劉海浪

超長(zhǎng)頂進(jìn)橋涵阻力系數(shù)降低的技術(shù)研究

劉海浪

Chao chang ding jin qiao han zu li xi shu jiang di de ji shu yan jiu

在實(shí)施穿越城市道路與既有鐵路下穿橋梁施工中，預(yù)制超長(zhǎng)橋涵的頂進(jìn)是項(xiàng)目的關(guān)鍵難點(diǎn)，如何設(shè)法降低超長(zhǎng)橋涵的頂進(jìn)阻力系數(shù)是工程技術(shù)人員較為關(guān)心的課題，本文以2014年10月份實(shí)施的銅陵市北京西路下穿銅陵火車站工程為例。

一、工程概況

北京西路下穿銅陵火車站立交工程是連接老城區(qū)與市政府的主要干線。該工程位于蕪銅線終點(diǎn)銅陵西站，北京西路與銅官大道T型交叉?zhèn)?，道路總長(zhǎng)808m。立交橋自南向北依次下穿銅官大道、站前廣場(chǎng)、銅陵西站1、Ⅱ、3～11、13～17、19道共17股道。設(shè)計(jì)為兩孔寬度15m，高度7.4m的框架橋。

穿越鐵路站場(chǎng)部分采用南北對(duì)頂法施工，北側(cè)頂進(jìn)框架長(zhǎng)度29.5m，重量2752t，頂程45m；南側(cè)頂進(jìn)框架長(zhǎng)度64.4m，重量5748t，頂程85m；中間濕接縫4.1m。

二、現(xiàn)狀調(diào)查

北側(cè)頂進(jìn)框架已經(jīng)頂進(jìn)就位，方向及高程偏差已確定，啟動(dòng)及過(guò)程中頂進(jìn)框架頂力已統(tǒng)計(jì)，經(jīng)過(guò)調(diào)查，直接影響64.4m頂進(jìn)框架阻力系數(shù)及安全的風(fēng)險(xiǎn)因素為（以蕪湖測(cè)為例）：

1.北側(cè)頂進(jìn)框架啟動(dòng)靜摩阻力調(diào)查：經(jīng)統(tǒng)計(jì)，北側(cè)蕪湖側(cè)頂進(jìn)框架滑板平整度合格率75%（表1），啟動(dòng)頂力1920t，阻力系數(shù)0.70， 北側(cè)銅陵側(cè)頂進(jìn)框架滑板平整度合格率82%，啟動(dòng)頂力1840t，阻力系數(shù)0.67。

2.北側(cè)頂進(jìn)框架頂進(jìn)過(guò)程中的滑動(dòng)阻力調(diào)查：北側(cè)蕪湖側(cè)頂進(jìn)框架啟動(dòng)后，滑動(dòng)阻力系數(shù)由0.18逐步增加，頂進(jìn)過(guò)程中線路水溝有水流入頂進(jìn)框架范圍，在頂進(jìn)最后一天遇到下雨，阻力系數(shù)持續(xù)加大，在頂程為48m（即最后1m就位時(shí)），10個(gè)油頂（2500t）無(wú)法頂動(dòng)，最后，通過(guò)增加一套油頂設(shè)備（耽誤2天），加大頂力到4160t，阻力系數(shù)達(dá)到1.51后，框架開(kāi)始移動(dòng)，最后帶土頂進(jìn)就位時(shí)頂力達(dá)到4338t；阻力系數(shù)1.58。（圖1）

圖1 北蕪湖側(cè)框架頂力曲線圖

北側(cè)銅陵側(cè)頂進(jìn)框架啟動(dòng)后，滑動(dòng)阻力系數(shù)比較平穩(wěn)，保持在0.36左右，在頂程30m時(shí)，因出土等待時(shí)間較長(zhǎng)后，再次啟動(dòng)時(shí)頂力達(dá)到2500t，阻力系數(shù)為0.91，再頂進(jìn)一段距離后，頂力下降至前階段頂力，最后1m就位時(shí)，因全斷面帶土頂進(jìn)，頂力達(dá)到3328t，阻力系數(shù)為1.19。

3.地質(zhì)情況調(diào)查：通過(guò)基坑開(kāi)挖過(guò)程發(fā)現(xiàn)，北側(cè)頂進(jìn)框架兩側(cè)主要為黏土層，粘聚力較大，底板主要位于卵石土層，承載力較大，南側(cè)基坑開(kāi)挖情況與北側(cè)基本一致。

4.因?qū)ν翆幼苑€(wěn)能力不了解，為保證支墩穩(wěn)定，確保鐵路線路安全，北側(cè)框架頂進(jìn)時(shí)候兩側(cè)帶土頂進(jìn)，其他措施未實(shí)施。

三、影響橋涵頂進(jìn)的因素分析

1.滑板平整度對(duì)阻力有影響。

2.頂進(jìn)快慢，前端挖土情況及雨水對(duì)阻力有影響。

3.地質(zhì)情況基本一致，阻力系數(shù)基本相同。

4.兩側(cè)土壓力對(duì)阻力有影響。

四、降低橋涵頂進(jìn)阻力系數(shù)的技術(shù)措施

1.頂進(jìn)框架底板及兩側(cè)預(yù)留壓漿孔。底板壓漿孔有兩個(gè)作用：一個(gè)作用是在啟動(dòng)時(shí)候，底板壓水，能排除底板與滑板之間空氣，防止底板與滑板形成真空，有效降低啟動(dòng)摩阻力系數(shù)。第二個(gè)作用是作為壓漿孔，在框架1/2進(jìn)入土體后，對(duì)框架底板進(jìn)行壓漿，使框架底板和土體之間有一層潤(rùn)滑劑，有效減少底板的摩阻力系數(shù)（側(cè)墻壓漿孔作為備用，如頂力過(guò)大時(shí)使用）。壓漿材料采用膨潤(rùn)土+火堿進(jìn)行配置。（圖2、圖3）

在正常頂進(jìn)中，頂力較小時(shí)不需壓漿，僅在頂力變大后，特別是框架大部分進(jìn)入土體后，根據(jù)頂力大小調(diào)整壓漿量。經(jīng)過(guò)壓漿后的框架阻力系數(shù)明顯降低，最大變化在蕪湖側(cè)頂程為64m位置，頂力從2542t下降到1792t，下降了750t。蕪湖側(cè)64.4m頂進(jìn)框架在過(guò)程中阻力系數(shù)保持在0.17～0.35，銅陵側(cè)64.4m頂進(jìn)框架在過(guò)程中阻力系數(shù)保持在0.25～0.45。

圖2 框架壓漿孔

圖3 底板壓漿施工

2.頂進(jìn)設(shè)備“倒放”布置。由于框架頂程長(zhǎng)達(dá)85m，所需的頂管及橫隔梁多，采用頂進(jìn)設(shè)備“倒放”布置，將油頂設(shè)置在框架后端，與框架一起推進(jìn)，頂管在后端不移動(dòng)。這樣布置可以有效減少橫隔梁與滑板之間因不平整產(chǎn)生的摩阻力，另外，頂管及頂鐵不需移動(dòng)，能減少油頂?shù)捻斄p失。（圖4）

圖4 頂進(jìn)設(shè)備布置

圖5 刃角鋼板

3.頂進(jìn)前端設(shè)置鋼筋砼刃角，鋼筋砼刃角邊上設(shè)置3～5cm鋼板。鋼板能夠把框架兩側(cè)多刮除3～5cm的土體，使土體與框架之間產(chǎn)生一個(gè)縫隙，能有效減少兩側(cè)的土體摩阻力，從而達(dá)到減少頂力阻力的效果。（圖5）

4.嚴(yán)格控制滑板平整度，做好潤(rùn)滑層?；宓钠秸戎苯記Q定了底板的阻力系數(shù)。南側(cè)頂進(jìn)框架滑板平整度合格率較北側(cè)好，潤(rùn)滑層按“兩油三氈”設(shè)置，最終南側(cè)64.4m頂進(jìn)框架啟動(dòng)頂力均不超過(guò)框架自重的70%。（表2）

表2 南側(cè)蕪湖側(cè)滑板平整度偏差表

五、技術(shù)措施實(shí)施效果

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境，綜合考慮各種因素，本次通過(guò)控制頂進(jìn)前方挖土，采用行之有效的措施，減少水對(duì)土體影響等方法，有效降低了超長(zhǎng)超重框架頂進(jìn)阻力系數(shù)的施工難題，啟動(dòng)阻力系數(shù)控制在0.7以內(nèi)，過(guò)程中滑動(dòng)阻力系數(shù)控制在0.3～0.5之間（圖6），比同類工程頂進(jìn)框架阻力系數(shù)大大降低，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。并且，由于減少了頂力，方向及水平得到了更好的控制，對(duì)頂精度控制在3cm以內(nèi)，比規(guī)范容許誤差大大降低（表3）。

圖6 南側(cè)蕪湖側(cè)框架頂力變化及阻力系數(shù)圖

表3 框架頂進(jìn)誤差表

六、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采用的技術(shù)措施，有效減少了頂進(jìn)框架的阻力系數(shù)，從而更好地控制頂進(jìn)框架的方向及高程偏差，做到了無(wú)縫對(duì)接，完全達(dá)到了制定的預(yù)期目標(biāo)，在以后施工類似超長(zhǎng)橋涵頂進(jìn)項(xiàng)目時(shí)值得推廣使用。

（作者單位：中鐵二十四局集團(tuán)路橋公司）