摘要:现阶段,在社会经济不断发展下,道路建设工作也得以快速发展,其建设工程数量不断增多,存在较多需要穿越铁路的大型道路,为使其施工顺利开展,往往会进行箱涵顶进施工。基于此,本文针对下穿铁路单节大型箱涵顶进施工技术进行研究,从前期工作入手,最后详细阐述该项施工技术的各关键环节,希望通过本次研究,为相关工作者提供参考价值。
关键词:下穿铁路;大型箱涵;顶进施工;单节 一、前言
箱涵顶进施工有两种形式,一种为单节顶进,另一种为多节顶进,而与多节顶进相比,单节顶进存在较多优点,首先,施工工期短,单节顶进是一次浇筑成型、养护以及顶进,相对施工简单[1]。其次,由于单节箱梁为整体预制,因此其具备良好的整体性,在顶进方向的控制上更为容易,不会出现错位问题,最后,造价低,往往与多节顶进施工相比,造价会节省30%。因此针对于单节大型箱涵顶进施工技术做出研究,具有较强的现实意义。 二、工程概况
本箱涵位处新建皖赣线为直上线,在里程DK356+468处下穿既有皖赣线,与线路相交为90°,用途为排洪,采用1-8×5.5m孔径预制钢筋砼框架桥,全长26.5m,沿线路方向桥长
9.5m,设计采用(D16m+D24m+D16m)型钢便梁防护既有线路的情况下采用平板顶进施工。 本桥施工区段位于营里站和峙滩站之间,对应既有线处为直线,对应既有线里程为
K356+472;对应既有线轨底标高.913m,新建线路轨底标高为66.257,比既有线高1.344m.涵洞顶板标高为.20m,顶板覆土厚度为1.19m。既有线在该段为下坡,坡度为-0.58%,二者中心线距离为10.3m。具体见下图
图1 施工区段图
三、下穿铁路单节大型箱涵顶进的前期工作
实际施工前,需要对建设位置地质信息做到详细了解,从实际出发,做出良好施工方案设计,对基坑与地基做出良好处理,以保证其具备良好的承载能力,在不影响土体平衡下,尽可能将施工难度将至最低。在基坑开挖前,用钢便梁置换顶进段铁路荷载,每一顶进位置两根即可,长度在24m。在其两端设置简易支墩,同时,为使梁与支墩承受铁路全部荷载,应将便梁间的铁轨枕木换为横梁,以此来确保施工过程的安全性。为保证锚固力的进一步增加,将锚梁置于滑板底部,并在其顶部位置铺设两毡三油,从而降低顶进环节出现的摩阻力。此外,在顶进施工实际开展前,还应对气管做出相应保护。 四、下穿铁路单节大型箱涵顶进施工技术 4.1接口处理
如图1所示,单节大型箱涵其接口方式较为简单,将钢制接头盒安置于箱涵内壁中间位置处,其长宽尺寸分别为250mm及100mm,接头盒两侧开口,便于连接螺栓通过,随后将
套管与相应的孔对齐,实际连接环节,只需将连接螺栓拧紧。这一接口处理方式用于地下水压高与软土工程过程中,不能仅用衬垫密封,需选择相应的止水结构进行处理,即,在箱体两端设置梯形槽,并将橡胶制成的止水板放置于梯形槽中间位置处,最后,用填充剂填满。
图2 接口处理示意图 4.2施工裂缝控制
对于施工裂缝主要存在两种,一种为不均匀变形产生的裂缝,另一种为混凝土裂缝,对于前者而言,由于单节大型箱涵自身特点,其具有一次预制、体积大以及长度长,在顶进到位后,极有可能因为横、纵向产生不均匀变形出现裂缝,通常这一情况可将诱导缝设置于相应位置对其进行控制,进而杜绝裂缝的出现。对于后者而言,因为单节大型箱涵会有较大的体积,混凝土裂缝问题是较为常见的问题,对于混凝土裂缝的问题,应选择以下方式进行处理,首先,在材料的选择上,应选择质量优质的砂石,要最大程度上减少原料中泥的含量;在水泥方面,应选择水热化程度低的水泥;粉煤灰质量要优良,用量适中,等级不应低于Ⅱ级;在水灰比方面,不应低于0.4;在减水剂以及膨胀剂方面,掺入量应适中,不易过高亦不易过低;在塌落度方面,不应超过150mm,所使用的各个材料,不可随意定量,均要通过实际试验,确定实际配合比[2]。其次,混凝土搅拌时间不宜过短,应尽可能延长,以保证具备良好均匀性;在进行箱涵浇筑时,需按照分层以及分块原则开展;实施浇筑前,需在模块上洒上适量的水,在振捣时,应划区进行,并选择专人、专区的形式实施振捣工作,不可出现少振、漏振的情况;混凝土浇筑时,应注意外界天气环境,不可在高温或严寒等不良天气环境下进行。再次,混凝土浇筑工作完成后的2~8小时这段时间内,根据实际标高,进行压实、刮平处理,为对混凝土表面裂缝做到良好控制,同时避免表面水分的大量散发,混凝土初凝前实施收光处理,以达到良好养护效果。最后,对混凝土进行保湿以及保温养护。具体做法是在收光处理后,在其表面上铺上2层塑料薄膜,以实现保湿效果,随即将3层草袋放置薄膜上方,实现保温的目的,在以上两个工作完成后,在最上方放置1层彩条布;在浇水保湿时,应将最下层的薄膜掀开,浇水后立即将其重新覆盖,通常在14天左右将所有保湿、保温材料撤掉,完成养护工作。 4.3顶进质量控制
实际施工环节,由于单节大型箱涵自身特点,会存在扎头情况,另外,由于单节大型箱涵长度较长,在顶进环节会花费较长的时间,实际顶进环节,其方向不容易控制,为保证顶进质量,需对其顶进方向进行控制,避免箱涵扎头问题出现,可从以下方面展开实际工作,首先,将导向墩放置在滑板两侧,从而防止空顶阶段出现方向偏差这一问题。其次,滑板做成前高后低,使其具备一定坡度,为箱涵提供一个向上的仰角;为防止箱涵扎头,亦可将船头坡置于箱涵底板下方滑板位置。再次,挖土环节,不能超挖,应严格控制挖土量,土方挖运与顶进需交替开展,观测人员需时时监控,通过顶进偏差情况开展实际挖土工作,在打基坑后,背拉森板桩进行围护;开挖工作坑,夯填碎石垫层,进行后背脊梁与滑板的浇筑;预制箱身,线路下进行便梁支墩施工;架设便梁,如图3所示,随后,进行后背墙分层填土夯实;回复线路。最后,全部顶进环节,需严格检测高程与轴线,在偏差出现时及时做出处理。在顶进施工中,顶力是较为关键的因素,数值大小会对千斤顶布置及后背墙设计产生较大影响,顶力计算公式如下:
在公式中,P代表最大顶力,单位是KN,代表桥涵顶部的荷载,单位是KN,代表桥涵顶面和顶上荷载间的摩擦系数,代表桥涵自身重量,单位是KN,表示桥涵底板和基底土的摩擦系数,可采取0.7~0.8。代表侧面摩擦系数,可采取0.7~0.8,K表示安全系数,采用1.2。
E表示桥涵两侧土的压力,单位是KN,代表填土重量,单位是KN/m³,H代表悬空高度,单位是m,表示静止土压力系数,通常根据实验确定,也可按照参考值选取,若为粘性土为0.5~0.7,砂土为0.35~0.45。
因此,顶力为:P=1.2X [0+(0+36505)X0.8+2X0.5X23X10.9X10.9X0.7X0.8]=30734.27KN
图3 便梁架设图 4.4滑板施工设计
滑板是工作坑底板,作为顶进工作中的滑道存在,简单来讲,是一种混凝土结构物,亦是施工、顶进作业中不可缺少的临时设施,具备润滑及承载功能,具体由两部分组成,分别是润滑隔离层及混凝土底板。滑动摩擦力计算公式为:f=,为滑动摩擦系数,N则表示正压力,也就是框构主体的总质量,从公式中可以看出,滑板施工中,重点是保证滑动摩擦力足够小,进而实现节约成本、降低风险、保证质量的目的,因为N为固定值,因此,需要对滑动摩擦系数尽可能的降低。具体的施工工艺包括以下几个方面,第一,以施工现场地形以及场地实际情况为基础,与设计图纸相结合,确定实际挖深,适当多挖深12~15cm。第二,实际开挖过程中,采取挖掘机为主,人工配合的形式。第三,在滑板修筑前,在下部地基位置处夯填碎石,实际厚度10cm即可,滑板下部,每隔2m设置一处地锚梁,同滑板共同进行浇筑。第四,进行润滑隔离层施工。在滑板施工中,还应注意以下事项,首先,滑板应有适当的刚度及强度,本文滑板设计厚度为20cm,同时,配纵向12mm螺纹钢筋,为防止地基软化,在滑板的四周及两侧设置排水沟,实现24h不间断的排水。其次,滑板底部位置要与土层有一定的摩擦力,从而避免箱体起动时带动滑板。再次,要保证必要的平整度。最后,做好润滑隔离层。 4.5涵顶土方回填
顶进工作完成,应回填涵洞两侧。用小型夯机进行夯实,回填料一层20cm夯实一次,为使填筑高度在要求范围内,用红油漆在箱体外侧标出层高,相邻层间高度在20cm即可。填筑的每一层,都需经监理检验,待检验合格再进行下层填筑。若线路投影正下方与便梁较为接近,则不可进行该地段的压实,应将砂及碎石填筑其中,直至到达设计标高,恢复线路并拆除便梁施工。进行实际回填工作时,应在填土前支挡回填土,可通过打设木桩或钢板桩的形式,以保证实际填筑质量,也会防止梯形节施工环节,土坡塌落情况的发生,木桩及钢板桩其长度在6m即可,具体位置密布在整个回填范围内即可,同时,桩外侧应同涵端保持齐平。
4.6施工监测
在单节大型箱涵顶进施工环节,会有较大的顶进阻力,相应亦会存在较大的土压力,比较容易致使铁路线路发生变形。因此,实际顶进环节,应做好施工监测工作,对箱涵高程以及偏位做出良好监测,还应监测便梁支墩变形量与铁路线路变形量。其中在箱涵高程以及偏位监测上,监测仪器可选用全站仪,在便梁支墩以及铁路线路变形情况监测上,监测仪器可选用水准仪,在土压力监测上,可选择土压力盒。在实际施工环节,若发现铁路线路存在较为明显的不规则变形,不能继续进行施工,应选择有效方案对这一问题做出处理,如果铁路线路已存在塌陷等不良情况,为保证铁路行车安全,需拦停列车,在对其进行有效处理后,再开展后续施工[3]。对于单节大型箱涵顶进施工而言,监测工作尤为重要,应将其实施到整个顶进过程中,每次顶进都要做出详细监测,对监测所得数据实施详细分析,对箱涵顶进与周边工程环境做到详细掌握,最大程度上避免工程质量与安全问题的出现。 五、结束语
综上所述,进行大型箱涵顶进施工时,若出现塌方等不良情况,影响列车行车安全的同时,亦会造成较大的经济损失,而单节大型箱涵存在体积大、一次浇筑成型、顶进进程长等特点,在实际开展顶进施工时,应掌握施工技术要点,对各重点环节做出良好控制,包括:接口处理、裂缝控制、顶进质量控制、涵顶土方回填以及施工监测等工作,此外,制定出相应的应急措施,以防止意外情况的出现,通过全方位控制,确保顶级施工顺利进行与实际施工质量。 参考文献:
[1]李阳.浅析下穿铁路单节大型箱涵顶进施工技术[J].工程建设与设计,2017(17). [2]冀海河.大断面矩形结构下穿铁路顶涵施工技术[J].河北水利,2017(12):44-44. [3]王传磊,WangChuanlei.下穿铁路既有线箱涵顶进施工关键技术[J].山西建筑,2015,41(9):173-175.
作者简介:邓威,中铁二十五局集团第一工程有限公司。
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