盾構法頂涵施工工藝技術要點

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摘要：“橋式盾構法”（以下簡稱“盾構法”）是一種較為先進的頂涵施工方法，是在保留傳統(tǒng)頂涵施工、橋涵結構路側預制工藝的基礎上，對結構頂進支護方法進行了重大改革，將明挖開槽改為地下暗挖盾構支護，暗挖推進減低了施工對行車的影響。

關鍵詞：盾構法線路防護 施工監(jiān)測

盾構法的概念

“橋式盾構法”（以下簡稱“盾構法”）是一種較為先進的頂涵施工方法，是在保留傳統(tǒng)頂涵施工，橋涵結構路側預制工藝的基礎上，對結構頂進支護方法進行了重大改革，將明挖開槽改為地下暗挖盾構支護，暗挖推進減低了施工對行車的影響。

盾構由鋼柱、鋼梁、盾殼、子盾構、液壓推進系統(tǒng)、輔助機構六大部分組成。裝配在第一節(jié)框架橋前端的盾構，作為帶土頂進時掘進面與路基的施工支護，同時也擔負頂推導向。

根據不同地質情況設計盾構長度以確保中心土天然支護作用是“橋式盾構法”的關鍵。盾構的橫向截面成簡支梁橋形，其外廓尺寸與剛架橋外廓尺寸基本相同，“橋形”梁跨中滯后挖掘的大斷面土體（中心土）從盾構入土直到出土前均保持1∶0.75坡比，并滯后子盾構掘進面一段距離開挖，它與盾構共同平衡周邊土壓，成為掘進面的強大支護體系。

盾構母體中的子盾構由液壓系統(tǒng)控制，單臺組錯開推進，擔負減阻板的牽引及掘進面的小斷面化。增強了開挖面的穩(wěn)定性，被牽引的減阻板則將上部摩擦力分散。剛架橋推進前順坡清除底板前方部分中心土體，盾構母體隨剛架橋同步推進時，子盾構原推出部分被掘進面土體阻擋與子構箱體作相對運動，套回箱內，完成一盾構掘進工作循環(huán)。

施工工序

施工方法及工藝要求

盾構法頂涵施工，施工前期工作與普通施工方法相同主要為以下幾個方面：施工準備、基坑開挖及滑板制做、框架箱身預制、后座制做,下面主要就盾構的安制、掘進、監(jiān)測及線路防護等幾個方面進行論述：

（一）盾構制安前要注意以下幾點

1、框架橋幾何尺寸修整

框架橋前端面為盾構止推梁、柱推力傳遞面。其不平整度將影響止推梁及相關柱的受力狀態(tài)，不均衡受力可能造成盾構變形與偏向推進，影響安全和破壞盾構的導向功能。所以在盾構安裝前必需對剛架橋前端面進行檢測、修整。同時也應對剛架橋外廓幾何尺寸進行嚴格檢查，對跑模較嚴重部分進行必要的修整來減低推進阻力，剛架橋各表面的整體平整度還直接影響線路沉降控制的效果。為此：剛架橋邊墻不允許誤差>3cm，剛架橋頂面不允許誤差>1cm。其檢查方法可采用儀器與拉線，對凸出部位采取鑿底后再補平，對較底部位則先鑿毛再水泥砂漿補平。

2、剛架橋底部潤滑層效果確認及預頂

采用“橋式盾構法”施工，框架推進時增加了盾構阻力，該狀況在框架初動時會較明顯。盾構安裝前必須預先將框架推動相應行程，以確認滑板無粘連，可保證盾構安裝后不因滑板粘連而又撤除。試頂方法為：使用油頂推動框架橋，行程3cm。預頂也是后座保護措施之一。

（二）橋式盾構制做安裝

1、盾構墩柱底板基底處理

在確認底板無粘連后，在路基邊坡下按框架橋軸線放出盾構各墩柱底板開槽邊線,開挖槽寬1.5m,槽長6.6m，槽深至框架底面下10cm。槽基底進行硬化處理。硬化層坡度視現場開挖地質狀況而定，硬化材料采用C20素混凝土，厚度平框架底。當地基承載力達180kPa以上時墩柱底板地基可不作硬化處理。

2、盾構墩柱安裝

將墩柱底板放入基槽中與預先埋設于框架橋前端預埋托板平整焊接,焊縫為v30°坡口,焊接前應復測底板坡度，并確認滿足要求。施工人員充足時，所有墩柱可同步平行作業(yè)。以減少吊機臺班費用。

墩柱下托梁按底板軸線平行等分安裝，下托梁與底板連接焊縫以受壓為主，剪應力小，可采用每焊接10cm空20cm不焊的間斷焊，為防下托梁在焊接過程中發(fā)生偏斜應采用兩側同步對稱焊接。

立柱吊裝前，應在預先搭設的工作平臺上采用鋼管腳手制做立柱定位架，在立柱安裝時起安全及臨時定位作用。將各條立柱的設計位置事前吊垂線標記于下托梁及定位架上可極大程度提高墩柱安裝進度與質量。當盾構墩柱安裝基本就緒時，視情況對邊坡槽進行簡易支護以確保路基穩(wěn)定為原則。

墩柱上、下托梁安裝時必需注意：與線路斜交，盾構墩柱托梁不在同一水平面上，其各托梁高差值為基坑滑板坡度換算可得，由盾構設計人現場確定。

3、盾構主梁安裝

橋式盾構所用主梁在地面臨時平臺上精心制做，由于該主梁除上方負載外，還與盾構頂板共同承擔框架橋推進時的軸向力傳遞，因此，設計剛度較大。安裝時先測量標記定位線于墩柱上托梁上，然后由起吊能力大的吊機分榀吊裝就位。其梁墊在測量人員配合指揮下安裝，各榀梁的頂面高度需按設計要求進行調配。

4、子盾構箱體制做安裝

為加快制做速度與合理安排勞動力，子構箱從母構體兩側做起向中間發(fā)展，合攏后按實際尺寸制作非標型子盾構。子構箱下托板需在臨時設制的托架上調校后與第一榀盾構主梁下托板進行對接，其橫向受壓焊縫允許采用間距不大于30cm的雙面間斷焊，縱向受剪、受拉焊縫卻必需采用x60°坡口雙面滿焊以保證焊縫牢固度。便于總體吊裝的工地現場，子盾構箱可在就近工作平臺上制做，采用機械整體吊裝。

子盾構導向架各組件均在平臺上靠模中統(tǒng)一標準制做，安裝時采用定位裝置定位焊接，導梁滑道與子盾構配合間隙設計為4mm，誤差允許±1mm，子盾構箱制做完成后，將尚未編號子盾構進行試配，要求子盾構裝入箱后無卡滯現象，空載時以人力可推動為宜。裝配完成后進行編號與滑道注油。

子盾構箱底板厚20mm,蓋板厚16mm，板面靠前端均倒有上刃口，底板刃口為鏟除土體欠挖量用，箱蓋板刃口為防止減阻板卷曲之用，導向架用料I28B，要求材料平整無扭曲變形。

5、盾構外殼制做安裝

盾構外殼鋼板均采用16mm厚鋼板，其盾構尾部長30cm套在框架橋前端，作相互制約用。盾構外殼安裝后其總寬值大于框架橋總寬約32mm，由此間隙來降低頂推過程中框架橋兩側與土體產生的摩擦阻力，并有效地減小兩側土體的摩擦位移現象。超寬造成的土損失在剛架橋頂推到位后進行壓漿補空，也可在頂進時壓注水泥漿，以避免路基出現沉降。

盾構外殼頂面板采用16mm厚鋼板滿敷，左右兩邊與盾構邊板焊接，頂板底面與主梁間梁撐焊接。安裝時高于框架橋4mm以留出頂面扁鐵焊接位置。頂板敷設后需對整體平面進行檢測，不平整度高差應小于3mm，如大于3mm則應檢查調整。

6、頂力設置

1)子盾構頂力設置

子盾構是橋式盾構母體中對上部掘進面進行有效支護的重要部分，在不同土層中采用不同的推進方式來保持掘進面的穩(wěn)定。連續(xù)框架根據盾構總寬，設多臺組子盾構，各組間隔750cm(其中一組按剩余實際尺寸制做)水平布置。

每臺組子盾構內布30t雙向作用液壓頂2臺來保證子盾構的推進、切土能力，子盾構推進的同時，牽引框架橋頂面鋪設的減阻板。每臺子盾構中共需兩臺油頂，由2套液壓泵站操縱控制，（中間連續(xù)框架每孔配備1套）該液壓系統(tǒng)中設有高壓截止閥，用以控制子盾構單獨運動或間隔群體運動。嚴禁相鄰子盾構同步推進，造成減阻板上部覆蓋土應力集中被剪切破壞，使線路產生水平位移。

2）框架橋頂力設置

a、橋式盾構母體與剛架橋采用鉸接，盾構外殼套入橋體長度為30cm。當框架橋被推進時盾構亦被框架橋同步、同方向推進。

b、頂位處布置單向作用多臺油壓頂，其中幾臺液壓泵站采用并聯(lián)方式操縱控制，以解決單泵流量過小推進緩慢問題。

（三）掘進

剛架橋工程采用橋式盾構法施工，掘進時，每組子盾構由1名工人配合修整掘進面、出土以及盾構母體推進時對子盾構套入箱體狀態(tài)的監(jiān)視。如果出現意外能及時通報控制臺而中斷事故發(fā)展。子盾構允許單次推進行程30～40cm。

子盾構作業(yè)為人力配合機械,視挖掘面土體的自穩(wěn)能力而定,有先頂后挖、邊頂邊挖或先挖后頂的三種掘進方式。采用何種形式，由工程技術人員決定，液壓操縱班按令執(zhí)行。子盾構推進時,其上部土方由前端鋸齒刃腳切割下落。作業(yè)基本處線路板結層，工人可視情況申請采用氣動風鎬掘土。

盾構墩柱設計為多層，每層土體由1名工人完成掘進，每組墩柱由4人擔負出土、頂推監(jiān)視工作。挖掘標準為墩柱的外廓尺寸寬與前進方向30～40cm長。

大斷面中心土采用挖機掘進與裝車，自卸汽車外運棄土。為縮短頂進期。掘進時，機械將框架橋前滯后的中心土挖去相同長30～40cm距離，并采用接力方式推進各節(jié)框架橋同一距離為一頂進工作循環(huán)。

頂進到一定程度時為防止傳力柱橫向分力引發(fā)起拱甚至飛揚傷人，在傳力柱上方設置軌束梁反壓或增設分配梁。傳力柱方向應預留余土運輸通道。

線路安全保證措施

線路沉降是由土損失、土干縮、及土運動所造成，本工程的關鍵所在就是路基的利用與保護，它需要從框架結構預制、盾構制做、掘進、糾偏、減阻、注漿填充等各環(huán)節(jié)精益求精的施工過程來控制水土損失，全套控制措施的有力實施才能確保線路沉降受控、列車行駛安全。

（一） 線路加固及日常養(yǎng)護

1、線路簡易加固

縱向軌束梁采用P502+3扣，每股道軌外側各一束，股道束間中心距為3.1m,縱向軌束需擺設平穩(wěn)，兩線間高出的道碴應耙走、耙平。線路外側縱向軌束位如過低，則應壘高道床邊坡加以墊平。兩側軌束面應在基本軌底面下20cm，以確保下一工序橫向軌束能順利穿越基本軌底為準。每相鄰縱向軌束間隔距應大于3m。較大的軌束距安裝時對原線路不會造成影響，可利用方便時提前完成。簡易加固屬線路雙重保險工作，軌束下為無限支點，間隔距大，保護范圍相應也大。

縱軌安裝時每根接頭相錯1.5m以上。所有軌束卡箍均靠近接頭安裝，并認真鎖緊?？v橫軌束安裝均按標準設置安全防護員，鋼軌過線路派人持木枋保護線路，以防造成“紅軌”。

縱向軌束長度L，以超出框架每側不少于5m即可。

橫向軌束單束不短于4m，采用P501+2相扣，每隔2條枕木設置1束，并與縱向軌束鎖緊。橫軌束安裝均按標準設置安全防護員，如無條件采用封鎖穿軌，則利用列車間隔時間作業(yè)，采用隔5穿1的調作法作業(yè)。鋼軌過線路派人持木枋保護線路，軌束過基本軌底采用絕緣材料隔護，以嚴防“紅軌”事故。

軌束安裝完畢，在橫向軌束與基本軌間對插木質密實的木楔，以利于頂進期間快速微調線路水平。

2、線路日常養(yǎng)護

施工期間，由專職線路工、防護員（包括駐站聯(lián)絡員）、普通工，共同組成線路維護班。對線路進行日常養(yǎng)護，安全防護，辦理相關手續(xù)。線路加固與意外情況，從其它工班抽調人員會戰(zhàn)。線路養(yǎng)護作業(yè)標準，按現行工務線路大維修規(guī)則標準執(zhí)行。

頂進期間，工地負責人不得離開工地，跟班督促檢查，確保頂進順利，線路狀態(tài)良好。駐站聯(lián)絡員與工地使用移動電話聯(lián)絡，列車到達前10分鐘停止頂進。線路人員下線前復查線路，清理現場，列車通過后恢復正常施工。

線路工在每次頂進停止后，第一時間對正在穿越線路進行水平、軌距測量，對線路變化不管大、小，有變即修，決不拖延。不管是否頂進，線路養(yǎng)護人員必需對線路進行一列一檢，確保行車萬無一失。

施工監(jiān)測及糾偏

框架橋推進施工的全過程中，盾構及框架橋運動中線、水平的測量非常重要，工程技術人員將每一頂進循環(huán)的測量數據繪制成框架橋推進軌跡圖進行分析研究，用于科學指導框架橋的掘進與糾偏。

1、子盾構箱托板前后高差：

抽檢各中心土中部臺組，每天1次并換算成絕對高程。

2、墩柱滑板前后高差：

每工作循環(huán)，所有墩柱全測并換算成絕對高程。

3、墩柱軸線：（相對第一節(jié)框架橋實際軸線的平移線）

交接班前后測，每班2次，共4次并標示與第1節(jié)剛架橋實際軸線相對誤差。

4、框架橋軸線：（各節(jié)與初始位置的相對變化）

測量并標示本次偏移值和累計偏移設計值。

5、框架橋高程：

測點設于各節(jié)橋內靠頂板倒角處，每節(jié)分橋前、橋后4個點,各點基本成90°關系，并換算成絕對高程。

6、線路沉降監(jiān)測點：

復核各線路軌頂及路肩標高，作好初始記錄，以便線路交驗前將線路恢復至初始值。

7、頂進糾偏

盾構糾偏是掘進人員（包括挖機司機）按指揮人員發(fā)出的掘進指令，對子盾構、墩柱底板下及兩側土體進行超挖或欠挖土，不停改變各部位土應力來完成。

框架橋左右方向的糾偏為利用所布油頂非均衡使用來完成,水平高程糾偏為調整橋式盾構運行軌跡來達到效果。另外在地基承載力低于150kPa地段還需采取與傳統(tǒng)工藝相同方法；在剛架橋底板下作換填或加密土壤、壓樁等措施來完成。

橋式盾構法施工特別強調事項

1、盾構設計、制做

盾構體是框架橋頂推期路基掘進的臨時支護及導向裝置，設計時不可違背其中心土平衡原理。盾構長度應不小于剛架橋斷面總高，寬度大于剛架橋斷面總寬，主梁間分跨一般為3～4m。

盾構幾何尺寸必需標準，各部分連接可靠。使用期間盡可能小的變形方能保證使用效果。

2、滑板質量標準

基坑開挖如采用機械則應保留人工修整層，切忌破壞基底?；搴穸葢Y合地基實際承載力考慮，其平整度要滿足于滑板制做一條中要求。不平整的框架橋底板，頂推全過程將不同程度地破壞地基，基坑滑板的任何不足都給頂進工程埋下隱患。

3、后座

橋式盾構法為保證大型運輸車輛出入框架橋，液壓油頂均按橋底部兩側布置，也利于液壓糾偏。后座兩側應力較中部大，故后座設計寬應為橋寬的1.2倍以上方能滿足寬限要求。

4、頂進挖土

1）子盾構掘進面挖土應按當日書面技術交底，并按有經驗的當值施工員要求進行，錯誤的開挖將導致路面沉降量增大。

2）中心土的滯留長度及挖掘量應根據土層性質而定，任何情況下放坡量不可小于1∶0.5，盾構墩柱兩側均設有剪力墻板,其斜邊按1∶0.75設置（視土質情況定）,通常應以此標線向前延伸30～40cm長，為中心土掘進控制線。為確保中心土的土壓平衡能力，掘進時嚴禁超挖。

3）盾構為剛性焊接體，在推進中有可能因局部應力集中造成焊縫炸裂，故頂推作業(yè)時機械應停止作業(yè)，工人不得高聲喧嘩及發(fā)出金屬敲擊聲，以利聲響判斷。另外高壓力頂推易產生強大破壞力，頂推時有條件遠離液壓裝置及傳力柱的人員必需撤離，以防意外事故。