盾構(gòu)法頂涵施工工藝技術(shù)要點

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

摘要：“橋式盾構(gòu)法”（以下簡稱“盾構(gòu)法”）是一種較為先進(jìn)的頂涵施工方法，是在保留傳統(tǒng)頂涵施工、橋涵結(jié)構(gòu)路側(cè)預(yù)制工藝的基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)頂進(jìn)支護(hù)方法進(jìn)行了重大改革，將明挖開槽改為地下暗挖盾構(gòu)支護(hù)，暗挖推進(jìn)減低了施工對行車的影響。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)法線路防護(hù) 施工監(jiān)測

盾構(gòu)法的概念

“橋式盾構(gòu)法”（以下簡稱“盾構(gòu)法”）是一種較為先進(jìn)的頂涵施工方法，是在保留傳統(tǒng)頂涵施工，橋涵結(jié)構(gòu)路側(cè)預(yù)制工藝的基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)頂進(jìn)支護(hù)方法進(jìn)行了重大改革，將明挖開槽改為地下暗挖盾構(gòu)支護(hù)，暗挖推進(jìn)減低了施工對行車的影響。

盾構(gòu)由鋼柱、鋼梁、盾殼、子盾構(gòu)、液壓推進(jìn)系統(tǒng)、輔助機構(gòu)六大部分組成。裝配在第一節(jié)框架橋前端的盾構(gòu)，作為帶土頂進(jìn)時掘進(jìn)面與路基的施工支護(hù)，同時也擔(dān)負(fù)頂推導(dǎo)向。

根據(jù)不同地質(zhì)情況設(shè)計盾構(gòu)長度以確保中心土天然支護(hù)作用是“橋式盾構(gòu)法”的關(guān)鍵。盾構(gòu)的橫向截面成簡支梁橋形，其外廓尺寸與剛架橋外廓尺寸基本相同，“橋形”梁跨中滯后挖掘的大斷面土體（中心土）從盾構(gòu)入土直到出土前均保持1∶0.75坡比，并滯后子盾構(gòu)掘進(jìn)面一段距離開挖，它與盾構(gòu)共同平衡周邊土壓，成為掘進(jìn)面的強大支護(hù)體系。

盾構(gòu)母體中的子盾構(gòu)由液壓系統(tǒng)控制，單臺組錯開推進(jìn)，擔(dān)負(fù)減阻板的牽引及掘進(jìn)面的小斷面化。增強了開挖面的穩(wěn)定性，被牽引的減阻板則將上部摩擦力分散。剛架橋推進(jìn)前順坡清除底板前方部分中心土體，盾構(gòu)母體隨剛架橋同步推進(jìn)時，子盾構(gòu)原推出部分被掘進(jìn)面土體阻擋與子構(gòu)箱體作相對運動，套回箱內(nèi)，完成一盾構(gòu)掘進(jìn)工作循環(huán)。

施工工序

施工方法及工藝要求

盾構(gòu)法頂涵施工，施工前期工作與普通施工方法相同主要為以下幾個方面：施工準(zhǔn)備、基坑開挖及滑板制做、框架箱身預(yù)制、后座制做,下面主要就盾構(gòu)的安制、掘進(jìn)、監(jiān)測及線路防護(hù)等幾個方面進(jìn)行論述：

（一）盾構(gòu)制安前要注意以下幾點

1、框架橋幾何尺寸修整

框架橋前端面為盾構(gòu)止推梁、柱推力傳遞面。其不平整度將影響止推梁及相關(guān)柱的受力狀態(tài)，不均衡受力可能造成盾構(gòu)變形與偏向推進(jìn)，影響安全和破壞盾構(gòu)的導(dǎo)向功能。所以在盾構(gòu)安裝前必需對剛架橋前端面進(jìn)行檢測、修整。同時也應(yīng)對剛架橋外廓幾何尺寸進(jìn)行嚴(yán)格檢查，對跑模較嚴(yán)重部分進(jìn)行必要的修整來減低推進(jìn)阻力，剛架橋各表面的整體平整度還直接影響線路沉降控制的效果。為此：剛架橋邊墻不允許誤差>3cm，剛架橋頂面不允許誤差>1cm。其檢查方法可采用儀器與拉線，對凸出部位采取鑿底后再補平，對較底部位則先鑿毛再水泥砂漿補平。

2、剛架橋底部潤滑層效果確認(rèn)及預(yù)頂

采用“橋式盾構(gòu)法”施工，框架推進(jìn)時增加了盾構(gòu)阻力，該狀況在框架初動時會較明顯。盾構(gòu)安裝前必須預(yù)先將框架推動相應(yīng)行程，以確認(rèn)滑板無粘連，可保證盾構(gòu)安裝后不因滑板粘連而又撤除。試頂方法為：使用油頂推動框架橋，行程3cm。預(yù)頂也是后座保護(hù)措施之一。

（二）橋式盾構(gòu)制做安裝

1、盾構(gòu)墩柱底板基底處理

在確認(rèn)底板無粘連后，在路基邊坡下按框架橋軸線放出盾構(gòu)各墩柱底板開槽邊線,開挖槽寬1.5m,槽長6.6m，槽深至框架底面下10cm。槽基底進(jìn)行硬化處理。硬化層坡度視現(xiàn)場開挖地質(zhì)狀況而定，硬化材料采用C20素混凝土，厚度平框架底。當(dāng)?shù)鼗休d力達(dá)180kPa以上時墩柱底板地基可不作硬化處理。

2、盾構(gòu)墩柱安裝

將墩柱底板放入基槽中與預(yù)先埋設(shè)于框架橋前端預(yù)埋托板平整焊接,焊縫為v30°坡口,焊接前應(yīng)復(fù)測底板坡度，并確認(rèn)滿足要求。施工人員充足時，所有墩柱可同步平行作業(yè)。以減少吊機臺班費用。

墩柱下托梁按底板軸線平行等分安裝，下托梁與底板連接焊縫以受壓為主，剪應(yīng)力小，可采用每焊接10cm空20cm不焊的間斷焊，為防下托梁在焊接過程中發(fā)生偏斜應(yīng)采用兩側(cè)同步對稱焊接。

立柱吊裝前，應(yīng)在預(yù)先搭設(shè)的工作平臺上采用鋼管腳手制做立柱定位架，在立柱安裝時起安全及臨時定位作用。將各條立柱的設(shè)計位置事前吊垂線標(biāo)記于下托梁及定位架上可極大程度提高墩柱安裝進(jìn)度與質(zhì)量。當(dāng)盾構(gòu)墩柱安裝基本就緒時，視情況對邊坡槽進(jìn)行簡易支護(hù)以確保路基穩(wěn)定為原則。

墩柱上、下托梁安裝時必需注意：與線路斜交，盾構(gòu)墩柱托梁不在同一水平面上，其各托梁高差值為基坑滑板坡度換算可得，由盾構(gòu)設(shè)計人現(xiàn)場確定。

3、盾構(gòu)主梁安裝

橋式盾構(gòu)所用主梁在地面臨時平臺上精心制做，由于該主梁除上方負(fù)載外，還與盾構(gòu)頂板共同承擔(dān)框架橋推進(jìn)時的軸向力傳遞，因此，設(shè)計剛度較大。安裝時先測量標(biāo)記定位線于墩柱上托梁上，然后由起吊能力大的吊機分榀吊裝就位。其梁墊在測量人員配合指揮下安裝，各榀梁的頂面高度需按設(shè)計要求進(jìn)行調(diào)配。

4、子盾構(gòu)箱體制做安裝

為加快制做速度與合理安排勞動力，子構(gòu)箱從母構(gòu)體兩側(cè)做起向中間發(fā)展，合攏后按實際尺寸制作非標(biāo)型子盾構(gòu)。子構(gòu)箱下托板需在臨時設(shè)制的托架上調(diào)校后與第一榀盾構(gòu)主梁下托板進(jìn)行對接，其橫向受壓焊縫允許采用間距不大于30cm的雙面間斷焊，縱向受剪、受拉焊縫卻必需采用x60°坡口雙面滿焊以保證焊縫牢固度。便于總體吊裝的工地現(xiàn)場，子盾構(gòu)箱可在就近工作平臺上制做，采用機械整體吊裝。

子盾構(gòu)導(dǎo)向架各組件均在平臺上靠模中統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)制做，安裝時采用定位裝置定位焊接，導(dǎo)梁滑道與子盾構(gòu)配合間隙設(shè)計為4mm，誤差允許±1mm，子盾構(gòu)箱制做完成后，將尚未編號子盾構(gòu)進(jìn)行試配，要求子盾構(gòu)裝入箱后無卡滯現(xiàn)象，空載時以人力可推動為宜。裝配完成后進(jìn)行編號與滑道注油。

子盾構(gòu)箱底板厚20mm,蓋板厚16mm，板面靠前端均倒有上刃口，底板刃口為鏟除土體欠挖量用，箱蓋板刃口為防止減阻板卷曲之用，導(dǎo)向架用料I28B，要求材料平整無扭曲變形。

5、盾構(gòu)外殼制做安裝

盾構(gòu)外殼鋼板均采用16mm厚鋼板，其盾構(gòu)尾部長30cm套在框架橋前端，作相互制約用。盾構(gòu)外殼安裝后其總寬值大于框架橋總寬約32mm，由此間隙來降低頂推過程中框架橋兩側(cè)與土體產(chǎn)生的摩擦阻力，并有效地減小兩側(cè)土體的摩擦位移現(xiàn)象。超寬造成的土損失在剛架橋頂推到位后進(jìn)行壓漿補空，也可在頂進(jìn)時壓注水泥漿，以避免路基出現(xiàn)沉降。

盾構(gòu)外殼頂面板采用16mm厚鋼板滿敷，左右兩邊與盾構(gòu)邊板焊接，頂板底面與主梁間梁撐焊接。安裝時高于框架橋4mm以留出頂面扁鐵焊接位置。頂板敷設(shè)后需對整體平面進(jìn)行檢測，不平整度高差應(yīng)小于3mm，如大于3mm則應(yīng)檢查調(diào)整。

6、頂力設(shè)置

1)子盾構(gòu)頂力設(shè)置

子盾構(gòu)是橋式盾構(gòu)母體中對上部掘進(jìn)面進(jìn)行有效支護(hù)的重要部分，在不同土層中采用不同的推進(jìn)方式來保持掘進(jìn)面的穩(wěn)定。連續(xù)框架根據(jù)盾構(gòu)總寬，設(shè)多臺組子盾構(gòu)，各組間隔750cm(其中一組按剩余實際尺寸制做)水平布置。

每臺組子盾構(gòu)內(nèi)布30t雙向作用液壓頂2臺來保證子盾構(gòu)的推進(jìn)、切土能力，子盾構(gòu)推進(jìn)的同時，牽引框架橋頂面鋪設(shè)的減阻板。每臺子盾構(gòu)中共需兩臺油頂，由2套液壓泵站操縱控制，（中間連續(xù)框架每孔配備1套）該液壓系統(tǒng)中設(shè)有高壓截止閥，用以控制子盾構(gòu)單獨運動或間隔群體運動。嚴(yán)禁相鄰子盾構(gòu)同步推進(jìn)，造成減阻板上部覆蓋土應(yīng)力集中被剪切破壞，使線路產(chǎn)生水平位移。

2）框架橋頂力設(shè)置

a、橋式盾構(gòu)母體與剛架橋采用鉸接，盾構(gòu)外殼套入橋體長度為30cm。當(dāng)框架橋被推進(jìn)時盾構(gòu)亦被框架橋同步、同方向推進(jìn)。

b、頂位處布置單向作用多臺油壓頂，其中幾臺液壓泵站采用并聯(lián)方式操縱控制，以解決單泵流量過小推進(jìn)緩慢問題。

（三）掘進(jìn)

剛架橋工程采用橋式盾構(gòu)法施工，掘進(jìn)時，每組子盾構(gòu)由1名工人配合修整掘進(jìn)面、出土以及盾構(gòu)母體推進(jìn)時對子盾構(gòu)套入箱體狀態(tài)的監(jiān)視。如果出現(xiàn)意外能及時通報控制臺而中斷事故發(fā)展。子盾構(gòu)允許單次推進(jìn)行程30～40cm。

子盾構(gòu)作業(yè)為人力配合機械,視挖掘面土體的自穩(wěn)能力而定,有先頂后挖、邊頂邊挖或先挖后頂?shù)娜N掘進(jìn)方式。采用何種形式，由工程技術(shù)人員決定，液壓操縱班按令執(zhí)行。子盾構(gòu)推進(jìn)時,其上部土方由前端鋸齒刃腳切割下落。作業(yè)基本處線路板結(jié)層，工人可視情況申請采用氣動風(fēng)鎬掘土。

盾構(gòu)墩柱設(shè)計為多層，每層土體由1名工人完成掘進(jìn)，每組墩柱由4人擔(dān)負(fù)出土、頂推監(jiān)視工作。挖掘標(biāo)準(zhǔn)為墩柱的外廓尺寸寬與前進(jìn)方向30～40cm長。

大斷面中心土采用挖機掘進(jìn)與裝車，自卸汽車外運棄土。為縮短頂進(jìn)期。掘進(jìn)時，機械將框架橋前滯后的中心土挖去相同長30～40cm距離，并采用接力方式推進(jìn)各節(jié)框架橋同一距離為一頂進(jìn)工作循環(huán)。

頂進(jìn)到一定程度時為防止傳力柱橫向分力引發(fā)起拱甚至飛揚傷人，在傳力柱上方設(shè)置軌束梁反壓或增設(shè)分配梁。傳力柱方向應(yīng)預(yù)留余土運輸通道。

線路安全保證措施

線路沉降是由土損失、土干縮、及土運動所造成，本工程的關(guān)鍵所在就是路基的利用與保護(hù)，它需要從框架結(jié)構(gòu)預(yù)制、盾構(gòu)制做、掘進(jìn)、糾偏、減阻、注漿填充等各環(huán)節(jié)精益求精的施工過程來控制水土損失，全套控制措施的有力實施才能確保線路沉降受控、列車行駛安全。

（一） 線路加固及日常養(yǎng)護(hù)

1、線路簡易加固

縱向軌束梁采用P502+3扣，每股道軌外側(cè)各一束，股道束間中心距為3.1m,縱向軌束需擺設(shè)平穩(wěn)，兩線間高出的道碴應(yīng)耙走、耙平。線路外側(cè)縱向軌束位如過低，則應(yīng)壘高道床邊坡加以墊平。兩側(cè)軌束面應(yīng)在基本軌底面下20cm，以確保下一工序橫向軌束能順利穿越基本軌底為準(zhǔn)。每相鄰縱向軌束間隔距應(yīng)大于3m。較大的軌束距安裝時對原線路不會造成影響，可利用方便時提前完成。簡易加固屬線路雙重保險工作，軌束下為無限支點，間隔距大，保護(hù)范圍相應(yīng)也大。

縱軌安裝時每根接頭相錯1.5m以上。所有軌束卡箍均靠近接頭安裝，并認(rèn)真鎖緊?？v橫軌束安裝均按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置安全防護(hù)員，鋼軌過線路派人持木枋保護(hù)線路，以防造成“紅軌”。

縱向軌束長度L，以超出框架每側(cè)不少于5m即可。

橫向軌束單束不短于4m，采用P501+2相扣，每隔2條枕木設(shè)置1束，并與縱向軌束鎖緊。橫軌束安裝均按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置安全防護(hù)員，如無條件采用封鎖穿軌，則利用列車間隔時間作業(yè)，采用隔5穿1的調(diào)作法作業(yè)。鋼軌過線路派人持木枋保護(hù)線路，軌束過基本軌底采用絕緣材料隔護(hù)，以嚴(yán)防“紅軌”事故。

軌束安裝完畢，在橫向軌束與基本軌間對插木質(zhì)密實的木楔，以利于頂進(jìn)期間快速微調(diào)線路水平。

2、線路日常養(yǎng)護(hù)

施工期間，由專職線路工、防護(hù)員（包括駐站聯(lián)絡(luò)員）、普通工，共同組成線路維護(hù)班。對線路進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)，安全防護(hù)，辦理相關(guān)手續(xù)。線路加固與意外情況，從其它工班抽調(diào)人員會戰(zhàn)。線路養(yǎng)護(hù)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，按現(xiàn)行工務(wù)線路大維修規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

頂進(jìn)期間，工地負(fù)責(zé)人不得離開工地，跟班督促檢查，確保頂進(jìn)順利，線路狀態(tài)良好。駐站聯(lián)絡(luò)員與工地使用移動電話聯(lián)絡(luò)，列車到達(dá)前10分鐘停止頂進(jìn)。線路人員下線前復(fù)查線路，清理現(xiàn)場，列車通過后恢復(fù)正常施工。

線路工在每次頂進(jìn)停止后，第一時間對正在穿越線路進(jìn)行水平、軌距測量，對線路變化不管大、小，有變即修，決不拖延。不管是否頂進(jìn)，線路養(yǎng)護(hù)人員必需對線路進(jìn)行一列一檢，確保行車萬無一失。

施工監(jiān)測及糾偏

框架橋推進(jìn)施工的全過程中，盾構(gòu)及框架橋運動中線、水平的測量非常重要，工程技術(shù)人員將每一頂進(jìn)循環(huán)的測量數(shù)據(jù)繪制成框架橋推進(jìn)軌跡圖進(jìn)行分析研究，用于科學(xué)指導(dǎo)框架橋的掘進(jìn)與糾偏。

1、子盾構(gòu)箱托板前后高差：

抽檢各中心土中部臺組，每天1次并換算成絕對高程。

2、墩柱滑板前后高差：

每工作循環(huán)，所有墩柱全測并換算成絕對高程。

3、墩柱軸線：（相對第一節(jié)框架橋?qū)嶋H軸線的平移線）

交接班前后測，每班2次，共4次并標(biāo)示與第1節(jié)剛架橋?qū)嶋H軸線相對誤差。

4、框架橋軸線：（各節(jié)與初始位置的相對變化）

測量并標(biāo)示本次偏移值和累計偏移設(shè)計值。

5、框架橋高程：

測點設(shè)于各節(jié)橋內(nèi)靠頂板倒角處，每節(jié)分橋前、橋后4個點,各點基本成90°關(guān)系，并換算成絕對高程。

6、線路沉降監(jiān)測點：

復(fù)核各線路軌頂及路肩標(biāo)高，作好初始記錄，以便線路交驗前將線路恢復(fù)至初始值。

7、頂進(jìn)糾偏

盾構(gòu)糾偏是掘進(jìn)人員（包括挖機司機）按指揮人員發(fā)出的掘進(jìn)指令，對子盾構(gòu)、墩柱底板下及兩側(cè)土體進(jìn)行超挖或欠挖土，不停改變各部位土應(yīng)力來完成。

框架橋左右方向的糾偏為利用所布油頂非均衡使用來完成,水平高程糾偏為調(diào)整橋式盾構(gòu)運行軌跡來達(dá)到效果。另外在地基承載力低于150kPa地段還需采取與傳統(tǒng)工藝相同方法；在剛架橋底板下作換填或加密土壤、壓樁等措施來完成。

橋式盾構(gòu)法施工特別強調(diào)事項

1、盾構(gòu)設(shè)計、制做

盾構(gòu)體是框架橋頂推期路基掘進(jìn)的臨時支護(hù)及導(dǎo)向裝置，設(shè)計時不可違背其中心土平衡原理。盾構(gòu)長度應(yīng)不小于剛架橋斷面總高，寬度大于剛架橋斷面總寬，主梁間分跨一般為3～4m。

盾構(gòu)幾何尺寸必需標(biāo)準(zhǔn)，各部分連接可靠。使用期間盡可能小的變形方能保證使用效果。

2、滑板質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

基坑開挖如采用機械則應(yīng)保留人工修整層，切忌破壞基底?；搴穸葢?yīng)結(jié)合地基實際承載力考慮，其平整度要滿足于滑板制做一條中要求。不平整的框架橋底板，頂推全過程將不同程度地破壞地基，基坑滑板的任何不足都給頂進(jìn)工程埋下隱患。

3、后座

橋式盾構(gòu)法為保證大型運輸車輛出入框架橋，液壓油頂均按橋底部兩側(cè)布置，也利于液壓糾偏。后座兩側(cè)應(yīng)力較中部大，故后座設(shè)計寬應(yīng)為橋?qū)挼?.2倍以上方能滿足寬限要求。

4、頂進(jìn)挖土

1）子盾構(gòu)掘進(jìn)面挖土應(yīng)按當(dāng)日書面技術(shù)交底，并按有經(jīng)驗的當(dāng)值施工員要求進(jìn)行，錯誤的開挖將導(dǎo)致路面沉降量增大。

2）中心土的滯留長度及挖掘量應(yīng)根據(jù)土層性質(zhì)而定，任何情況下放坡量不可小于1∶0.5，盾構(gòu)墩柱兩側(cè)均設(shè)有剪力墻板,其斜邊按1∶0.75設(shè)置（視土質(zhì)情況定）,通常應(yīng)以此標(biāo)線向前延伸30～40cm長，為中心土掘進(jìn)控制線。為確保中心土的土壓平衡能力，掘進(jìn)時嚴(yán)禁超挖。

3）盾構(gòu)為剛性焊接體，在推進(jìn)中有可能因局部應(yīng)力集中造成焊縫炸裂，故頂推作業(yè)時機械應(yīng)停止作業(yè)，工人不得高聲喧嘩及發(fā)出金屬敲擊聲，以利聲響判斷。另外高壓力頂推易產(chǎn)生強大破壞力，頂推時有條件遠(yuǎn)離液壓裝置及傳力柱的人員必需撤離，以防意外事故。