浅析框架桥顶进精准控制

浅析框架桥顶进精准控制

摘要：随着我国铁路建设的快速发展，市政基础设施突飞猛进，市政道路下穿或上跨既有铁路施工开始广泛进行。下穿式框架桥已逐渐取代平交式铁路道口，下穿式框架桥建设重点是对安全与质量进行控制。 关键词：框架桥；顶进施工；斜交 引言

随着我国交通行业的快速发展，在我国目前的铁路框架桥下穿铁路顶进施工中，受征地拆迁、既有公路等影响，框架桥顶进设计中线与铁路夹角越来越小，顶进框架桥中线与铁路轴线的夹角小于80°，即为顶进斜交施工。斜交顶进施工方向不易控制，综合顶力的影响因素复杂，顶进质量的控制难度也越大。若顶进过程中控制不佳，会直接影响顶进质量，或导致框架桥两侧的线路轴线产生位移，严重时强制改变道路后期的轴线走向。为此，需要优化顶进施工监测及控制方法，确保框架桥安全、顺利顶进到位。优化顶进施工监测及控制方法，有助于提升整个铁路框架桥下穿铁路施工的质量，也能够确保整个铁路的安全运营，有着积极的意义。

1、工程概况

北辰双青新家园（一期）腾泰道下穿铁路地道工程，位于天津市北辰区韩家墅，既有北辰西道与南曹铁路相交处以北1.4km。采用顶进框架桥下穿既有南曹铁路及规划南曹铁路复线，交叉里程为南曹铁路K9+352.1。本工程为斜交顶进施工，施工方向不易控制。

2、框架桥顶进施工监测方法 2.1、监测方法分析

通常在顶进过程中，挖土人员需根据测量人员在每次顶镐后反馈回来的测量数据，决定框架桥前方挖土位置及挖土量，用以调整框架桥姿态。但是该种方法一方面以数字体现，不够直观。且顶进后需要较长时间用来测量，影响顶进进度。 结合以往工程施工经验，研发出一种二维偏移观测尺，分别在框架桥内前、后悬臂板底部及中墙顶部安装，保证顶进过程中对框架桥姿态掌握的直观性，减少了监测人员对框架桥姿态监测时间，且减少挖土人对测量人员的依赖，避免监测数据错误造成顶进高程失控。 2.2、监测方法原理

组件由三个观测尺组成，每个三个观测尺由内装有荧光液且带有气泡的密封透明塑料管制成，并且透明塑料管的外表面设有刻度；其中两个观测尺沿框架桥横向分别安装在框架桥前、后悬底部，另一个观测尺沿框架桥纵向安装在中墙外侧顶部。

该尺通过观测内部气泡移动位置，确定当前框架桥四角姿态，使挖土人员能够在单镐顶进完成后及时掌握数据，指导下一步挖土施工。 2.3、监测方法使用

顶进过程中，地基承载力不同，框架桥四角标高会出现变化，此时根据观测尺内气泡移动的刻度，来掌握当前四个角的姿态。

当框架桥出现抬头时中墙观测尺内气泡向“正数”方向移动，当框架桥扎头时，中墙气泡向“负数”方向移动。

框架桥四角某一位置偏高时，观测尺内气泡向其方向移动。通过对偏移观测尺内气泡移动尺寸观测可以使其做到在顶进过程中进行前方挖土来调整姿态。

使用最初先与测量结果相结合，确认判断吻合后再用此法指导施工。

此法实施后，测量组可以先进行框架桥方向测量，测量完毕后及时进行测量结果通报，节约时间，挖土控制人可在每镐顶进后根据观测尺数据立即开展挖土工作，不用再等待框架桥姿态测量数据的反馈，方向测量完毕后再进行四个角的姿态，确保姿态数据准确性。 3、斜交顶进纠偏装置与方法 3.1、顶进纠偏分析

顶进斜交施工方向不易控制，角度越小，综合顶力的影响因素越复杂，顶进质量的控制难度也越大。通常做法为在顶进过程中采用后三角处两侧不均匀开镐、两刃角处不均匀挖土等措施对中线方向进行调整。

结合以往工程实例，深入分析框架桥顶进过程中的受力情况，通过计算优化顶进施工方案，并采取了防护桩布局调整、增加限位器和主动纠偏等一系列技术措施，增加了新的事前控制措施，进一步提高了极限角度斜交框架桥顶进控制的精度。

3.2防护桩布局调整及限位顶镐安装

在施工防护桩钻孔桩时可将桩位进行调整，调整量按照半根桩直径考虑，使桩群形式类似锯齿状（如图），防护桩冠梁按照调整后桩位进行浇筑。顶进设备安装时，在防护桩冠梁凹槽内安装顶镐，待框架桥顶进至该处后，根据中线偏转情况，开启该处顶镐，在框架桥上施加反向偏转力矩，对框架桥进行纠偏处理。 3.3、安装限位器

优化了设计方案，利用设计防护桩冠梁与框架桥顶板之间安装钢支撑，限制框架桥发生偏转，起到限位作用，称为限位器。限位器采用顶柱，尺寸为0.4 m×0.4m（顶铁），可承受5000KN顶力。同时经设计检算，防护桩体系也满足承受反向作用力，同时框架桥顶板也允许受力。

在框架桥钝角处一侧的防护桩顶部冠梁焊接底托，托住顶柱，在偏转侧的框架桥侧面与该侧冠梁之间相隔距离设置多组顶柱与滑轮小车，顶柱预留滑轮小车凹槽。其中顶柱一端接触在冠梁的内侧面上，缝隙部分通过厚度不等钢板进行填充，另一端通过滑轮小车与框架桥连接，从而减小摩擦力，框架桥与滑轮小车接触面提前悬挂钢板，从而防止框架桥防水卷材出现损坏。同时将原防护桩及冠梁距离框架桥边墙净距1.5m，缩小至0.5m，缩短了顶柱的长度，增大了自身的刚度。上述的多组限位器在同一水平面内连接成一排。 4、顶进纠偏

4.1、调整开镐数量纠偏

顶进过程中采用后三角处两侧不均匀开镐、两刃角处不均匀挖土等措施对中线方向进行调整。顶进过程中通过制定测量及线上人员的沟通联系频率，通过控制每孔内刃角挖土量控制土体对框架桥的阻力。由于交角的存在，框架桥入土后，方向控制利用左右不均匀开镐，通过调整左右开镐数量和侧刃角不对称吃土的办法来加以控制，才能平衡南北两侧的力。当单靠调整顶镐顶力效果不明显时，可以使两刃角左右不对称吃土，即当框架桥体左偏时，左侧少吃土，右侧多吃土，使左侧顶进速度快于右侧；当框架桥体右偏时，右侧少吃土，左侧多吃土，使右侧顶进速度快于左侧，从而控制顶进方向。 4.2、调整限位器纠偏

随着顶程增长而增加或调整限位器位置，直至框架桥顶进到位。另外，限位装置在应用中可先利用防护桩的位置优势和框架桥的顶程及精度控制技术提前筹

划，如迎顶面的防护桩可向框架桥预期位置尽量靠近，减少限位器工作空间，既便于提高限位的效果，又能从框架桥底部提前准备导向作用墩，预防极限角度斜交框架桥的突然偏转。

一般情况下，设计给定的路基防护桩位置与框架桥预期位置相隔1m左右，这是为了便于框架桥在顶进过程中顺利入位而考虑如此设置，但对于迎顶面防护桩，之前框架桥基本上是空顶，在滑板上顶进的过程中有导向墩可精确控制顶进，因此在实践中可在迎顶面把容易发生偏转侧的防护桩与预期框架桥位置控制在0.2m左右，甚至可以更小。一旦框架桥从防护桩侧紧贴顶过，就为后期顶进控制偏转提供了可靠保证，再结合限位器的应用，可为极限角度斜交框架桥顶进精度控制创造非常便利的条件。 4.3、限位顶镐主动纠偏

在框架桥全部进入到路基内之前，当框架桥整体中线偏离设计中线较大（≥20cm）且其它措施无法控制时，开启位于偏转侧的冠梁上镐窝内的千斤顶，使千斤顶的前端镐头抵在该侧框架桥的外侧面上，开镐的数量根据偏移大小而定，以对框架桥施加反向偏转力矩，从而对框架桥进行纠偏，偏移量不宜过大。 结语

在实际进行铁路框架桥下穿铁路施工中，框架桥顶进为施工重点，优化顶进施工监测及纠偏方法，进行框架桥下穿铁路顶进施工，不仅可以保证施工安全，还可以通过对顶进精确控制，降低顶进过程中发生安全质量事故的危害，提升框架桥下穿铁路顶进精确度，使铁路框架桥下穿铁路工程顶进安全准确就位，发挥积极的研究应用价值。因此，可以在实践中推广应用该铁路顶进施工监测及纠偏方法，确保框架桥顶进精准控制。