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对斜框构桥斜向顶进的认识与建议 杨永乐 内容提要： 本文根据工程实际，对顶进法施工中斜向顶进出现的偏转，进行了分析。并提出了防止的办法， 以及在编制工艺时的注意事项，并对路基、后背设计提出了改进的建议。 关键词：斜向顶进， 认识与建议 随着交通事业的发展，公 铁立 路的立交日益增多，其中为数 不少的立交桥需使用顶进法施 工。斜框构桥斜向顶进是顶进 法施工中的一种特殊形式，对 这一工程的研究，有助于我们 在今后同类工程的施工中，将 安全、质量方面工作管理得更 好。 自贡三八路立交桥，是内 （江）宜（宾）铁路跨越公路 的三跨连续框构桥，包括专用 线，实际有三条铁路同时跨越 。框构桥结构净高5.3m，净跨 度为4.5-11-4.5m，道路与铁路 成54o46′斜交。该工程设计成斜框构以斜向顶进。依斜向顶进 的需要，将框构的后部底板设计了四个与顶进方向相垂直的、对 称布置的支顶面，见图1。 通过这一框架桥的施工，使我们对框架桥以斜向顶进时的 偏转现象有了进一步的认识。 一、 千斤顶布置与顶进中的现象 框构的重量为5250t，设计要求的顶力为6000KN。启顶时，千斤 顶以均等布置，每一个支顶面4台顶力为320kn的千斤顶。顶力的 合力与铁路成54o46′斜交，基本上能以轴向顶进。 顶程与千斤顶布置 表1
框架入土后，出现了逆时针转动，从1#支顶面至4#支顶面布置 调正为4、4、4、3。这样，框构的顶进方向又恢复到轴向。顶程达 到约10m左右时，又出现了逆时针转动，但纠正很容易。从1#支顶面至 4#支顶面布置调正为6、5、4、4。顶程达到20m后，千斤顶布置进 行了调正，从1#支顶面至4#支顶面为7、6、4、4，但是此时的逆时 针偏转增大。顶程达到24m左右，千斤顶布置又进行了调正，从1# 支顶面至4#支顶面为7、6、4、3，完全达到了设计顶力。此时的逆 时针偏转进一步增大，纠偏发生了困难。顶程接近30m后，千斤顶的 布置已经变为：1#支顶面8台顶力320KN的千斤顶；2#支顶面8台顶力 320KN的千斤顶再增加1台顶力200KN的千斤顶；3#支顶面7台顶力320KN 的千斤顶；4#支顶面2台320KN的千斤顶再增加1台200KN千斤顶。此时 产生的偏转量更大，纠偏很困难（见表1）。 这自始至终的逆时针偏转，是顶进过程中观察到的一个主要现象。 出现的另一个现象是：当箱体入土后，即顶程8m左右时，框构前端钝角 处出现严重的塌方。在全顶程中，钝角处（图1所示的宜宾侧）曾多次 出现过不同程度的塌方。为什么在斜框构斜向顶进时会有这些现象出现 呢？摸清了这些现象产生的原因，有助于以后的框构桥顶进的安全、质量。 二、 偏转原因的分析 由上节所知，逆时针转动的现象存在于框构入土后。我们试从工艺 过程的受力来分析(见图2)。 在顶进过程中，框构入土 前，顶板不受阻力，仅底板受 到滑动面的摩阻力。由于底板在 框构轴线两侧的着力面相等， 因此阻力的合力位置与框构轴线 基本重合，不会造成框构的转 动。框构入土后，顶板仍不受阻 力（通常上部结构及线路加固设 备被架空）；底板仍为滑动面的 摩阻力；同时还受到两侧土压力 E的作用，并且随着入土深度 （或顶程）增大而增大。从图2 可以看出力臂Y2＞Y1,因而使框构在顶进时产生了逆时针的转动。 结构跨度越大，偏转的力矩越大；与铁路斜交的角度越小，偏转 的力矩越大。本工程中，框构设计高为7.3m，路基与地表的高差 为6.82m,路基的坡度1:1.5，在顶程10m之后，框构已经进入路基， 两侧土压力阻力增大，因此造成明显的偏转（见表1），随着继续 顶进，其偏转越来越大。正交顶进时，Y2＝Y1,所以不会产生这样 的转动。 另外，在顶进过程中，框构的逆时针转动，造成框构前端钝角处 （即宜宾侧）常常出现塌方，造成土压力E右＞E左，产生的偏压 增大了逆时针转动。 其他，例如超挖、欠挖，千斤顶进油不同步等都可以造成转动， 但是这些转动现象，是无规律的，纠正很容易。所有顶进法施工 中都可能出现，并不是斜向顶进所特有的。 由此可知，在本次施工中产生的偏转，其两侧土压产生的力矩不等 是主要的原因；另外，宜宾侧的大小不等的塌方而造成的偏压，起 到了增大偏转的作用。 三、对策措施 1、改进千斤顶的布置 在施工过程中，我们采取了如下的方法：以千斤顶不对称布置形成 的反力矩，以此克服转动。从理论上说：在顶进中阻力产生的偏心 矩为e阻，布置千斤顶时设置的偏心距为e顶，当e阻-e顶 =0时可以不 发生偏转。众所周知，构成e阻的诸多因素在施工中是不确定与变化 的,如:框构与两侧土压力的阻力系数、框构与滑动面的阻力系数， 一般都不能测算得十分正确；随着入土的深度增加，所受到路基土的 侧压力也增大；土质也有一定的影响，土质不同阻力系数不一样；在 每一顶程中，初始阻力偏心距也不同于终止阻力偏心距。用以计算的 不发生偏转的e阻-e顶 =0，只是随机现象。在实际工程中，只能确定 一个范围Ω（e阻-e顶 ≦Ω）。当千斤顶的布置满足此条件时，虽然允许 了在顶进时出现一些偏转，然而可以辅以其他的措施纠正。 本工程在顶进的全过程中，都出现过不同程度的偏转。从表1看出， 当| e阻-e顶 |＜0.3~0.4m时，出现的偏转较小，容易纠正；反之，偏转则 大。因此，依据本工程可以这样来取值： | e阻-e顶 |＜0.35 m………（式1） 在目前的工程中:其一观测及时，偏转的误差消除及时。一般都能做到， 每一顶程测量一次，有偏就纠；其二每次顶进的顶程都不太长，害怕过长 了正前方易出现塌方。因此，式1作为工艺编制和设备的配置是不失其实用 意义，可以避免盲目布顶,减少调正传力柱和横顶铁的工作量。 我们再设想,在顶进全过程中千斤顶能否分阶段布置？倘若，试按式1， 可以把全顶程分成几个阶段，使每一阶段千斤顶的布置基本符合式1。设在 同一阶段内e顶为一定值，因此可以这样： 设：该阶段的初始阻力矩为e阻I； 该阶段的最终阻力为e阻j； e阻I≧e顶-0.35 e阻j≦0.35+e顶 由此：e阻j- e阻i≦0.7 m ………（式2） e顶≥ 根据式2、式3两式,本工程表1所示范围可改变成表2所示的布置形式（见表2）。 比较表2和表1，说明应用式1可以用作编制工艺设计，并可达到减少布顶的 盲目性。 顶程与千斤顶布置 表2
那么，为何在顶程达到30m以后发生较大偏移值时不能以调正千斤顶的布 置达到纠正偏差呢？在本工程中有两个原因：其一后背的设计（这将在下一 节“后背设计的改进”中探讨）；其二顶力的储备与设备配置问题。本次的 顶力设计为6000KN,配备的顶力为7200KN,其顶力的储备是足足有余，但是框 构尾部支顶面1#位只能布置8台320KN千斤顶，就无法使e顶值达到必须得数值。 倘若本次备有更大功率的油顶时，将1#位布置成5台500KN+2台200KN千斤顶组 合，可以达到纠偏的效果。 总之，斜向顶进的偏转现象，是由框构的结构形式与斜交角所致。合理布 置千斤顶可以达到设计的要求。本文引出的“式1”应用于顶进工艺编制时， 尚应在实际的顶进过程中注意观察，并需要及时对偏转量进行控制。 2、后背设计改进的建议 后背主要为框构顶进提供反作用力。后背破坏了，顶进也就失败。 在斜向顶进时，框构尾部锐角侧需要较大的顶力，才能保证框构沿设计要求的方 向前进。后背设计，应根据布顶的两个阶段来取值： 第一阶段，以总顶力的平均值来校核框构尾部钝角处的后背； 第二阶段，以就位时的布顶规律来校核框构尾部锐角处的后背； 这因为入土前无偏转力矩，以均匀布顶启动框构。入土后，为了防止框构在 力矩的作用下转动，或纠偏的需要，通常以不均匀布顶。这样使框构尾部锐 角处的受力最大，钝角处的受力最小。若要保证方向不产生很大的偏值（参见上 节的分析），1#位的布顶不应少于9台320KN顶，2#位的布顶应为9台320KN顶， 3#位的布顶应为5台320KN顶，4#位的布顶应为2台320KN顶。但是，本工程的后背 是以6000KN的平均值计算。在接近就位时，已出现了变形。 总之，斜框构斜向顶进时，为使框构沿着正确的方向前进，为了使后背的设计 达到既安全又经济的目的，根据施工实际，我们认为： ① 后背不设计成等截面； ②据以计算的力，不能只用总顶力。后背的设计应满足克服偏转力矩的要求。 3、路基的塌方与处理 在顶进过程中，发生在框构桥入土端钝角处的路堤塌方，是斜交顶进的通病。 绵阳顶进框构桥，斜交角度为49o34′21″，上跨的宝成铁路路堤为砂粘土， 设计为斜框构斜向顶进。刚入土，前端钝角侧便发生了塌方。内江电厂顶进框 构桥，斜交角度为39 o40′，上跨的电厂专用铁路路堤为粘性土，基底为泥岩， 设计为斜框构斜向顶进。入土后不久，前端钝角侧便发生了塌方。……在我们 实施的同类工程中，都出现过不同程度的类似现象。 从第二部分的分析中可知，入土端钝角侧即为力臂Y较短的一侧，顶进中土压 力产生的力矩，使框构反时针转动，造成该侧的路基受压。在压力连续不断地 作用下，该侧路基失去稳定而发生塌方。当然，还同填筑路堤用的填料、顶进 长度、开挖面暴露的时间有一定的关系。 从大都数的斜向顶进来看，只要使框构入土时钝角侧的路堤得以稳定，在顶 进中，路堤的塌方就可以缓和。像绵阳顶桥，框构刚入土就出现了塌方，以片 石将该处路堤支护后，在继续的顶进中再也没有塌方。再看本工程，同样，刚 入土时即顶程为10m左右，钝角处的塌方极其严重，已危及运车的安全，当我们 加固以后，连续顶进十几米都没有出现大的塌方，直到穿越第三股道后即顶程 为33m左右，又发生。 从工程实践中，我们认识到：为防止这类问题，启顶前，就应加固该处路堤。 与此同时，千斤顶的布置应及时调正。这样，使框构在入土时不发生塌方，或 在继续的顶进过程中发生类似的塌方现象大为减少。 四、 结束语 斜框构桥斜向顶进是框构桥顶进法施工中的一种特殊方式。从工程实际可知， 顶进过程出现的偏转，是由框构的结构形式与斜交角所致。为了防止或减少偏 转的影响：其一，编制顶进工艺，顶进过程中合理布顶，并及时调正。以顶力 的反力矩阻止偏转；其二，框构入土端钝角处路基进行适当加固，框构较大或 斜交角较小时出土端不宜提前开挖；其三，后背的设计应充分考虑偏转力矩的 影响。同时，顶进中观察及时，控制及时。这样，可以在顶进的全过程将安全、 质量方面的工作管理得更好。 不当之处，请批评指正。 |
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