框架桥顶进施工控制研究

框架桥顶进施工控制研究

摘要

随着铁路、市政工程建设的发展需要，将出现越来越多的市政道路下穿运营铁路框架桥工程。我单位在进行生产施工的同时，发现在现有技术条件下，绝大部分下穿运营铁路框架桥都面临着以下问题，下穿运营铁路的框架桥施工还存在一些问题，如基底承载力低，而且在进行顶进施工过程中，常伴随着路基塌方，框架桥扎头较大，方向不易控制，时常放生较大的偏差，同时也给运营铁路带来很大的隐患。

关键词：框架桥立体加固 精度控制

1、框架桥施工精度控制工艺设计

1.1滑板制作

工作坑开挖过程中，同时进行地锚梁的开挖，设计地锚梁均垂直于中线布置，目的在于防止顶进过程中滑板跟随箱体移动。

由于顶进过程中分配梁受框构前进顶力，滑板受箱体前进拉力，容易发生滑板与分配梁连接处断裂，采取增加双道或三道纵向地锚梁且钢筋伸入分配梁内部，保证滑板与后背的一体性。

滑板预制时，注意仰坡的设置，仰坡的设计主要根据基底承载力的大小、框构出滑板的距离和框构距离轨顶的净距确定，基底承载力越低（砂性土除外）、框构出滑板的距离越长、框构距离轨顶距离越小仰坡越小；反之，仰坡越大，设置范围一般为1‰-3‰。

1.2框架桥制作

底板船头坡的设置主要根据地质情况确定，基底承载力越低（砂性土除外）船头坡越大；反之，船头坡越小，设置范围一般为1m或1.5m。

1.3工艺流程

框架桥顶进精度控制施工流程见图1.3。

图1.3顶进精度控制施工流程图

1.4操作要点（以广宁路工程为例）

1.4.1制订理论趋势图及控制措施

顶进前根据现场实际情况，用工具软件绘制框架桥、滑板、放坡、铁路、加固体系及桩基等位置的立面图，根据土质和框架桥所处位置变化情况进行预测和计算，根据图4.2.1框架桥各关键部位（重心和整节下滑板前后）的位置立面图，绘制理论行进趋势图。

图1.4.1 框架桥各关键部位的位置立面图

按照趋势图制订超前控制措施。例如，将偏量假定为X,当10mm≥X≥5mm时，采取停止一个镐或减少一平方米的着土面积等措施，将调整方法予以量化，有效节省计算时间。

1.4.2设置监测点

监测点的布置，一般在框架桥中线前端和后端各设置一个中线观测点。在框架桥四角各设置一个水平观测点，详见图2.4.2。

图1.4.2框架桥监测点布置图

1.4.3采集原始数据

记录监测点原始数据，并在绘图软件中将新布设的导线点及框架桥监测点平面图旋转，将道路中线旋转至与坐标轴的y轴平行，进行数据简化，记录框架桥轴线和各坐标点的相对位置。顶进时，对轴线上的控制点用全站仪测量坐标数据，通过数据反映出偏差值。

坐标转换的方法能直观反映出偏差值，可以避免采用普通坐标系繁琐的计算，节省人力。在顶进时随时求出行进方向的数值偏差及顶程，便于数据的记录整理。

1.4.4框架桥监测

框架桥每镐顶进结束后，水平监测采用电子水准仪进行测量，观测框架桥四角水平高程，每个位置测量三次，取平均值，保证数据准确；方向监测用全站仪采集中线监测点处坐标，两次取值，取平均值，保证数据准确。

将监测到的方向和水平数值记录在EXCEL里，可将数值放大100倍，与顶进距离设置为同一数量级，这样通过绘制的框架桥行进图，就可以一目了然的反映出当前框架桥的前进轨迹。

1.4.5分析前进趋势及绘制关键阶段走势图

①关键点分析

框架桥顶进水平控制有两个阶段比较关键，即框架桥重心出滑板（之前直接与理论趋势图对比即可控制）和框架桥整节出滑板时，这两个节段的水平变化比较关键，需对顶进数据连续进行监测分析，绘制走势图，与理论趋势图进行对比分析及调整。我们以框架桥重心出滑板前后为例，对框架桥水平进行分析。

框架桥顶进方向控制有三个阶段比较关键，一是框架桥启动时顶力的控制，二是框架桥入土前需调整好框架桥的姿态，三是框架桥入土后对顶力分布的控制，以上三点中尤其第二点最重要。在框架桥进入土体后，框架桥方向基本确定，

只需微调顶镐数量和顶力，方向就不会偏差过大，所以在此关键点上需对框架桥走势进行分析。

②框架桥高程走势

根据以往顶进测量数据，用EXCEL统计功能绘制出框架桥的走势图，直观反映出重心出滑板时框架桥高程的变化。

图1.4.5-1框架桥重心出滑板时高程实测走势图

从图1.4.5-1可以看出，框架桥顶进到5.11m时，框架桥前端水平达到了最高值34mm,在行进到5.7m时，水平高程已经下降到了32mm,此时顶进框架桥后端高程继续升高。从数据上可以分析出来，框架桥的重心已经离开了滑板，由于此时框架桥重心前移，前方受力大于后端，导致框架桥前端高程下降，后端高程继续抬升，顶进至7.45m时，框架桥前端高程已经下降到30mm，所以在顶进时我们在框架桥重心出滑板前，对前端水平高程进行预测，在框架桥进入加固体系后，框架桥前端会受到向下的力的作用，导致框架桥会持续扎头的趋势，此时，按照预定的控制措施，为框架桥预留部分向下扎头的空间。

③框架桥方向走势

从图1.4.5-2可以看出在试顶时，前端方向往钝角侧偏离很大，而后端方向偏离较少，顶力与摩擦阻力都分部在同一轴线上，这说明两侧千斤顶顶力不均匀，锐角一侧千斤顶顶力过大，而钝角一侧顶力基本符合顶进要求，后端方向仅是由于锐角一侧顶力过大引起的框架桥偏转，这时我们仅需要加大钝角一侧的千斤顶顶力,就可以进行控制，确保框架桥入土前方向保持准确。

图1.4.5-2框架桥空顶时方向实测图

在框架桥进入土体后，框架桥两侧土体摩擦力对框架桥的力臂不等，会产生偏转力矩，导致框架桥方向发生偏移，而且随着框架桥入土深度越大，偏转力矩越大，从而影响框架桥的方向。

图1.4.5-3入土后框架桥方向偏差实测图

图1.4.5-3框架桥在4m时已经入土，此时框架桥前后两端方向全部向左偏20mm,此时需要对框架桥进行控制，因为土压摩擦力受力开始逐渐增大，随着顶进的进行，框架桥会逐渐向钝角处方向行进，最终会导致框架桥走向无法控制。

所以我们在框架桥入土前提前进行控制，一是为了减少入土后控制的工作量，二是不断控制会影响线路加固的稳定性，破坏线路加固的体系，所以我们在入土前调整好框架桥的姿态是最为关键的。

④绘制走势图

先求出方程，根据方程，计算框架桥后期顶进方向数值，通过EXCEL整理，此时顶程作为Y值，观测点作为X值。

1.4.5-4框架桥水平走势分析图

根据图1.4.5-4可以看出此时框架桥程一个整体扭转趋势，走势图绘制方法和高程走势图的方法相同，所以我们将顶进方向的走势在CAD上绘制出来，从图中就可以看出框架桥和线路之间的位置关系，方便我们制定控制措施。

1.4.6调整趋势图

根据实际情况调整框架桥的理论趋势图，当前情况利用CAD软件绘制出框架桥重心出滑板前的位置，计算出需要顶进的距离，在框架桥顶进到此位置时，需对顶进数据进行分析，绘制出趋势图。

图1.4.6框架桥高程趋势分析图

图1.4.6中粉色线为根据各点水平高程和顶进距离绘制出来的趋势图，计算后可以得出一个很简单的线性方程关系，通过线性方程绘制出预测趋势线。图5.2.6黑色线中可以看出，在不受任何外力的作用下框架桥高程将在顶进到11m时呈现为零，这时框架桥位置距11m处还相差5m，但是框架桥再继续顶进2m的时候，线路加固体系已经担在框架桥上，且框架桥即将进入线路下方，此时框架桥前端受力将逐渐加大，导致框架桥前端受力远远大于后端，框架桥将处于不平衡的状态，框架桥前端高程值会提前呈现为零的状态，这样扎头趋势将难以控制。所以，在框架桥进入线路加固体系前需要对水平进行控制，从而保证框架桥在进入线路加固体系前，预留有2-3cm的扎头量。若框架桥在进行出现抬头趋势，也应及时控制，防止框架桥影响线路加固体系，危及线路安全。

根据求出的线性方程，计算框架桥后期顶进高程数值，通过EXCEL整理，将顶程作为X值，观测点作为Y值，利用CAD多段线功能，将数值粘贴复制，从而调整框架桥顶进理论趋势图。

1.4.7高程控制方法

框架桥高程控制包括两方面，分别是扎头和抬头。根据每座框架桥的实际情况，如框架桥自重、顶程、土质、线路情况等，综合考虑，经过计算等方式，将控制措施予以量化，达到精确控制的目的。

①扎头控制方法

框架桥重心下滑板和整节框架桥下滑板前后，此时的水平变化比较关键，若扎头趋势形成后，控制将很困难。控制的主要方法有刃角和底板与土体的接触面积大小。

当需在进行扎头控制时，在保证顶进设备及后背能承受的情况下，刃角两侧土体和底板前端土体全部着土顶进，必要时前悬臂也着土顶进，通过底板预留船头坡、刃角和前悬臂挤压前端土体后形成的向上作用力，抵消或减小框架桥在未整体下滑板时前软后硬的状况。顶进过程中进行连续观测，实时记录顶进过程中的数据，观察分析框架桥前进轨迹，通过反复调整，直至扎头趋势消失，证明此次顶进时，刃角和底板与土体的接触面积大小可以保持框架桥前端和后端一个相对稳定的状态。

②抬头控制方法

完成后的线路加固体系与框架桥顶面净空≤10cm，当框架桥抬高≥5cm时，框架桥与加固体系之间减小摩擦力的滑梁小车不能使用或直接产生摩擦，若框架桥继续顶进，则会带动线路加固体系及线路产生位移，严重影响行车安全。

框架桥重心出滑板前，会按照滑板预留的轨迹前进，通过顶进数据的分析确定框架桥与线路加固体系的净空情况，若上升趋势缓慢，且不影响滑梁小车的使用情况下，不进行调整；若上升趋势较快，影响滑梁小车使用或线路加固体系时，需立即增加前端的配重或减小底板及刃脚的着土面积，加快重心驶出滑板的速度或减小向上的作用力，通过数据分析，反复调整至最佳状态，保证在重心出滑板时，框架桥的前端较后端低5cm左右，待框架桥整节或整体出滑板时，尾部会稍稍下沉，一般情况下框架桥会处于基本持平的状态，保持这样平稳的顶进就位即可。若前端和后端高差≥5cm，同调整扎头方式相同。

1.4.8方向控制方法

框架桥顶进方向控制有三个阶段比较关键，一是框架桥启动时顶力的控制，二是框架桥入土前需调整好框架桥的姿态，三是框架桥入土后对顶力分布的控制。同水平控制方法相同予以量化。主要方法如下：

框架桥在入土后，随着入土深度和高度的不断增加，土压力力矩也不断增加，此时框架桥同时进行水平控制时，我们将不采取挖除一侧刃角土体的方法，而且挖除刃角会产生塌方的现象，此时我们需要对框架桥进行受力分析，计算出入土后不位置的土体摩擦力矩，根据力矩平衡原则，计算出千斤顶力矩，及需要开启哪几个千斤顶，在进行顶进过程中，框架桥需连续观测，如当前框架桥前进稳定，

则说明当前顶力满足要求。若需要控制时，则需适当加大反方向的顶力，这时如果偏差较大的话，控制需要缓慢进行，每次控制不能超过2cm,一次控制过大。由于千斤顶的作用下使框架桥扭矩过大，会损坏现有线路加固体系。若观测框架桥控制效果明显，需在框架桥接近理论值的情况下，停止进行顶进。根据当前土压力的力矩，从新计算千斤顶力距，及两侧需要开启千斤顶的数量和位置，在连续监测下，如果框架桥前**稳，可以连续进行顶进。若发生偏转，需从新进行计算，来保证框架桥的前进稳定。

结论

立体加固施工能够有效地保证路基的密实度和承载力，降低对既有线行车的干扰，确保了工程施工安全。

框架桥精度控制施工可以满足各种框架桥的施工，提高框架桥的施工质