涵洞顶进综合项目施工关键技术.docx

教 师 授 课 教 案
/第2学期课程：桥梁施工技术
单元标题
涵洞顶进施工技术
讲课时间
4月24日1、2节
4月24日3、4节
4月24日5、6节
月日节
讲课班级
道桥1531、1532
道桥1533、1535
道桥1534

教学目标
知识目标
能力目标
素质目标
1、掌握涵洞顶进施工工艺和质量控制关键点。

1、 能对涵洞顶进施工进行质量、安全等控制。
2、 能查阅施工手册进行涵洞顶进施工和验收工作。
1、 善于观察，主动学习新技术、新工艺；
2、 对施工中出现问题能立即发觉并给予处理；
3、 良好沟通协调及团体协作能力。

教学过程：（关键教学步骤、时间分配）
1．复习 5min
2．顶进法概述 20min
3. 顶进施工设施 15min
4. 箱涵顶进施工 30min
5．恢复线路 15min
6．小结及作业 5min

关键难点：箱涵顶进施工
教学方法、手段：启发式讲授、结合工程实例讲授

课后作业：补充

教学后记：

老师署名： 审核：
备注
复习：涵洞类型、结构及施工技术

引入：顶进法是地下建筑物施工一个基础方法，在不中止地面交通前提下，将预制好涵管或箱体，采取机械力量顶入地层中。此法适适用于穿越公路、铁路、河流、建筑物、街道多种桥涵、地道、地下管道等。此次课着重介绍一下箱涵顶进施工方法。

正课：
一、 概述
1. 顶进法分类
按施工工艺不一样，顶进法可分为一次顶入法、对顶法、对拉法、顶拉法、盾构法、格栅顶进法等。在顶进施工中应优先考虑整体顶进，限于各方面原因不能整体顶进时，考虑分节、分体顶进。采取整体顶进时，其长度宜小于30 m，当大于30 m时，宜在纵向分节，采取中继间分段顶人法。涵洞施工放样
2. 顶进法方案比选
在顶进施工中，顶进方法有多个，施工中应依据现场调查，结合所需顶进结构形式、尺寸、施工技术水平、工期、机具设备能力等综合研究，经过技术能力和经济投资综合比选后采取适宜施工方法。
1）在选定施工方法之前，应对以下几方面作充足调查：
（1）地形、地貌及工程地质、水文情况；
（2）是否有需要拆迁建筑物；
（3）铁路路基及工作坑中是否埋置有管路、电缆、光缆及其它障碍物，明确其位置、结构和使用情况；
（4）施工场地交通运输及供水、供电等情况；
（5）现有平交道交通运输情况及铁路运行情况；
（6）周围地面及铁路排水情况。
二、 顶进施工设施
（一）工作坑
工作坑是地道桥顶进施工临时结构，应在确保铁路行车安全和顶进施工质量前提下，努力争取降低加固支撑材料，降低成本消耗。
1．工作坑降排水
施工降排水工作应在工作坑开挖前进行。工作坑表层土质为黏性土，四面渗水量小且含有自流排水条件时，可挖排水沟，以自流方法排除地表水和雨水。若利用排水沟排除地下水，如土质较差时，沟槽应进行加固。
当工作坑较深，自流方法有困难时，则采取排水沟和集水并相结合方法，将地下水及坑内雨水经排水沟聚集到集水井内，用水泵抽走。
2．工作坑设置标准
备注
①工作坑应依据线路情况、现场地形地貌及施工需.要，在确保排水和安全前提下，选择
施工场地宽大、供料和出土方便一侧，并优先考虑地道桥下坡顶进为宜。
②靠铁路一侧工作坑边坡坡顶和最外侧铁路中心线距离不得小于3.5m，边坡
坡度应小于1：1，其它边坡坡度宜为1：0.5~1:1.25。对不稳定土层或雨季施工工作坑边坡应进行抗滑稳定性验算，边坡不稳定时应先加固，后开挖。当坑边建筑物基底压力线进入工作坑内，或工作坑边坡不能按要求开挖时，应采取加固方法。
③工作坑尺寸应依据地道桥长度、宽度、后背尺寸和作业空间来确定，并应在底板和后背间留出2~3m部署顶进设备位置;桥体两侧可视结构高度、模板支设方法、混凝土浇筑方案、排水情况等预留2m左右工作宽度；箱体前端应预留出安置刃脚和箱体空顶位置，还应绘制工作坑平面图及剖面图。
④工作坑基底承载量应满足预制箱身及顶进施工要求，如土质松软时应对基底进行加固处理。
⑤工作坑运土坡道应避开后背土体顶进受力范围，如条件限制不能避开时，坡道边坡应进行支护加固。
⑥工作坑不仅要确保顶进施工工艺要求，还应结合引道工程施工工艺要求一起考虑，这么才能更有效地确保铁路行车安全。地道桥工程中很多险情发生往往在地道桥顶进就位以后，就是因为没有很好地考虑引道工程施工工艺要求而引发。
（二）滑板
滑板是顶进工艺极为关键设施，关键作为预制箱涵时施工垫层及顶进起动时和基底土隔离层，使箱涵结构物在浇筑混凝土过程中不致产生不均匀沉降，并预防箱涵结构和其底面以下土粘结影响起动顶进。
1．滑板技术要求
（1）滑板应满足预制箱体所需强度和刚度，和顶进时稳定性要求。可依据地基承载能力、箱体重量和顶进方法选择钢筋混凝土滑板、混凝土滑板、砌筑片石滑板和灰土滑板等。依据土质情况，滑板底部可设碎石和灰土垫层。
（2）滑板中心线要和箱体顶进中心线一致，并有较高平整度，表面用1:3水泥浆压实抹光，以减小顶进阻力。
（3）软土地基为提升滑板抗滑能力，以确保箱体顶进时不会被带走，应直接在其坑内挖槽浇筑混凝土锚梁。
（4）为预防箱体顶进“扎头”和偏移，通常在浇筑滑板时设有1‰-5‰前高后低仰坡。
（5）滑板前端轴线方向钢筋应有端头，板前预留出最少30 cm以上预留筋，方便在接长滑道板时连接接长滑板纵向筋。
2．滑板结构形式
（1）滑板和后背梁连成整体 这种形式滑板承受拉力沿顶进方向逐步降低，最大可能断裂位置通常在滑板和后背梁连接处。为确保滑板和后背梁整体性，通常应配置钢筋，设计成钢
备注
筋混凝土结构，从而使滑板和后背梁共同承受顶力。
（2）滑板和后背梁分离
这种结构形式滑板在靠近后背梁一端受力最小，沿顶进方向至箱涵尾部滑板承受拉力逐步增大。在箱涵尾部到滑板前端这一段范围内，因受润滑、隔离、顶进中高程等施工质量影响，致使滑板顶面、底面摩擦力分布改变较大，给滑板计算带来了很多困难。
3．润滑隔离层
为了能使预制好箱涵在滑板上顺利地起动顶进，要求箱涵不和滑板粘连。为此，应在滑板上设置润滑隔离层，从而降低顶进阻力，降低顶进时可能出现结构损伤、偏移等事故。
润滑隔离层是由润滑层和隔离层两部分组成。现在施工中常见润滑剂有机油、石蜡、滑石粉、黄油等，其中以石蜡效果很好；隔离层有塑料薄膜、油毡纸.、油毡布和水泥砂浆抹面等，其中以塑料薄膜应用较为普遍。
（三）后背
后背是顶进施工中关键设施，它承受顶进时水平顶力，要求有足够稳定性和刚度，当最大顶力发生时后背不能产生过大弹性变形和移动，更不能顶垮，不然就会把桥顶偏，甚至不能继续顶进。但它又是一个临时结构，所占造价比重较大，若过分安全也是浪费，所以还要努力争取节省。
后背在工作坑后部，是顶进施工时千斤顶承力面，承受顶进时水平反力。后背和滑板是临时构筑物，但对顶进施工十分关键，应依据顶力大小、地形地貌、土质、机具设备及运输等条件来选定。但必需安全可靠，以确保顶进施工顺利进行。
1．后背类型
①重力式后背
重力式后背通常由浆砌片石或钢筋混凝土做成，图所表示。浆砌片石后背通常全部在挖好工作坑后接着修筑。墙背后若为填士，应分层扎实压密，确保填土内摩擦角大于30。顶进完成后，片石拆作她用。此种后背施工简便易行，造价较低，常见于后背单位长度顶力不超出800 kN/m小型桥涵，尤其在复线改造工程中工点多而分散、设备少情况更为适用。有时因为片石起源缺乏，也有用少筋混凝土修成厚0.8～1.0m、高2.5～3.0m后背。
2.板桩式后背
板桩式后背由多种类型型钢、后背梁和后背填土组成，图所表示。板桩可采取钢轨、工字钢、槽钢和钢板等。在大型工程中，大多采取此种后背。打入钢板桩后桩顶应设拉锚，然后开挖工作坑，亦可在工作坑形成后埋桩。板桩式后背需占用较多钢材，还需打桩设备，通常情况下造价较高。
3.钢筋混凝土拼装式后背
钢筋混凝土拼装式后背关键由多种钢筋混凝土预制件组成。其优点是能够提供比重力式后背更大顶力，组装简单易行，能够反复使用，常见于工点相对集中、需要较大顶力，有起吊、运输条件施工现场。
备注
顶进桥涵小，所需顶力小，所处地质条件好顶进施工中，也可借助现场条件，采取天然后背。
三、 箱涵顶进施工
箱形桥顶进施工程序为：试顶一调整—挖土顶进—顶进就位—拆除顶进及加固设备一恢复线路。顶进作业一旦开始应连续施工，各工序间应亲密协调配合，并采取施工及铁路营运安全方法。
（一）准备工作
1．线路加固检验
顶进工作顺利进行，首要条件是确保铁路行车安全，所以在开顶前必需对线路加固质量进行检验。如加固是否符合设计图纸要求，加固部件有没有侵入限界情况，加固扣件是否有松动脱落，工字钢和现有线钢轨接触处绝缘是否良好等等，全部必需引发施工人员足够重视。
2．顶进设备检验
顶进设备关键是高压油泵、千斤顶和顶铁。安装前应加以整修并做压力试验。油压管路安装完成后，要进行试运转，检验压力能否达成要求标准，油管是否漏油，顶铁长短规格、数量配置是否符合施工要求。
3．箱涵外表润滑处理
对桥体结构和后背应进行全方面检验，验收桥体和顶面保护层混凝土强度应达成设计要求。箱涵外表涂以石蜡及机油(4:1)熬制而成润滑剂。熬制温度夏季为120℃一150℃,冬季为150℃一180℃，趁热涂刷，使其渗透混凝土孔隙内以确保不易擦掉或剥落以降低摩阻力和加强混凝上防水性能。
4．降低地下水位
地下水处理不妥肯定给施工增加很多困难。尤其在顶进中，因基底土壤被水浸泡变软而造成箱涵下沉或严重坍方，甚至影响铁路安全和工程质量。所以，当箱涵底板处于地下水位以下时，必需采取降水方法。在箱涵顶进中，按要求地下水位应降至箱涵底面以下0. 5~1.0m，严禁带水作业。
5．故障处理方法及材料准备
“扎头”是桥涵顶进中较普遍出现问题，在软上地基尤为严重，所以要求预先确定处理方法。通常能够选择有:换填土壤.、打短木桩加固土壤、铺设预制钢筋混凝土板或废钢筋混凝土轨枕等，依据选择方法准备好所需要材料。
6．安装观察仪器
为检验箱涵是否在顶进中按预定位置走行，千斤顶每顶进一个行程应用仪器测量箱涵中线位置和水平高差，方便立即采取调整方法。
备注
7．开启试顶
箱涵开启是使其和滑板分离，也是对顶进设备及后背一次检验。桥体开始开启，即开始不切土空顶，空顶时顶力通常较小，在没有使用减阻方法情况下约为箱涵自重20％~40％。开启时，油泵应逐步加压，每次升压后还要稳定10min，并对设备及滑板、后背梁等发生裂缝情况，进行检验。
在加压过程中，如发觉油压忽然下降，则表明箱涵已和滑板脱离。倘若在起动顶力作用下，发觉后背变形和设计顶力出人较大，则应立即采取加强方法，以避免在顶进中后背破坏，造成施工上困难。
箱涵起动后，开始为不切土空顶，但此时需要注意控制好箱涵顶进方向，切不可麻痹大意，以免产生较大偏差造成纠正困难。顶进桥涵施工在做好各项准备工作后，应以最短时间顶完，组织快速施工，为此要求做到:
（1）合理安排施工工期，要尽可能避开雨季和冬季。因为雨季增加顶进困难，而冬季不仅要增加防寒保温费用，而且工程质量也不易确保。
（2）做好施工组织计划。依据实地调查情况，研究施工方案，部署施工场地，编制出具体施工组织计划。
（3）挖、运土工序和顶进亲密配合，方法适当，组织合理。
（4）加强组织指挥，立即处理设备、技术问题。
（二）顶进施工作业
开镐顶进是现场顶进工作中心步骤，每次开镐前应检验油泵等液压系统有没有故障，挖土部位及尺寸是否符合要求，顶铁安装是否合格和后背变形情况有没有发展等。这些方面倘若有一个步骤发生问题，全部会给顶进带来困难，甚至造成事故。
顶进工作过程是:目前方刃脚处挖土完成一个顶程后，即开动高压油泵，使千斤顶产生顶力，经过传力设备(顶铁、顶柱)，借助于后背反作用力，推进箱涵前进。箱涵前进后，用拉镐将千斤顶活塞拉回复原(如用双作用千斤顶时则可自动回镐)，然后在空挡处填放顶铁，以待下次开镐。如此循环往复，直至箱涵就位，顶进结束。
顶进应利用列车运行间隙进行。为了确保安全，应在顶进施工人员和线路防护人员之间，临时安装电话、电铃和信号灯等。要求一定联络措施，以亲密配合，步调一致。
1．试顶
试顶是箱桥顶进施工必不可少步骤，它能够检验顶进设备液压系统是否正常有效，后背是否稳固可靠，测得箱身开启顶力数值等，以利改善调整，为更主动地把握后续顶进作业做到心中有数。
2．挖运土
框架桥涵顶进速度关键取决于洞内挖、运土速度。故应尽可能为挖、运土发明条件，提升效率。因为箱涵高度通常在6m左右，故人工挖土宜分成上下两层进行，即在箱涵内设置挖土平台—中间平台。
备注
中间平台结构可分为钢质和木质两种。采取钢质平台，可直接安装在箱涵预埋螺栓上;采取木质平台时，则安装在箱涵端部侧墙预埋螺栓固定型钢上。跨度较大箱涵为了增加平台跨度，应设置中柱或支架。当使用机械挖土时，可不设置中间平台。以下为顶进开挖操作要求。
（1）挖土应在列车运行间隙时间内进行，每米工作面上宜部署1~2人；每次掘进尺应依据土质情况决定，通常约为20~50cm，在松散或软塑性土层中顶进严禁超挖，必需确保刃脚切入土层不少于10cm。切土顶进有利于顶进方向控制。
（2）根据侧刃脚坡度及要求进尺应由上往下开挖，侧刃脚进土应在10cm以上。开挖面坡度不得大于1：0.75，并严禁逆坡挖土，不得超前挖土，严禁扰动基底土壤。挖土时应掌握土坡平整，并保持和刃脚坡度一致，或依据路基土质情况选择合适坡度，严禁出现倒坡，以保安全。
（3）列车经过时不得挖土。如发觉机械设备有故障不能顶进时，亦应立即停止挖土。
（4）挖土工作必需和观察工作紧密配合，依据箱身顶进时偏差情况，随时改善挖土方法。有条件地方能够采取小型挖土机械挖土，以提升速度。运土通常最好用小型卡车从洞内装土、运土，最好直接装卸，避免倒运。
（5）挖上方土时，工具不得接触钢轨，预防联电干扰铁路信号。
3．安装顶铁(顶柱)
（1）为确保顶柱受压稳定，通常在顶柱和横梁间用螺栓拴牢，并每隔8m设横梁一道，使传力较均匀及增加顶柱横向稳定。
（2）每行顶铁和千斤顶应保持一条直线，并和后背梁垂直，各行长度要努力争取一致，有缝隙时要用铁片塞紧，预防因受力不均而损坏失稳。
（3）顶铁数取决于总顶力和顶铁(柱)许可顶力，必需有一定安全贮备。
4．接长车道
（1）为确保挖掘出土方能立即运出箱身，以确保顶进作业连续性，运土通常采取活动车道。
（2）活动车道通常为型钢和钢板组成，也能够采取两个木垛上铺设方木组成车道。固定在箱涵底板上，可在顶进中随箱身一同前进。
（三）测量监测
为了正确掌握箱涵顶进方向和高程，应在箱涵后一方设置观察点以观察箱涵顶进时中线和水平偏差:观察点应离后背稍远，以免后背变形影响观察仪器稳定，在箱涵洞内四个角上进行高程量:顶进方“向偏差观察可在箱涵一侧前后端各设一个标尺进行。为观察顶进中后背变形情况，可在后背梁两端设置标尺，进行后背变形观察。
备注
测量工作对箱涵顶进很关键，必需每顶一镐测量一次高程和左右方向偏差，并做好统计，方便立即纠正偏差，确保顶进顺利进行。
1．监测方案编制
（1）箱桥顶进施工概况
①箱体结构尺寸(长、宽、高)、重量、顶进坡度、顶进距离等；
②箱顶离便梁纵梁间距、离开支墩距离、拉槽尺寸等；
③多箱体顶进次序、箱身间距、顶进日程计划等；
④箱桥顶进许可误差目标。
（2）监测项目
①轴线方向监测；②高程水平监测；③顶力系统监测。
四、恢复线路
箱涵身全部按设计顶进就位后，要做好以下各项工作，才能恢复线路、办理交接。
1．填塞箱身间隙
多个箱身顶进就位后，箱间留下空隙应用C15细石混凝土灌满捣实。顶面应高于箱顶3 ~5 cm并向两侧作泄水坡，这么能够避免箱间积水，预防出现端墙渗漏、冒吐白浆现象。
2．斜交时设过渡段
箱身和线路斜交时，线路上铺设轨枕一端着力于箱身，另一端着力于回填砟土上，因为软硬不一，开通后线路易出现三角坑、列车摇摆，造成病害。为此应在加固设备拆除之前，用浆砌片石砌筑台阶式过渡段。通常深度不少于2m，坡度不陡于1:1.5，台阶式部署。
3．拆除施工便梁
在箱体顶部先铺设底砂，再铺设石昨，串镐捣实。按拆除作业次序卸螺栓扣件，解体便梁抽出横梁，吊装运走纵梁，开通现有线路。
4．铺设护轨
按铁路技术管理规程要求，大型立交桥全部要铺设护轮轨，把原有轨枕更换为带有护轮轨孔钢筋混凝土轨枕，铺设护轮轨、铁梭头。
5．浇筑电缆槽道
箱桥顶进施工前，铁路路基及坡脚下埋设多种管线、电缆全部开挖出来，暂绑扎在便梁或临时支架上。顶进施工结束后，应抓紧浇筑电缆槽道，立即使多种电缆归位，预防电缆被盗、损坏。
6．箱桥台帽栏杆安设
为确保铁路作业人员和公路行人安全，立交桥两侧全部要设置台帽和栏杆。
7．验收交接
线路经验收合格后，取消慢行，恢复正常速度，移交完工文件，和工务部门办理交接手续。