设的顺利进展，并显示埋管施工的独特优点及具备环境保护的极大优越性。

1.3 顶进施工方法的分类

(1)按顶管口径大小，可分为大、中、小、微型顶管。

(2)按施工顶管的埋置深度，可分为深、中、浅埋、超浅埋式地下顶管工程。

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(3)按施工顶管的管节材料分为钢筋砼管、钢管、球墨铸铁管道、玻璃管道、 陶土、PVC管和石棉水泥管道顶管等。

(4)按顶进管道轨迹的曲直可分为直线顶管和曲线顶管。

(5)按顶管施工的工作井和接收井之间的距离长短，分为普通和长距离顶管〔一次性顶进100M→300M→500M〕。

(6)按顶管的目的及组合型式可分为穿越式、网络式顶管和叶脉式大型顶管等。 (7)按顶管前端工具管或掘进作业的形式分为手掘式、挤压式、半机械式和机械式等作业形式。

1.4顶管施工方法的优越性及局限性

顶管施工是一种现代化的埋设地下管线的施工方法，它不扰动管外土层构造条件下，利用顶进、挤压等多种予力手段的予力技术原理，自控自支护平衡土压力，使管壁与原土层严密结合，不会形成埋管回填土种积水带及浮力区，可改变顶管沿线地下水的渗流作用。是顶管管线形成土体中的加筋体，与土产生相互作用，改善沿线土层的变形性质。

其优越性及局限性的主表现 (1) 对底层的适应性 (2) 对地上地下的环境保护 (3) 对地下地上设施的干扰 (4) 施工平安可靠性 (5) 施工质量保证 (6) 施工经济效益

第2章顶进施工的工艺流程

顶进框架桥是在原有铁路线的一侧路基旁边先开挖工作坑，在设计标高上浇筑

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砼滑板，修筑顶进后背，入地下水位较高还需进展降水和防排水处理；之后在滑板上浇筑砼框架构造，同时对原有铁路进展加固〔既有线采用挖孔桩做支墩，施工便梁和工字钢扣、吊轨加固线路〕。根据滑板的摩擦力、周围涂的摩擦力及 刃角切土的阻力〔取决于框架自重、板顶荷载、箱身两侧土压力〕计算顶力，选择液压式千斤顶〔一般每台顶力为2000~3000KN,顶程1~2m〕数台，安装顶进设备并调试好，当前方完成一个顶进进程后，便可从框架取土，挖运土到达有一个顶程距离后，再次进展顶进。如此挖土-顶进-挖土，循环往复进展，直到整个框架全部顶进就位

本工程为深圳市南坪快速路与留仙大道联络路下穿平南铁路框架桥，其中心线路里程：K20+230，下穿平南铁路框架桥尺寸为两孔，其两孔尺寸分别为1-13M和1-16M 6.5M框架长度为10M框架顶板至轨底的距离为1.7M。

该顶进桥的主要施工步骤为：准备工作完成之后，首先施工挖孔桩，同时进展工作坑开挖、滑板和顶进后背施工，然后在滑板上预制箱体，箱体预制后采用6片六四军用梁纵吊梁〔每侧3片〕I45工字钢横抬梁对线路进展架空、加固，后背箱体强度到达设计要求及线路加固检查合格后即进展箱体顶进。两孔框架桥分两次顶进，每夸一次将框架顶入到位，顶进就位后撤除线路加固防护设备，回复线路行车。

2.1开挖工作坑

框架顶进布置示意

工作坑是预制和顶进框架桥的场地。其大小应根据原铁路线两侧的地形、场地大小、桥体埋深及平面尺寸、后背大小等情况综合考虑，并预留一定的操作空间。坑边坡坡度大小应根据标准要求设置，靠近铁路路基一侧的边坡应缓于1：1，坑顶边距铁路中心线不得少于3.2M。平南铁路顶进框架桥的顶进工作坑选在铁路线南侧。在距铁路中心线5M处开完工作坑。土方采用人工配合机械开挖。开挖前首先对既有线路基进展加固和防护，并同时做好防排水。工作坑开挖至设计标高后，人工清理坑底，并夯填10CM碎石垫层，在工作坑四周挖0.5，0.5排水沟，布置两个集水井，用抽水机及时抽出工作坑内的积水。

2.2滑板施工

滑板是用作预制箱体的底板，同时在箱体构造顶进时起导向和支撑作用。也是安放

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顶进设备的场地，要求有足够的强度、刚度和稳定性。滑板采用C20钢筋砼，滑板平整度要求在2M范围内凹凸差不超过5CM。滑板厚30CM，底板设有锚梁，两侧设C20钢筋砼导向支墩。为防止框架在顶进中出现扎头现象，除顶进前段滑板底设有船头坡外，滑板也在顶进方向做成千分之五的斜坡。为防止顶进过程中滑板随桥体错动，在滑板尾端将滑板和后背钢筋砼分配梁浇筑在一起。

2.3铺设隔离层

当底板制作好后立即铺设隔离层，隔离层用一层石蜡，再涂3MM厚的滑石粉，上面再铺一层塑料薄膜，最后在铺一层石蜡〔掺25%机油〕

2.4施工顶进后背

后背主要是承受顶进时水平顶力之反力的临时构造。在顶进全过程中要求不裂不断，更不能有较大的变形和移位。根据现场具体情况及设计要求，顶进后背采用打入钢轨桩和M10浆砌片石组合后背，反面用土回填夯实填至后背顶面。

2.5框架预制和刃角安设

框架预制与普通钢筋砼构造完全一样，需要指出的考前须知有三点： 〔1〕框架预制时要确保滑板中心与顶进中心线一致，以减少顶进误差。平南铁路顶进框架桥由于是两孔，为了加快施工进度，两空框架可以同时预制，所以多做了一个横移后背，其作用是将后顶进的一孔框架横移至顶进中心线位置。

〔2〕船头坡。为了防止扎头，我们一般要在箱底前段做2%的船头坡，以便与顶进时将高出箱底的土壤压入箱底，增强其承载能力。船头坡的制作方法：用黄土坯制成船头坡形，铺上油毡，灌注混凝土后即成。

〔3〕刃角。刃角又称前段护壁，其主要作用是切土和防止路基塌方，同时减少顶进阻力。刃角按设在箱身前段，采用钢板制成，刚刃角与箱身前段的预埋螺栓

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连接结实。

〔4〕防水剂润滑。在开顶前先进性箱顶和箱身的防水层施工，并在其外表进展润滑处理，以进一步减少顶进阻力。

2.6既有线吊扣轨加固

由于线路轨底至框架顶部距离为1.7M，吊轨纵向梁为加强型六四军用梁，其高度为1.66M，再加上横抬梁I45工字钢，所以线路防护扣轨架空梁采用吊轨梁形式。横台梁与纵梁用直径22U型螺栓进展吊挂。横抬梁间距与既有线路混凝土枕间距一致。支墩采用直径2.0M的挖孔桩。安装、撤除扣轨梁施工时均需利用封锁时间进展。

第3章 顶进法施工中的要点

3.1框架桥顶进施工既有线路加固方法

在既有线顶进框架桥施工中必须对铁路进展加固，以确保行车平安和施工平安。加固形式应根据既有铁路状况、框架桥尺寸、使用的器材设备，施工环境等因素来确定加固形式。

〔1〕轨束梁

①当顶进框架桥孔径小于3m，铁路位于直线，通过列车较少、地基土质良好，刃角安装良好时，可使用43kg/m或50kg/m钢轨组成轨束梁，采取线上吊轨或线下扣轨的形式进展线路加固，一般慢行速度不超过25km/h。

②轨束梁是用钢轨组成的梁，构造简单，取材容易，架设简便，但截面小，强度低，适用于短跨度临时性桥梁。由于梁的容许跨度比整根钢轨的长度小，如使

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用整根钢轨组成的扣轨梁，可作为连续梁使用。

③轨束梁分单层和双层两种，每组轨束梁的钢轨数量在9根及以下的用单层，12根及以上的用双层。每层必须用同类型的钢轨。

④轨束梁钢轨容许应力[σ]=170MPa。

⑤轨束梁跨度由强度和挠度两个条件控制，为平安计，采用其中小的数值作为最大容许跨度。 〔2〕纵吊〔挑〕横抬

当顶进框架桥孔径较大，且无覆盖硬质路基，线路加固可采用轨束梁与工字梁进展。抬梁一端放在箱顶上，另一端放在路基上，抬梁的终端应加枕木挡墙，抬梁与轨束梁用U型卡子连结成整体，利用列车间隔每顶一次对线路进展拨正，列车限速为25km/h。

3.2框架桥顶进施工预防扎头的质量控制

目前在铁路既有线改造施工中，大量平交路口及新增道路下穿铁路道路改为立交框架桥，为了减少施工对既有线行车及运输的影响，这些框架桥一般都采用顶进施工。采取顶进方式施工相比便线施工投资少，建立周期短，对铁路线路运营影响时间短等特点，但相比拟而言也存在较大平安隐患。对于那些处于低承载力地基上的框架桥，顶进时很容易产生扎头现象，使的框架桥就位质量难以保证。针对这一问题做一下分析

框架桥顶进过程中发生扎头现象的原因

顶进施工的框架桥，底板与框架作为一个整体。在顶进施工中框架桥因为下方地质情况不同发生框架桥体微斜，并随着施工的进展而以扎头现象变现出来。顶程长且未采取有效措施时都可能发现扎头现象。发生扎头现象得不到及时处理必然超

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过设计和标准要求甚至影响正常使用。当顶程较长时也提供我们调整框架桥形态的时间距离也长，所以我们只要采取有效的方法，顶程较长的顶进框架桥一般在到位后均可满足施工标准要求。因此在了解框架桥可能发生扎头现象的原因，并预先做好处理，这样框架桥到位后不至于出现超标现象。根据现场调查分析，扎头可能出现的部位及原因为。

①施工地址承载力无法到达设计承载力时可能出现扎头现象的原因之一，因此，施工中要注意地质报告并在开挖过程中要随时注土质变化及地基承载力的检测。顶进通道断面后土质差异很大，框架桥就会在这个地方因受力不均而容易发生扎头现象，当土质为沙土质或软弱土时发生扎头现象的可能性很大，因此这种地址就必须先期采取措施，为以后的工作减小难度。定地质情况一定后，框架桥在行进过程需要注意每次挖土底面的坡度和吃土量。如果框架桥底板超挖，框架桥就容易发生扎头现象。如忽略这些细节并未在施工中采取措施，必然给以后工作造成难度。

②框架桥在滑板上行进及框架桥刚下滑坡时，由于船头坡的缘故一般出现抬头现象，当框架桥有三分之一下滑坡时，框架桥会因重心迁移就会出现抬头变缓的现象，当框架桥有三分之二下滑板后框架桥重心就会落在土上，框架桥就会因前后地质差异而出现扎头现象，但扎头应有一个限度。超过这个限度就说明框架桥已经不在正常状态，就需要采取措施调整框架桥状态。因此在整个顶进施工过程中，需要勤测量，勤分析测量数据，准确掌握框架桥状态，并预测框架桥以后的状态。如果通过水平测量记录发现扎头现象并有加剧趋势，可通过是框架桥赤土量增加并将挖土地面标高抬高，如趋势比拟为稳就需继续观察，如趋势变缓说明框架桥行进正常

③在采用机械出土时，地板挖土保存20-30CM采取人工清底。

④在雨季施工时，容易出现框架桥水倒灌而出现涵头根底被浸泡，造成涵头地

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基承载力降低，如果对浸土不采取措施并继续顶进，框架桥容易发生扎头现象。因此，在雨季施工时，要采取短掘短顶的方法并注意涵内降排水保证基坑内无水枯燥。

〔2〕施工中预防扎头现象的措施

①核对地质情况。在施工过程中，要核对设计单位提供的顶进箱涵地点的地质资料，并检测框架桥滑板下地基承载力是否满足设计要求，如采取填换等方法，以防止滑板在箱涵顶进重心移除端部时造成滑板断裂、箱体前倾、扎头。

②做好临时降水。框架桥顶进掌子面内必须保持枯燥无水，如与地下水位高的情况，不需采取措施把水位降至底板以下0.5M，以免带水顶进造成基底土质软化造成箱涵扎头。

③合理设计滑板仰坡和框架的穿头坡。在框架桥预制时预留滑板仰坡，以方框在顶进出滑板时因地址的变化，土质承载能力降低造成扎头。

〔3〕处理扎头现象的措施

①顶进施工中，框架桥如何发生扎头现象一般可采用增大吃土量、改善土质、往框架底塞废弃混凝土枕等方法将其调整到正常状态。

②可以通过打混凝土来调整。如发现扎头现象时框架桥体离到位还有一定距离，施工中可以采用大混凝土薄带来逐渐调整，图距离很短时可采用大混凝土通带方法来调整。

完毕 语

〔1〕箱形框架桥顶进施工法是铁路改造立交框架、增加涵洞的一种常用的法，特别适用于既有线的改造。

〔2〕采用加强型六四军用梁加固线路，可以最大限度的减少对既有线的行车影响，要有专业的熟悉施工原理的劳务工人，分工协作，同时要具备必要的机械设备，严控工序，确保工程质量，以造福人民。

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鸣

在本论文的写作过程中，陈娟教师、卢明辉教师、郑俊杰教师给予了大力的帮助和指导，在此深表感谢！同时也感谢其他帮助和指导过我的同学。最后要感谢在整个论文写作过程中帮助过我的每一位人。 首先，也是最主要感谢的是我的指导教师门，在整个过程中他给了我很大的帮助，在论文题目制定时，他首先肯定了我的题目大方向，但是同时又帮我具体分析使我最后选择既有线铁路桥涵顶进技术这个具体论题，让我在写作时有了具体方向。在论文提纲制定时，我的思路不是很清晰，经过教师的帮助，让我具体写作时思路顿时清晰。在完成初稿后，教师认真查看了我的文章，指出了我存在的很多问题。在此十分感谢各位教师的细心指导，才能让我顺利完成毕业论文。

参考文献

[1]?铁路桥含施工标准?〔CECS 382-2014〕

[2]?铁路桥涵工程施工质量验收标准?〔GB50268-2008〕

[3] 游励晖，既有线铁路箱形框架桥顶进施工技术，工程硕士，2014.6 [4] 铁道部第四勘测设计院桥隧处编版社，1983..

：中国铁道出版社，2009 桥涵顶进设计与施工［M］

：中国铁 道出

[5]铁路工程施工技术手册〔桥涵〕［M］

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