顶进施工技术.doc

桥涵中继间顶进施工技术研究
中铁九局第一工程有限公司
(中铁九局一公司锦州立交桥项目经理部)

一、前言
锦州市汉口街2-13.0m立交桥（沈山线K243+750）铁路方向全长28.7m，公路方向长46.04m，高7.3m。框构桥共分两节预制，长度分别为29m及17m，节间设置4cm沉降缝。线上共6条线路，分别为599军专线、南牵出线、沈山上下行线、石油六厂专用线及北牵出线。顶镐设置在中继间处及后节底板与后背间，后背采用C15片石混凝土后背。线路加固采用工字钢横抬梁法加固，采用450及512工字钢结合使用。
二、研究目的
通过此课题研究，力争优化既有线框构桥工字钢横抬梁加固、中继间顶进的施工方法，并保证框构桥顶进期间的施工安全。针对各个现场实际情况不同，但大体指导思想还是一致的，本课题的研究目的就是要在以往施工经验的基础上总结出一些能够优化施工方案的技术、安全措施来更好的指导施工。
三、国内外相关技术开发应用情况
目前国内的既有线框构桥中继间顶进及工字钢横抬梁施工应用广泛，技术日臻完善，而我公司在此项技术研究上也有了很丰富的经验。

四、施工设备
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
1
履带式挖掘机
PC220
台
2
2
轮式装载机
ZL50
台
2
3
重型自卸汽车
—
辆
16
4
慢速卷扬机
5t
台
2
5
导 链
5t
台
15
6
高压油泵
SCY14-1B
台
4
7
液压千斤顶
WYQ2-320
台
54
8
自制滚杠铁滑车
24cm*20cm*6cm
个
144

五、适用范围
本方法适用于既有线桥涵工字钢横抬梁法加固、中继间顶进施工。
六、工艺原理
首先对线路加固采用的工字钢横抬梁法施工方案进行详细的理论计算，使工字钢能够承受在列车通过时的动、静力荷载对工字钢产生的应力及挠度影响不超标，必须保证列车行车安全。框构顶进过程中，前后排高压油泵及顶镐轮流作业，由前至后依此逐节推动箱身，直至顶进到位为止。最后进行线路加固设备拆除，恢复线路原有状态。
七、施工工艺
（一）工字钢横抬梁线路加固
加固的方法采用扣轨梁和工字钢横抬梁法相结合的方法。
工字钢横抬梁线路加固顶进框构桥：
1、铺设吊轨梁
吊轨梁沈山线上下行采用50kg/m钢轨，南北前出线及专用线采用43kg/m钢轨。将钢轨束分布在线路中心及两股轨外侧，为3-5-3扣轨,扣轨前必须对既有线路枕木进行抽换成不小于2.8米的普枕，枕木与吊轨梁间按照设计要求使用φ22U型螺栓和扣板连接，吊轨梁钢轨接头必须错开1m以上。
2、铺设横抬梁
横梁采用450工字钢横抬梁，铺设范围在框构顶部及向两侧各沿长10.9m,共50.5m，长度60米，框构上方横梁间距0.545米，两侧间距1.09米（靠近框构桥的4道为双根），数量为79根。使用φ22U型螺栓及扣板将横梁与吊轨梁、枕木联接牢固。为减少框构顶进时的阻力，在框构范围内的每组横梁下加自制滚杠滑车减少摩擦，其余空间用木楔子或枕木头塞紧。横梁的一端支承在框构顶上，另一端则支承在路基枕木垛上。在顶镐的方向的桥顶顺线路每2米设置1个拉环，顶进时用导链固定线路方向，同时桥上备用足够的50吨油镐，以备线路沉落整修所用。
为加大安全系数，施工中在框构桥上方又将12根450横梁工字钢变更为512工字钢，即每隔3根450工字钢插1根512工字钢，共计12根512工字钢。在512工字钢下安设自制滚杠滑车，每根512工字钢下线间（纵梁下方）放2台，最外侧两条线路外侧设1台，计12个，总计滑车144个。
3、铺设纵梁
正线完全采用512工字钢纵梁，其余线路在桥涵净跨度范围外采用512工字钢纵梁，净跨内采用450工字钢纵梁，450工字钢与512工字钢结合部保证有3米长的重叠量，以加强框构边缘的加固，最后用φ22直杆螺栓及扣板与横梁联接牢固。

线路加固工艺流程图
申请施工封锁
施工准备

长轨放散

抽换枕木　

安装吊轨

安装纵横工字钢

（二）中继间顶进施工
前节框构重4980t，后节框构重2920t。考虑到320t千斤顶的有效顶力，按50%计算。中继间安设32台千斤顶，后背安设22台千斤顶。
1、设备安装与调试
顶进设备由液压系统和传力设备两大部分构成，由控制台操纵指挥顶进。液压系统由高压油泵、阀门、千斤顶、油箱、油管及压力表等部件组成。通常传力设备由顶铁、顶柱、分配横梁和顶柱横梁构成。当箱身和后背建成后，安装顶进设备，安装好后对油路、电路系统进行一次全面的检查和核对，确认无误便进行调试作业，调试工作完毕后，确认液压系统可靠，操纵灵敏准确便可进行试顶作业，试顶工作一般以顶动框构为止，试顶完成后还要进行一次全面的检查，如各部位情况均属良好便可进行正式的顶进作业。
2、顶进
在框构顶进前要进行试顶，试顶工作一般以顶动箱身为止。框构顶进采取中继间顶进方法，即在两节之间及后背与末节间均安设千斤顶，然后由前至后依此逐节推动箱身。待后背处千斤顶回收后，在回收的位置填放顶铁，再开始第二次顶进，往复循环，直至箱身就位
开动高压油泵，使千斤顶产生顶力，推动框构前进，每次的顶程通常为190～800mm。框构结构前进后使千斤顶的活塞回复原位，在空档处填放顶铁，待下次使用，如此循环往复，直至全部就位。
采用中继间法顶进，由于前后节箱身重心的运动轨迹不易重合，产生垂直分力，所以要增强中继间的抗剪能力，即在前后节箱身之间设置剪力楔、传力钢筋及钢搭榫等，使前后两节能互传剪力。顶进中要掌握高程，防止产生较大的误差，减少剪力值。
3、偏差校正
在顶进过程中，为了防止过大的方向和高程误差，除加强观测，认真预防外，还必须及时校正。倘若造成过大偏差后，再行校正则较为困难。常用的校正方法有下列几种：
①箱身在空顶阶段发生方向偏差，设专人加换左右两侧与方向墩间的滚楔铁板，或在箱身底板处的边墙外侧，各设一台320吨的千斤顶来校正空顶阶段的方向。
②当箱身重心脱离工作坑滑板时，容易产生“扎头”现象。为防止“扎头”，除在工作坑滑板上预留坡度外，还可在箱身前端底板下设置“船头坡”。其坡长一般为0.5～1m，坡率2%～10%，造成一个上坡的趋向。
③箱身入土后，注意挖土断面务求正确，使顶入挖成的孔要与箱身方向一致，此框构结构为多孔，各孔挖土要步调一致，挖土均匀，并有专人指挥，避免施工混乱挖错方向等现象的发生。
④箱身方向左右偏差调整的方法：
用增减一侧千斤顶的顶力，即开或关一侧千斤顶阀门，增加或减少千斤顶顶力。如向左偏，即关闭减少右侧千斤顶，如向右偏则反之。轮流开动两边高压油泵调整，如向左偏就开动左侧高压油泵，向右偏就开动右侧高压油泵。
用后背顶铁（柱）调整，在加换顶铁时，可根据偏差的大小，将一侧顶铁楔紧，另一侧顶铁楔松或留1～3cm的间隙。如箱身前端向右偏，则将右侧顶铁楔紧，左侧顶铁预留间隙，开泵后，则右侧先受力顶进，左侧不动。
前端左右两侧刃脚可在一侧超挖，另一侧少挖土或不挖来调整方向。如箱身前端向右偏，即在右侧刃脚前超挖20～50cm，左侧保持刃脚吃土20cm，由顶进中的两侧刃脚阻力的增减而达到纠偏的目的。
在箱身前端加横向支撑来调整，支撑一端支在箱身边墙上，另一端支在开挖面上，顶进时迫使其向被顶一侧调整。
⑤纠正箱身“抬头”的方法:
两侧挖土不够宽，易造成箱身“抬头”，故可在两侧适当多挖。
当“抬头”量不大时，把开挖面挖到与框构底面平。如“抬头”量较大，则在底刃脚前超挖15～25cm，宽度与箱身相同，同时使上刃脚不吃土，在顶进中逐步调整，在未达到设计高程时，便酌情停止超挖以免又造成箱身“扎头”。
⑥纠正箱身“扎头”的方法
适当增加抬头力矩，即增加上刃脚的阻力，使上刃脚和中刃脚多吃土，侧刃脚稍加吃土量，底刃脚不得超挖，逐步顶进调整。
吃土顶进，挖土时开挖面基底保持在箱身底面以上8～10cm，利用船头坡将高出部分土壤压入框构下，纠正“扎头”。
调整刃脚角度，边刃脚增加向里翘的角度，底刃脚增加向上翘的角度。
如基底土壤松软时，换铺20～30cm厚的卵石、碎石、灌筑白灰柱桩、砂等方法加固地基，增加承载力，以纠正“扎头”。
顶进施工工艺流程图
第一节涵体前移 第二节涵体前移
开动前部油
泵油镐顶进
前部油泵回
油活塞复位
开动后部油
泵油镐顶进
后部油泵回
油活塞复位
换顶柱
加铁垫板
开动前部油
泵油镐顶进

（三）顶进过程中的线路养护
顶进过程中，由于箱身高程的变化，及箱身顶进时带动土体，使线路高程往往逐渐升高或降低或左右股钢轨轨顶不平，直接影响行车安全，故必须认真检查，及时调整，其方法如下：
(1)保持线路水平是保养工作的主要项目，为保持水平，在横梁与枕木间应保留一定的调整余量，常用1-5cm厚木板垫塞，钢轨底部分用“穿袖”木楔打紧，借以调整线路轨顶水平。
(2)当线路方向不良时，可将槽钢下木楔打紧后，松开附近几个吊轨螺栓及方向不良范围内横向支承，用起道机拨道。
(3)要随时上紧松动的吊轨螺栓，加强对线路的观察，发现异状及时整修。
箱身顶进就位后，应尽快拆除线路加固设备恢复线路，解除慢行。恢复线路应在确保行车安全条件下进行。在拆除加固设施前，应按需要备足道碴和上碴的工具，安排好抽出横梁的施工作业程序。撤一根横梁或木枕换一根钢筋混凝土轨枕，随即补充道碴捣固。不应同时数根撤换。全部拆除撤换完毕后，按线路维修要求，全面维修达到标准，方可恢复正常运行。
八、劳力组织
序号
工序名称
工作内容
所需人员
人员
数量
1
线路加固
抽换枕木、安装扣轨、
横纵梁安装
线路工
防护员
40
8
2
框构顶进
顶进出土、框构顶进、
线路养护
线路工
防护员
普工
50
8
25
3
线路加固设施拆除
拆除加固设备
线路工
防护员
起重工
40
8
2
4
线路整修
起拨道、沉落整修
线路工
20
5
安全检查
负责施工过程及最终检查
安全员
2
九、工期安排
序号
工作项目
人员配置
工作天数
1
线路加固
线路工40名、防护员8名
25
2
框构顶进
线路工50名、防护员8名
普工25
23
3
线路加固拆除
线路工40名、起重工2名
防护员8名
15
4
线路整修
　 线路工20名
5

十、质量检验标准
《铁路线路修理规则》 2006
《铁路桥涵施工规范》 TB10203-2002
《铁路工程施工安全技术规程》 TB10401-2003
《铁路轨道工程施工质量验收标准》TB10413-2003
《铁路桥涵工程施工质量验收标准》TB10415-2003
《铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准》TB10424-2003
《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》铁建设[2005]160号
框构桥外形尺寸及顶进允许偏差（单位：mm）
项 目
允许偏差
外形
尺寸
宽 度
±50
轴向长度
±50
顶、底板厚度
+20 -5
中、边墙厚度
+20 -5
顶进
中 线
200
高 程
顶程1%，但不得超过+150 -200
线路轨道静态几何尺寸容许偏差表（单位：mm）
项 目
V≤120km/h正线
及到发线
其他站线
轨 距
+9 -4
+10 -4
水 平
10
11
高 低
10
11
轨 向
10
11
三角坑
缓和曲线
7
8
直线和圆曲线
9
10
备注：线路整修按临时补修考虑
十一、检验及试验方法
原材料进场时，应按设计图纸及规范和验标的要求进行检验。钢材材质、焊接、混凝土配合比、混凝土试件需委托具有合格资质的实验室来进行检验。具体尺寸部位的检验用经纬仪、水准仪、塔尺、钢尺等测量仪器进行测量， 轨道主要用轨距尺进行检查，并结合目测线路找细。
十二、质量保证措施
严把工程材料质量关。做到未经检验的材料不进场，不放行，检验不合格的材料不使用，同时做好材料储存、保管、领发使用监督及回收、周转等管理环节的工作。加强原材的检测工作，水泥、钢筋等厂供材料必须有出厂合格证，其质量规格应符合施工要求。对砂、石料等地材进行性质、强度试验，严格控制其粒径及含泥量，保证其不超过设计要求。
工程施工前，精确测定框构桥位置，发现问题及时与设计单位沟通，避免出错。施工所需的测量、试验设备均进行校验或标定，确保测量、试验数据准确。所需的施工机械进场前维修检查，确保操作可靠性，并做到组织合理，人机固定，持证操作，高效运转。
砼采用购买商品混凝土组织砼供应，拌和设备采用自动计量设备。坚持施工过程中的试验制度，砼浇筑现场对每批砼均进行坍落度试验并记入施工记录，控制坍落度在标准坍落度的±15mm范围内，保证砼强度试验的频数、试件组数达到规定要求。
严格按设计要求做好基底检查，基底的承载力要符合设计文件和结构设计要求。严把模板质量关，模板现场安装应牢固、板缝密贴平整，选用有利于砼外观质量的脱模剂，并在涂刷时保证均匀、不流不滴。
砼浇筑时保证其和易性满足结构尺寸要求和砼振捣要求以保证其外观质量，分层厚度不大于规范规定，一般控制在30cm以内，振捣时遵循快插慢拔、不过不欠的原则。结构物能一次浇筑的必须一次灌完，需设置施工缝时应做好接茬处理，保证接茬平顺，并在续浇时进行接茬处理。
钢筋在加工时采用模具配合以保证加工精度。焊接优先选择对焊，没有条件的结构物处也应采用直流焊机。钢筋保护层采用弧形砼垫块以免影响砼外观质量。
加工钢模板严格按技术规范施工，实行三级验收程序。模板安装前，进行试拼并编好号，以保证模板间接缝的严密，安装时按编号顺序进行。安装前严格除锈，以免锈斑粘在混凝土上面，影响混凝土的外观质量；
现场钢筋、水泥、木材等材料和所有机具设备都置于防雨棚内或下雨时利用防雨布进行覆盖，并设有专人进行负责。
抓好技术资料管理。施工过程要做好详细记录，各种原始资料搜集齐全，用于组织后期施工、编制竣工文件，并进行施工技术总结。
十三、安全保证措施
（一）行车线上施工安全措施
1、按铁路局〔2007〕93号文及确保既有线施工安全办法，快速列车安全运行办法和行车施工安全规定组织施工。
2、 施工前，在行车线上施工的防护员、安全检查员、施工封锁指挥员、慢行看守员等要害部位人员必须通过专业技术培训，并考试合格，持证上岗，并使其了解施工工序、施工要点及安全、质量方面需注意的事项。施工前1小时所有施工人员必须到岗并完成施工准备工作，工器具齐备。
3、 设置驻站联络员，与车站值班员密切配合，及时传达调度指令，在规定时间内完成施工任务，不扩大施工范围，及时消点。各专业工程施工人员每日坚持班前安全提示，班中安全员例行检查，班后总结安全联防工作的制度。
4、每次行车线上施工前要坚持向班组进行面对面的安全交底和准备工作检查。检查内容包括：劳力、机械、工具、通信器材以及施工防护人员。
5、行车线上施工，要时刻与站内联络员联系，时刻掌握列车运行情况，严禁抢干蛮干。动用各种既有设备施工时，必须在设备管理单位人员监督的情况下进行施工，确保既有设备安全。
6、每次行车线施工，项目经理和技术、安全管理人员必须到场，以便采取应急措施。
7、行车线上施工自始至终统一指挥，现场总指挥直接与站内联络员、两端防护员联系，传达列车运行情况和调度命令。
8、施工作业人员必须遵守纪律，听从指挥，统一行动，禁止在作业时说笑打闹，防止被脚下物拌倒或被下落物击伤。施工作业人员须戴安全帽，高空作业人员须系好安全带。所有施工人员听从防护指挥，施工人员均应建立呼应制度，指挥人员需用鸣笛及手旗进行指挥，及时下道避车。下道避车前，检查各种施工机械、机具都不得侵入行车限界，材料的堆码不得侵入行车限界。
9、所有的施工工具、机具、钢材都应设有绝缘装置，防止联电，在横穿工字钢时时刻注意防止联电，危及行车安全。
10、拨移钢轨统一指挥，协调一致，避免工具飞出伤人，禁止用手翻动钢轨，同时注意防止联电。
11、防护使用的通信设备妥善保管，前一日认真检查试用，保证使用时性能良好。
12、工作前所有人员严禁饮酒或食用含酒精类的饮品，应保证充足的睡眠。
（二）基坑开挖安全措施
1、进入施工现场必须遵守安全各项规章制度。
2、挖土中发现管道、电缆及其他埋设物应及时报告，不可擅自处理。
3、挖土时要注意土壁的稳定性，发现有裂纹及倾坍可能时，人员要立即离开并及时处理。
4、机械挖土，经空车试运转正常后，方可进行作业，进铲不得过深，提升不得过猛。
5、机械不得在输电线路下工作，在输电线路一侧工作，最近距离应符合安全操作规程要求。
6、机械停放和运行要在坚实的基础上，距离基坑边缘不得小于2米，运土汽车不得靠近基坑行驶
7、电缆两侧1米范围内必须采用人工挖掘。
8、配合挖土机的清坡、清底的工人，不准在机械回转半径内工作。
9、基坑四周必须设置1.2米高护栏围挡，设置足够的临时上下施工楼梯，严禁其他方式上下
10、开挖基坑时，必须有确实可行的排水措施，以免基坑积水，影响基坑土结构。
11、开挖的土方，要严格按照规范要求堆放，不得大量堆于基坑外侧，以免地面堆载超荷引起土体位移或支撑破坏。
12、挖土机械不得在施工中碰撞支撑，以免引起支撑破坏或拉损。
13、挖土司机必须持证上岗。施工人员必须正确佩戴安全帽，不准违章作业。
14、开挖基坑、基槽时根据土质情况和深度设置安全边坡和做好固壁支撑。
15、。每日或雨后必须检查土壁及支撑稳定情况，在确保安全的情况下工作，不得将土或其他物件堆在支撑上，不得在支撑下行走或站立。
16、坑应避免超挖，松动部分应清除。开挖不宜间断，达到设计高程经检验合格后，进行下一道工序。
（三）桥涵顶进施工安全措施
最重要的任务是保证顶进施工时线路稳定。每次顶进后通行列车前，要及时组织人力，加强设备维修、检查，确保规定的行车速度和设备的正常使用。施工地段两端设置固定测速仪，监测行车速度。
顶进施工必须坚持以下几项原则：
1、顶进挖掘土方必须坚持线路安全第一的原则。在列车通过时必须停止挖掘与顶进。
2、挖掘进度必须符合在线路加固结构安全允许范围的原则。每次挖掘不许超过顶进方向0.5米，路基放坡为1：0.5-1：1的范围。
3、即挖即顶的原则。按照规定挖掘范围每次挖掘土方后，必须立即组织顶进，并在通行列车前，使地道桥靠上路基挖掘作业面，尽量减少列车通过时对工字钢产生的荷载，保持线路路基稳定。
4、科学设置受力点的原则。
5、随时掌握进度标高变化及出土标高的原则。顶进部门提供每次顶进数据及地道桥位置形态。
6、协调指挥的原则。顶进单位服从线路加固单位指挥，双方各出一名领导和工程技术人员对顶进及加固工作进行协调，确保行车安全。
线路架空后，在线上进行线路调整施工时，注意防止施工人员从枕木空中滑入坑中。在桥涵净跨度范围内施工时，设好防护员，及时下道避车。
（四）机械设备安全措施
所有施工设备和机具由专职人员负责进行检查，进行必要的试验和维修保养，确保状况良好。各技术工种必须经过培训并经考核取得合格证，方可持证上岗操作，杜绝违章作业。
（五）施工防火安全措施
建立经理部防火责任制，明确职责。重点部位如仓库、木工间配置相应消防器材，一般部位如宿舍、食堂等处设常规消防器材。施工现场用电，严格执行有关规定，加强电源管理，防止发生电器火灾。焊、割作业点与氧气瓶、乙炔气瓶等危险物品的距离不得少于10m，与易燃易爆物品的距离不得少于30m。
（六）应急措施
1、组织20名线路工工在施工现场随时待命，遇有突发事故及时抢修。安排4名专职人员清理小型坠物。
2、行车设备遭到破坏时，现场负责人用最快的方法向上级主管部门报告，并会同工务部门共同抢修。
3、现场配备急救员，配备急救担架，以适用突发意外伤害事件。
4、发生人身伤害事故时，现场负责人用最快的方法向上级主管部门报告，并立即组织人力抢修设备及抢救受伤人员，并将受伤人员快速送往最近的医院抢救和治疗。派人保护现场，进行初步调查，掌握第一手资料，等待上级来人调查处理，并配合调查工作。因施工生产需要，无法保护现场时，做好记录，拍摄照片，确定地点、位置等工作，为下一步工作做好准备。
5、施工现场设置医务室，医务室设有保健药箱，并配备常用的药品。
十四、工程造价分析
此课题暂以汉口街立交桥实际发生成本分析（仅供参考）。
原设计文件中采用56C工字钢及512工字钢结合使用进行线路加固，考虑到公司现存没有56C工字钢，如果采购将发生大量费用，故使用450工字钢及512工字钢结合替代56C工字钢，并进行了检算。
线路加固人工、材料、机械使用费用表
名 称
工程项目
单位
金 额
合 计
人工费
穿横向工字钢
元
56000
72800
设置纵向工字钢
4200
安设扣轨梁
12600
材料租赁费
工字钢
元
158703
510465
钢轨
55831
连接件
64601
网扣脚手架
206362
其他周转料
24968
机使费
轨道车
元
49780
294635
铲车、挖掘机、卷扬机、电焊机等
244855
运 费
所有加固材料
元
50000
50000
总 计

927900
中继间顶进施工费用表
序号
工程项目
单位
金 额
备注
1
框构出土
元
89376

2
框构顶进
元
412840
顶程53.2米
3
机使费
元
120000

总计

622216

十五、取得的成果
通过对框构桥中继间顶进施工技术的研究，不仅在既有线框构桥顶进施工中积累了经验，同时也为以后同类工程施工起到了借鉴作用，并使锦州市汉口街立交桥工程的质量和安全得到了很好保证，受到了建设单位、监理单位的好评，为企业赢得了社会效益。
16