地道桥施工方案.doc

地道桥施工方案及主要施工方法
一、总体施工方案
1、总体施工方案
第一节采用桥式盾构法顶进，第二节采取中继间顶进，框架桥至于坡度上方预制，钢筋砼抗滑桩顶进后背。
2、“桥式盾构法”简介
“桥式盾构法”（以下简称“盾构法”）在保留传统顶涵施工，桥涵结构路侧预制工艺的基础上，对结构顶进支护方法进行了重大改革，将明挖开槽改为地下暗挖盾构支护。从而使露天预制保证了结构质量，暗挖推进减低了施工对行车的影响。
盾构由钢柱、钢梁、盾壳、子盾构、液压推进系统、辅助机构六大部分组成。装配在第一节框架桥前端的盾构，作为带土顶进时掘进面与路基的施工支护，同时也担负顶推导向。
根据不同地质情况设计盾构长度以确保中心土天然支护作用是“桥式盾构法”的关键。盾构的横向截面成简支梁桥形，其外廓尺寸与刚架桥外廓尺寸基本相同，“桥形”梁跨中滞后挖掘的大断面土体（中心土）从盾构入土直到出土前均保持1:0.75坡比，并滞后子盾构掘进面8m左右开挖，它与盾构共同平衡周边土压，成为掘进面的强大支护体系。
盾构母体中的子盾构由液压系统控制，单台组错开推进，担负减阻板的牵引及掘进面的小断面化。增强了开挖面的稳定性，被牵引的减阻板则将上部摩擦力分散。刚架桥推进前顺坡清除底板前方部分中心土体，盾构母体随刚架桥同步推进时，子盾构原推出部分被掘进面土体阻挡与子构箱体作相对运动，套回箱内，完成一盾构掘进工作循环。
地道桥采用桥式盾构法，框架桥推进期间高速路面不作加固，按45km/h限速运行。
二、施工步骤及方法
1、基坑开挖及滑板制做
为控制框架桥顶进精度，框架底设计2条顶进滑轨，由φ1020×14mmQ235钢管组成，内灌注滑C15砼。顶管长度约35米（若能多顶更为保险）。
滑道施工精度要求：
（1）开孔误差≤10mm；
（2）终孔斜偏：垂直方向≤20mm，水平方向≤50mm。
其它略。
2、框架箱身预制
桥式盾构法属暗挖顶进，框架制做几何尺寸不标准将较大程度影响施工效果，尤其对路基沉降控制不利。
（1）钢筋制做、綁扎
钢筋加工尺寸必需准确，确保立模标准。加工好的材料在摆放、搬运及綁扎过程中均应规范化作业，防止因变形造成綁扎困难，继而影响立模及最终导致刚架桥因外廓尺寸偏差过大而增大推进阻力或造成不必要的路基土损失，出现线路非正常沉降。如遇因钢筋影响立模，需对不规则筋进行修整或更换。
结构体积较大的钢筋綁扎应采用加强排架，排架内增设斜撑，以防被扎钢筋重心偏移而倾倒造成严重事故。
考虑前后两桥中间中继间顶位处利用混凝土框架或混凝土“U”型槽结构的特殊性，该接长部位的钢筋应做特殊设计，既要保证结构受力需要，又要保证便于绑扎和混凝土浇筑。
（2）预埋件设置
①盾构下托板预埋
下托板长70cm，插入第1节框架桥体底板前端30 cm。宽为框架桥理论宽度加两侧各外露3 cm。其所有外露部分在盾构安装时均与盾构主体相焊接，盾构与框架桥体为铰接，故下托板不设锚固筋，上铺沥青油粘一层，以便撤除时较易与框架分离，在钢筋綁扎前就位。
②中继间顶位处预埋板
中继间顶位处前托板长0.3m，宽14.32m,厚度20mm,插入第1节框架桥体尾端错台0.2 m结构的下方、中继间顶位处后托板长0.5m，宽28.16m,厚度20mm,插入第2节框架桥前端40 cm，均不设锚固筋，外露部分与封底钢板焊接，顶进完毕后撤出。后托板在运动过程中与第2节刚框架桥前端40 cm作相对滑动运动，以配合中继顶进。
中继间顶位处顶板前预埋板16mm厚，每隔30cm设ø22锚固筋1根。后端框架顶及两侧不设锚固筋，两外侧预埋钢板厚16mm 。为利于顶进时导向需要，在前端框架边墙内侧设直径22毫米的预埋螺栓每侧两排，以便顶进时可安设导向槽钢。
（3）结构混凝土浇筑
3、后座制做
略。
4、盾构制安前的准备工作
（1）框架桥几何尺寸修整
框架桥前端面为盾构止推梁、柱推力传递面.其不平整度将影响止推梁及相关柱的受力状态，不均衡受力可能造成盾构变形与偏向推进，影响安全和破坏盾构的导向功能。所以在盾构安装前必需对刚架桥前端面进行检测、修整。同时也应对刚架桥外廓几何尺寸进行严格检查，对跑模较严重部分进行必要的修整来减低推进阻力，刚架桥各表面的整体平整度还直接影响线路沉降控制的效果。为此：刚架桥边墙不允许误差>3cm，刚架桥顶面不允许误差>1cm。其检查方法可采用仪器与拉线，对凸出部位采取凿底后再补平，对较底部位则先凿毛再水泥砂浆补平。
（2）刚架桥底部润滑层效果确认及预顶
采用“桥式盾构法”施工，框架推进时增加了盾构阻力，该状况在框架初动时会较明显。盾构安装前必须预先将框架推动相应行程，以确认滑板无粘连，可保证盾构安装后不因滑板粘连而又撤除。
5、顶力设置
（1）子盾构顶力设置
子盾构是桥式盾构母体中对上部掘进面进行有效支护的重要部分，在不同土层中采用不同的推进方式来保持掘进面的稳定。连续框架用盾构总宽14.3 m，设子盾构为19台组，各组间隔750cm(其中一组按剩余实际尺寸制做)水平布置。
每台组子盾构内布30t双向作用液压顶2台来保证子盾构的推进、切土能力，子盾构推进的同时，牵引框架桥顶面铺设的减阻板。19台子盾构中共需38台油顶，由2套液压泵站操纵控制，（中间连续框架每孔配备1套）该液压系统中设有19只高压截止阀，用以控制子盾构单独运动或间隔群体运动。严禁相邻子盾构同步推进，造成减阻板上部覆盖土应力集中被剪切破坏，使路基产生水平位移。
（2）框架桥顶力设置
①桥式盾构母体与3#刚架桥采用铰接，盾构外壳套入桥体长度为30Cm。共用中继间顶位处中继顶作为动力源，当3#框架桥被推进时盾构亦被框架桥同步、同方向推进。
②中继间顶位处设计布置320t单向作用油压顶30台，由4台液压泵站采用并联方式操纵控制，以解决单泵流量过小推进缓慢问题。
③3#框架桥尾端布30台200t液压双向顶为主压站，共用中继间顶位处中继顶液压泵站，担负3#框架桥的推进及中继间顶位处中继顶活塞杆的回收。（按一般条件计算1#最大顶力为4300t）主液压顶反向设置，随刚架桥退移。
（3） 反拉系统拉力配置
见右图示意。
5、施工降水
根据实际情况而定。
6、桥式盾构制做安装
（1）盾构墩柱底板基底处理
已确认底板无粘连后，在路基边坡下按框架桥轴线放出盾构各墩柱底板开槽边线,开挖槽宽1.5m,槽长6.6m，槽深至框架底面下10cm。槽基底进行硬化处理。硬化层坡度视现场开挖地质状况而定，硬化材料采用C20素混凝土，厚度平框架底。当地基承载力达180kpa以上时墩柱底板地基可不作硬化处理。
（2）盾构墩柱安装
将墩柱底板放入基槽中与预先埋设于框架桥前端预埋托板平整焊接,焊缝为v30°坡口,焊接前应复测底板坡度，并确认满足要求。施工人员充足时，4座墩柱可同步平行作业。以减少吊机台班费用。
墩柱下托梁按底板轴线平行等分安装，下托梁与底板连接焊缝以受压为主，剪应力小，可采用每焊接10Cm空20Cm不焊的间断焊，为防下托梁在焊接过程中发生傾斜应采用两侧同步对称焊接。
立柱吊装前，应在预先搭设的工作平台上采用钢管脚手制做立柱定位架，在立柱安装时起安全及临时定位作用。将各条立柱的设计位置事前吊垂线标记于下托梁及定位架上可极大程度提高墩柱安装进度与质量。当盾构墩柱安装基本就绪时，视情况对边坡槽进行简易支护以确保路基稳定为原则。
墩柱上、下托梁安装时必需注意：与线路斜交，盾构墩柱托梁不在同一水平面上，其各托梁高差值为基坑滑板坡度换算可得，由盾构设计人现场确定。
1#与4#墩柱内侧挡土板与2#、3#墩柱两侧剪力板（挡土板）采用材料均为10mm厚钢板，与墩柱采用梅花型间断焊连。1#、7#墩柱外侧为盾壳16mm厚度钢板,其焊接方式与剪力板基本同，但与盾构顶板及底板连接处要求满焊。
（3）盾构主梁安装
本桥式盾构设计采用主梁共5榀，全部使用材料为I28B，梁长约14.25m、高1.3m、宽0.6m，每榀主梁重约3.5t。在地面临时平台上精心制做，由于该主梁除上方负载外，还与盾构顶板共同承担框架桥推进时的轴向力传递，因此，设计刚度较大。安装时先测量标记定位线于墩柱上托梁上，然后由起吊能力大于30t的轮式吊机分榀吊装就位。其梁垫在测量人员配合指挥下安装，各榀梁的顶面高度需按设计要求进行调配。
（4）子盾构箱体制做安装
为加快制做速度与合理安排劳动力，子构箱从母构体两侧做起向中间发展，合拢后按实际尺寸制作非标型子盾构。子构箱下托板需在临时设制的托架上调校后与第一榀盾构主梁下托板进行对接，其横向受压焊缝允许采用间距不大于30Cm的双面间断焊，纵向受剪、受拉焊缝却必需采用x60°坡口双面满焊以保证焊缝牢固度。便于总体吊装的工地现场，子盾构箱可在就近工作平台上制做,采用机械整体吊装。
子盾构导向架38组件均在平台上靠模中统一标准制做，安装时采用定位装置定位焊接，导梁滑道与子盾构配合间隙设计为4mm，±误差允许1 mm，子盾构箱制做完成后，将尚未编号子盾构进行试配，要求子盾构装入箱后无卡滞现象，空载时以人力可推动为宜。装配完成后进行编号与滑道注油。
子盾构箱底板厚20 mm,盖板厚16 mm，板面靠前端均倒有上刃口，底板刃口为铲除土体欠挖量用，箱盖板刃口为防止减阻板卷曲之用，导向架用料I28B，要求材料平整无扭曲变形。
子盾构制做请详见制做设计图
（5）盾构外壳制做安装
盾构外壳钢板均采用16 mm厚钢板，其盾尾部长30Cm套在框架桥前端，作相互制约用。盾构外壳安装后其总宽值大于框架桥总宽约32 mm，由此间隙来降低顶推过程中框架桥两侧与土体产生的摩擦阻力，并有效地减小两侧土体的摩擦位移现象。超宽造成的土损失在刚架桥顶推到位后进行压浆补空，也可在顶进时压注水泥浆，以避免路基出现沉降。
盾构外壳顶面板采用16 mm厚钢板满敷，左右两边与盾构边板焊接，顶板底面与主梁间梁撑焊接。安装时高于框架桥4 mm以留出顶面扁铁焊接位置。顶板敷设后需对整体平面进行检测，不平整度高差应小于3mm，如大于3mm则应检查调整。
（6）盾构内辅助系统安装
①气压系统
本气压系统由2.6m³/min空气压缩机两台、Φ25 mm镀锌钢管200m、低压软管150 m、气阀36个、风镐36台组成。为减低框架桥内作业噪音，两台压缩机均安置于框架桥顶部尾端。采用镀锌管与胶软管将压缩气体输送至盾构内各部分，在子盾构上部装气阀18组，每两个作业面共用一套气阀与风镐，风镐用于路基板结层破土与硬性障碍物排除。各墩柱装气阀2组备用，以便排除孤石及建筑垃圾。
气管接入刚架桥中,靠一侧下倒角处安置，中继间顶位处由软管连接镀锌管以确保使用中气管可自由伸缩。盾构内作业面有限，管线安装均紧靠梁柱以不影响挖机出土和工人作业为准。
②照明系统
③通风系统
由于盾构中心土由内燃机械挖掘，自卸汽车外运弃土，空气受一定程度污染。为提高作业面空气质量，在框架桥各内壁上靠近出口处各安装轴流式抽风机1台，采用Ф200mmРvC风管接入至近盾构处，中继间顶位处作中继运动处采用伸缩式波纹管连接两端Ф200mmРvC硬管，以达抽除烟雾清洁空气目的。
④排水系统
框架桥内、外排水各备用3kW18m扬程污水泵6台，水管200m。在后座前靠基坑两侧，各设1.5mx1.5mx1m集水井1座，以防大雨积水。
在基坑坡上,沿坑边四周设置50x50cm截流水沟，并接入就近市政排水管网。
⑤监控系统
A、在框架起动前，在后座的两侧各装激光发射器一枚,光束对准框架桥内壁上设置的轴线光靶，全程较为直观地监测顶进轴线积累变化。做好初始与顶进中监测记录,每日绘制框架轴线运动分析图、表，以此作为盾构纠偏的文字依据。
B、在线路上施工影响范围内及框架桥中不同角度位置共装6～8枚带音频可视探头，并用导线接到现场值班室，供管理人员24小时对施工现场进行全过程、全方位电视监控。
C、在盾构第5榀盾构主梁上，安设红、黄、蓝色信号灯各孔1套，由掘进检查人员使用遥控器控制信号，各作业面挖土检查合格后，由检查人逐一开放与关闭子盾构截止阀并向液压泵站发出开顶、回油、停止等视觉信号，泵站按信号指示操纵系统，以确保噪音集中下信号快速准确传递。
7、中继间顶位框架的结构处理
可将两段框架底板放置顶进油顶的位置部位先浇筑20CM的混凝土底板，压制底部预埋钢板，免其上鼓。预制时前后两框架尽量靠近，留足摆放顶进油顶及其垫板位置即可。当框架顶进到位后可人工凿除多余的框架顶板混凝土或工字钢支撑结构。
8、刚架桥顶进
（1）掘进
本刚架桥工程采用桥式盾构法施工，掘进时， 19台组子盾构由19名工人配合修整掘进面、出土以及盾构母体推进时对子盾构套入箱体状态的监视。如果出现意外能及时通报控制台而中断事故发展。子盾构允许单次推进行程30cm～40cm。
子盾构作业为人力配合机械,视挖掘面土体的自稳能力而定,有先顶后挖、边顶边挖或先挖后顶的三种掘进方式。采用何种形式，由工程技术人员决定，液压操纵班按令执行。子盾构推进时,其上部土方由前端锯齿刃脚切割下落。作业基本处线路板结层，工人可视情况申请采用气动风镐掘土。
盾构墩柱设计为4层，每层土体由1名工人完成掘进，4组墩柱由16人担负出土、顶推监视工作。挖掘标准为墩柱的外廓尺寸宽与前进方向30-40cm长。
大断面中心土采用1台PC200挖机，掘进与装车，多台5t自卸汽车外运弃土。为缩短顶进期，作业人员采用12小时2班倒制，机械24小时连续作业，人停机不停。
掘进时，机械将框架桥前滞后约8m的6孔中心土挖去相同长30cm～40cm距离，并采用接力方式推进各节框架桥同一距离为一顶进工作循环。
框架总顶进行程约70m，顶程到一定程度时为防止传力柱横向分力引发起拱甚至飞扬伤人，在传力柱上方设置轨束梁反压或增设分配梁。传力柱方向应预留余土运输通道。
（2）施工监测
框架桥推进施工的全过程中，盾构及框架桥运动中线、水平的测量非常重要，工程技术人员将每一顶进循环的测量数据绘制成框架桥推进轨迹图进行分析研究，用于科学指导框架桥的掘进与纠偏。
①子盾构箱托板前后高差：
抽检各中心土中部台组，共6组，每天1次并换算成绝对高程。
②墩柱滑板前后高差：
每工作循环，7墩柱全测并换算成绝对高程。
③墩柱轴线：（相对第一节框架桥实际轴线的平移线）
交接班前后测，每班2次，共4次并标示与第1节刚架桥实际轴线相对误差。
④框架桥轴线：（各节与初始位置的相对变化）
每工作循环，2节全测并标示本次偏移值和累计偏移设计值。
⑤框架桥高程：（2节）
每工作循环2节全测，测点设于各节桥内靠顶板倒角处，每节分桥前、桥后4个点,各点基本成90°关系，并换算成绝对高程。
⑥线路沉降监测点：
复核各线路轨顶及路肩标高，作好初始记录，以便线路交验前将线路恢复至初始值。
（3）顶进纠偏
盾构纠偏是掘进人员（包括挖机司机）按指挥人员发出的掘进指令，对子盾构、墩柱底板下及两侧土体进行超挖或欠挖土，不停改变各部位土应力来完成。
框架桥左右方向的纠偏为利用所布油顶非均衡使用来完成,水平高程纠偏为调整桥式盾构运行轨迹来达到效果。另外在地基承载力低于150kpa地段还需采取与传统工艺相同方法；在刚架桥底板下作换填或加密土壤、压桩等措施来完成。
（4）顶进施工工艺流程图（附下）
桥式盾构法顶进施工工艺流程图

（5）桥式盾构法施工特别强调事项
①盾构设计、制做
盾构体是框架桥顶推期路基掘进的临时支护及导向装置，设计时不可违背其中心土平衡原理。盾构长度应不小于刚架桥断面总高，宽度大于刚架桥断面总宽，主梁间分跨一般为3—4m。
盾构几何尺寸必需标准，各部分连接可靠。使用期间尽可能小的变形方能保证使用效果。
②不容忽视的滑板质量标准
基坑开挖如采用机械则应保留人工修整层，切忌破坏基底。滑板厚度应结合地基实际承载力考虑，其平整度要满足于滑板制做一条中要求。不平整的框架桥底板，顶推全过程将不同程度地破坏地基，基坑滑板的任何不足都给顶进工程埋下隐患。
③后座
桥式盾构法为保证大型运输车辆出入框架桥，液压油顶均按桥底部两侧布置，也利于液压纠偏。后座两侧应力较中部大，故后座设计宽应为桥宽的1.2倍以上方能满足宽限要求。
④中继护套板
护套板用于挡土,它由各节框架桥分别牵引。工作时是拖行,如锚固方向错误,拖行则会变成推行而成铲土状态,不断增大的阻力将使护套板无法坚持到框架桥顶到位。
⑤顶进挖土
A、子盾构掘进面挖土应按当日书面技术交底，并按有经验的当值施工员要求进行，错误的开挖将导致路面沉降量增大。
B、中心土的滞留长度及挖掘量应根据土层性质而定，任何情况下放坡量不可小于1：0.5，盾构墩柱两侧均设有剪力墙板,其斜边按1:0.75设置（视土质情况定）,通常应以此标线向前延伸30-40cm长，为中心土掘进控制线。为确保中心土的土压平衡能力，掘进时严禁超挖。
⑥顶进
A、盾构为刚性焊接体，在推进中有可能因局部应力集中造成焊缝炸裂，故顶推作业时机械应停止作业，工人不得高声喧哗及发出金属敲击声，以利声响判断。
B、高压力顶推易产生强大破坏力，顶推时有条件远离液压装置及传力柱的人员必需撤离，以防意外事故。

三、主要施工机具设备
1、主要施工机具设备
序号
设备名称
设备型号
单位
数量
备注
一
顶进设备

1
桥式盾构

T

2
液压操作系统
38/min
套

3
千斤顶
200t
台

4
千斤顶
30t、50t
台

5
传力柱

m

6
压浆机
hB-6
台

7
空压机
电动2.6m3/min
台

二
加工设备

1
电焊机
30KVA
台
8

2
氧割设备

套
10

3
台钻
台式
台
1

4
砂轮机
台式
台
1

5
半自动气割机

台
1

6
打磨机

台
10

三
排水设备

1
潜水泵、污水泵
3kw
台
6

四
挖土、出土设备

1
挖掘机
PC200
台
1

2
装载机
ZL40
台
1

3
自卸车
5t
台
5

五
测量仪器及检测设备

1
经纬仪
6秒
套
1

2
水准仪
自动精平
套
1

3
激光靶

组
2

4
电视监控设备

套
1

六
钢筋混凝土设备

1
模板

M²

2
脚手架

T

3
钢筋加工设备

套

四、部分盾构施工图片
1、桥式盾构法顶进过程中

2、采用桥式盾构顶进法顶进2-13.75m铁路框架桥竣工图片

3、采用桥式盾构顶进法下穿某高速公路施工图片