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———文章编号:10094539(2017)06004205・设计咨询・既有线格式盾构法施工方案设计朱显良(中铁十五局集团第六工程有限公司江苏南京210000)摘要:桥式盾构法改进了以往的顶进方法,在结构物顶进端设置钢立柱及钢梁,为前端掘进提供了支护,避免了传统的大开挖方式,避免了对既有设施的影响;通过研究制定了横推中继顶进、激光轴线实时监测等施工技术,通过优化施工场地布置、调整顶进方案以及加强安全管控的措施,解决了现场空间、时间受限的问题;提高了施工质量,缓解了对既有线路的安全和运营的影响。关键词:既有线施工方案桥式盾构法中图分类号:U449.52文献标识码:A—DOI:10.3969/j.issn.10094539,2017.06.010ConstructionSchemeDesignforExistingRailwaywithBridge-typeShieldMethodZhuXianliang(ChinaRailway“15BureauGroup“6EngineeringCo.Ltd。,NanjingJiangsu210000,China)—Abstract:Bridgetypeshieldisbasedontraditionaltopculvertconstructionmethod,settingthesteelcolumnandsteelbeamatthejackingendofthestructure,whichcanprovidethesupportfortheshieldfronttunnelling.Ithasachievedtheadvantagesofavoidingthetraditionalexcavationanditsinfluenceonexistingfacilities.Byestablishingthehorizontalpushrelayjacking,thelaseraxisreal・timemonitoringconstructiontechnology,optimizingconstructionsitelayout,adjustingjackingschemeandstrengtheningsafetymanagementmeasures,itcansolvethelimitedsitespaceandtime,improvetheconstructionqualityandeasetheimpactsonthesecurityandoperationofexistingline.Keywords:existingrailway;constructionscheme;bridge・typeshieldmethod1引言随着国家基础设施逐年扩展,交通网络迅速完善,立体交通逐步替代平面交通网络,平改立施工方案繁杂多样,大多数要进行双向交通管制,影响正常的生活秩序。而在下穿既有铁路网络时,又必须保证既有铁路的安全、稳定运营。目前国内既有线顶进涵施工一般采用架设D型梁或者其他架空加固线路的方案施工¨J,施工成本及控制重点严重倾向于线路加固和架空方案,在电化线路上施工时一般无法实施,或实施过程需电化工程过渡,增加投资,安全、质量、工期不可控,并且——收稿日期:20170325基金项目:中铁十五局集团有限公司科技研发计划项目(201586)作者简介:朱显良(1981一),男,高级工程师,主要从事铁路桥梁、轨道、路基、站场施工技术研究。难以预估施工中带来的不确定因素。桥式盾构技术的应用解决这些难题,桥式盾构法改进了以往的顶进方法旧j,在结构物顶进端设置钢立柱及钢梁,为前端掘进提供了支护,避免了传统的大开挖方式。缓解了对既有线路的安全和运营的影响,施工安全可靠,效率高,压缩了工期,取得了较好的经济效益和社会效益,为同类工程施工提供了可借鉴的资料。2工程概况中铁十五局新建乌鲁木齐铁路集装箱中心站“”工程于乌鲁木齐铁路枢纽三坪车站,是一带一路在疆内第一个落地的项目,也是原铁道部规划的全国18个铁路集装箱中心站之一,乌鲁木齐作为丝绸之路经济带中国至欧洲通道的重要节点,新建乌鲁42铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2017(061万方数据・设计咨询・木齐铁路集装箱中心站的建成,对促进全路集装箱运输网络的完善、提高铁路货运服务水平等具有十分重要的意义。施工里程为兰新线K1966十265~K1970+940,作业区东西长18001TI,南北宽700ITI,占地1960亩。主要包含迁改、路基、桥涵、轨道、站场等专业。路基工程量为土石方461.8万断面方;桥涵工程量为框架桥1985.9顶平米/3座,涵洞1000.85横延米/17座;轨道为正线改建线路2.968km,站线新增线路21.775km,道岔63组、拆铺道岔7组,线路铺碴64516m3;站场铺面544037m2。其中兰新线K1967+848箱形桥为1孔9m+2孔12m+1孔4m,4个单孑L并排布置,下穿3股道,l一9IIl为接长箱涵施工;K1968+400框架涵为1孔2ITI下穿5股道,两处下穿原设计方案为架设D型梁顶进施工,后根据现场调研后采用桥式盾构法施工。3施工方案比选按照新建乌鲁木齐铁路集装箱中心站指导性施工组织设计和总体形象进度情况分析,兰新线K1967+848箱形桥和K1968+400框架涵顶进施工既是本工程的高风险施工项目,也是控制性工程,同时还是重难点施工项目。原设兰新线K1967+848箱形桥为l孑L9m+2孔12m+1孔412q,4个单孔布置;1孔4m+2孔12m下穿3股道,架3副D24型便梁后带土顶进施工;K1968+400框架涵为孔2m下穿5股道,架5副D24型便梁后带土顶进施工;按照施工图现场核对,K1967+848箱形桥和K1968+400顶进涵施工按此方案施工在安全、工期、投资等方面存在不可控因素,同时还存在既有道路过渡、接触网过渡等一系列问题亟待解决。(1)兰新线为电气化线路,车站区段采用软横跨架设接触网线,K1967+848箱形桥处于进站咽喉区,既有道岔接触网渡线、2组软横跨跨越此区段,接触网错综密布,钢便梁纵梁吊装时无操作空间,即使架梁,钢便梁一次吊装不能到位,需在线路上进行纵移后才能就位,单个天窗点内无法完成,拆梁时情况亦然。解决方案只有改造接触网和利用桥式盾构法施工L3j,经分析咽喉区接触网改造无法实现,同时跨线吊装钢便梁极易造成供电设备损坏、危及行车安全,安全风险不可控;而桥式盾构法是在保留传统顶铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOf-OGy涵施工上,先在桥涵结构设计位置一侧对中预制,改进结构物顶进支护方法,将明挖开槽改为地下暗挖盾构支护,达到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HJ。(2)K1967+848箱形桥施工时间最少持续215≤工作日,施工期间须限速45km/h,严重影响线路正常运营;同时线路安全隐患一直存在。根据运输处相关要求,单个工点限速超过3个月,施工方案须报铁路总公司审核批准,一般情况下,此类方案批复可能性极小。采用桥式盾构法仅需要在顶进施工过程(15个工作日)在天窗内进行,其他施工不影响既有线安全及运营。(3)通过施工现场调查结合设计,合理地布置施工场地,解决了K1967+848箱形桥场地和工期受限的问题;针对K1968+400框架桥跨度较长顶进施工传力设备跨度长不稳定的问题采用并排预制中继顶进的方案,把后背墙位置前移,顶进对位的涵节后,横推并排预制的涵节,缩短了顶进距离,解决了传力设备跨度长而不稳定的问题。综上所述,采用桥式盾构法顶进施工降低了施工过程对既有线的安全和运营影响口o,压缩了施工工期,有效地控制了施工成本,使兰新线两处下穿施工安全快速的完成。解决了现场空间、时间受限的问题。4桥式盾构法方案设计桥式盾构法改进了以往的顶进方法,在结构物顶进端根据跨度和埋深等综合因素设置钢立柱及钢梁作为前端掘进过程的支护,把传统的大开挖改为局部暗挖Mo,降低了工程量,降低了施工过程对既有线的安全和运营影响,压缩了施工工期,有效地控制了施工成本。4.1后背墙设置方案后背墙是顶进施工的顶推力的着力点,一旦后背墙失效,顶进将无法继续。顶进时受力面必须与顶进方向保持垂直,才能有效利用后背墙,同时保证顶进方向稳定。本项目墙后土体为砾石类土,土体压力较强,为有效利用土体压力后背墙设置成半埋式地梁的形式,梁顶至地面设置1:1.5的护坡,详见图1后背墙结构图。扩大了墙后土体受力面积,有效地利用了土体自然压力,使土体与抗滑桩共同2017fD6J43万方数据・设计咨询・受力,降低了施工成本,有效地提供了顶推着力点,保证了顶进施工的顺利进行;针对斜交K1967+848箱形桥斜交在结构物底板设置钢筋混凝土补强角,以保证顶进方向与后背墙的垂直¨o;相邻涵节预制位置及后背墙全部前移,以缩短顶进距离,详见图1后背墙半平面图。’a半埋式后背墙构造图1堕垄堑堂垡39c30隼目筋砼后背桩结构中心线耐散线结构中心线C30幸冈筋府力扩韶缚N1卜垒墨堂垄廛垄堑堂垡/意啦兰业b后背墙半平面图后背墙结构4.2涵节预制场地布置方案(1)K1967+848箱形桥位于屯坪路与兰新线交—叉处,K1967+848箱形桥在既有线路下方,19ITI为接长箱涵施工,l一12—m+112m+l一4m箱涵预制后采用桥式盾构顶进法施工。南北侧各有房屋、经济作物及市政设施影响,现场概况见图2。根现场调查情况,南侧市政电力拆迁及经济作物征地隶属兵团管辖,时间无法确定,北侧虽然民房影响整体工作坑开挖,但是用地范围全部属于铁路征地界内,可以先实施西边两孔涵节,同时协调民房拆迁,缓解了工期压力。动玷工作坑与边图2线路南、北侧顶进施工平面布置对比(2)K1968+400设计长度为73.22m。其中顶进部分为38.06m,为3x10m+8m布置,按传统的一字型布置工作坑长度将达到58In,而现场实际情况为既有东西向道路和铁路间距仅为42.5m,不能满足要求。经现场踏勘研究采用并排预制横向顶推中继法施工技术旧J,工作坑位置缩短为38nl,把后背墙位置前移,顶进对位的涵节后,横推并排预制的涵节,缩短了顶进距离,解决了传力设备跨度长而不稳定的问题,避免占用既有道路,详见图3、图4。—rq——f_2。1嘿—j:》j-i盾构安装位置一}.Lii{3≮o。Inne-i\寸\\、横推挡墙塑型塑芏//}+—.濡ii一;{4舞;上一上并排后背墙/飘}1.1.I.1.一一坪一路l坪一路;+i士单列后背墙一黧瀛.1.I!壹J图3框架涵单、并列预制布置婿潲铲1010图4中继法顶进钢护套预埋件4.3传力杆设计方案传力杆作为顶进施工的传力装置,顶进施工过程中频繁更换,要保证其稳定性和有效的传力,必须具有高强刚度和强度,一般采用型钢制品,如废旧钢轨等,成本奇高,质量参差不齐,结合工程实际和千斤顶顶力、有效面积以及行程等参数,设计了薄壁螺纹钢管灌筑内钢筋}昆凝土,一端采用平钢板、一端采用c型钢板封堵形式的顶杆,长度采用0.5m+lm+2In+4m的组合形式,详见图5,这保铁道建簏技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2017(06J攀墅躲一邃蕤万方数据・设计咨询・证了顶杆的刚度和强度,方便了周转和重复利用,有效地节约了成本。——、”厂){/\厂/,、\/√・c型法兰连接/-【。6m螺旋钢管图5传力杆大样4.4激光轴线实时监测系统顶进涵施工时受各地质情况变化、施工控制等因素影响,中线及高程偏差范围一般较大,如不能及时进行测量及纠偏,定会造成结构物最终位置与设计不相符一J。激光轴线实时监测系统是通过顶进涵顶进过程中,顶推千斤顶受力不均匀,极易造成顶进偏移,由于箱体较大,顶进偏移后并不能及时察觉,若不及时纠偏继续顶进,将会影响整个顶进施工质量。现安装一种顶进偏移监测装置(见图6)。在结构物顶进方向前端设置50em×50em的激光投映靶(见图7),在后背墙设置激光发射装置,激光射线平行于结构物的轴线,如果箱体顶进正常,激光射线正中靶心;如果涵节顶进过程中轴线偏移,射线将照准投映靶的对应位置,通过刻度可直接读取偏移量,水平负刻度为右偏,垂直负刻度为下偏,顶进过程可根据偏移量及时进行纠偏。地面线激光发射装置激光般映靶激光特线(平行于结构物中蜘譬[嚣『秤≮l劣物l/l3£!!塑堑垒生塑垄止L廛垄堑丛垡图6激光轴线实时监测系统图7激光投映靶(单位:cm)4.5盾构设计方案盾构有掘进和支护的双重作用¨…,由支护系统、顶推系统、掘进系统、辅助系统等四大系统组成。其中支护系统包含钢立柱、钢梁、盾壳等部分;顶推系统包含传力装置、后背墙、子盾构、液压推进部分;掘进系统包含子盾构、人机辅助清土等部分。掘进、支护系统盾构一般装配在结构物的顶进端,立柱与钢梁组成支护体系的横向截面类似桥梁,其外型尺寸与结构物外型尺寸基本相同。掘进时主要分为三个步骤:第一步子土体,为钢柱和钢梁部分土体提供支护,人工掘进该部分土体,便于钢梁和立柱的顶进;第二步顶推结构物带动钢梁和立柱进入土体,梁跨中大断面土体与支护系统共同承担上部荷载;第三步机械辅助清除梁跨中大断面土体,该部分土体从支护系统人土直到出土前均保持一定坡比(一般为1:0.75),以保证既有路基稳定。一般钢柱和钢梁多为现场制作,为方便钢结构计算,克服人工焊接的质量缺陷,大部分受力结构采用型钢制作,待结构物强度达到70%以后现场装配。盾构顶进过程示意见图8,盾构正立面图见图9。图8盾构顶进过程示意(1)支护体系分为四大部件,分别为钢立柱下拖梁、钢立柱、上钢梁及盾壳H1|。装配时首先将钢立柱下拖梁放人基槽中并与预先埋设于结构物前端的预埋托板平整焊接,焊接前后应检查拖梁坡度是否与结构物坡度一致。其铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2017(06)45固——一rl叫lo万方数据・设计咨询次安装钢立柱,钢立柱在结构物横截面全宽等分布置,下托梁与底板连接焊缝以受压为主,剪应力小,一般采用间断焊接,每问隔20cm满焊10cm,为防下托梁在焊接过程中发生倾斜应采用两侧同步对称焊接。然后安装上横梁,上横梁荷载较为复杂,顶部受上部土体及行车荷载,顶进时承担结构物顶推力,因此设计时其刚度较大。安装时分榀吊装就位,各榀梁的顶标高需按设计要求进行调配,严格控制轴线和高程偏差。最后安装盾壳钢立柱两侧挡土板采用10mm厚钢板与钢立柱采用梅花形间断焊连。支护体系外侧挡土板采用16mm钢板,焊接方式内侧挡土板焊接一致,但与顶板及底板连接处要求满焊。盾构立柱剖面图见图10,盾构顶部平面图见图11。———————————祭麴塑巡L翠卜』型竺坠砷-}芋笋Z墨誊l’Z墨。#銎G30盾构顶板子盾构箱子盾构导梁柱128(B)主梁上横梁(128B)‘”…r:,:}鎏j妊,RI(厚16’≥mm//,姜盾构顶/盾构下导梁128毋)/\孝间撑他881/,主梁下横梁(128B1。∥,,\…’…、1……17\//p∞∞q。/叩叩田\哪田OI9叫㈣侧、l【lIl||『|、…7一G31盾构外侧板\∑G7上托梁r132B)IJl1钢牺H厚20。m)/。J(厚16mm)墩柱侧}}土板\墩间梁眩)(128b),刀(厚10】nml/\(128b)//相墩间梁(底)7———~o,.G10到t主(132B)彤桥层间活动挡土板/宝:\G22墩柱侧挡土板(800×800x12mn矗_~足(厚10mm)、、堡墨墨线。\型!燮塑趔n2981/3---予壤桎、.1号墩柱G19墩间梁2号墩柱—,厂-GI;下止退粱2G19墩间梁/㈤(128b)/:(128B)/}O"氏X12.Sb)/。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。__^__一G4下止退桑1/8lO壁燮笔一8lOT810墩柱下托梁(132B),810(128B)l/'7上\G2墩柱底板(厚20mm)\下群板(厚16tIlIn)墩柱底概/、、I!!型lj型41婴lj塑l!!型l!塑l!!!!I【610101010101016l/2盾构正立面图1/2盾构梁柱立面图图9盾构正立面图323323323323323图10盾构立柱剖面图+!堡垒三至-~于盾构第一榀主粱豳痂衔I浠11第二榀主粱∞炼疆襻蒜嘉.撰舟。I‘…迨箧*。、^_|LJI一第三榀主粱—“l吖4羚饫黔訇嫩Ⅱ誊二第四榀主粱黛矬宰漆邀慕第五榀主粱黛矬祭燃舀陋凝㈣毒一∥梁间撑落=!三=剿鼍二毫二n二譬一图11盾构顶部平面图(2)设计时子盾构箱应从上横梁体两侧向中间布置n2。,合龙处按实际尺寸制作非标型子盾构。(下转第51页)铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2017(06l万方数据・设计咨询・[7]陈洪江.工程地质与地基基础[M].武汉:武汉理工大地基与基础设计规范[s].北京:人民交通出版社,—学出版社,2014:131175.—2007:3539.[8]匡希龙.桥涵施工[M].成都:西南交通大学出版社,[11]中华人民共和国交通部.JTG/TFSO一2011公路桥—2014:3642.涵施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,2011:[9]邹剑风,安宏科.地基基础施工与实验检测[M].北—101102.—京:中国铁道出版社,2013:249293.[12]唐坤尧.基于邓肯一张模型的软土路基沉降变形的数[10]中华人民共和国交通部.JTG—13632007公路桥涵—值模拟分析[J].铁道建筑技术,2016(3):104107.—”——””…“”””””・卜一+一+-+-++-一-卜一+一+-・+一+一+-+-+*+++一+-+-+w+++-+一+一+-+*+一++一+一+一+-・+-+-++*+..++。+..++一+..+一+.(上接第46页)根据结构跨度分榀或整体组装,采用吊车吊装;子盾构导向架4组件及盾构箱应均在胎具中按标准统一制作,应将子盾构与箱体进行试配并编号,空载时以人力可推动为宜,必要时涂油调试,要求子盾构在箱内箱后无卡滞现象。安装时导梁滑道与子盾构配合间隙设计为4mm,误差允许为±1mm。子盾构设计见图12。裂施工方案设计的思路及应对措施,根据施工现场应用情况,对于下穿既有线顶进施工,只要合理规划现场布置,改进施工方案,加强质量安全控制,解决了现场空间、时间受限的问题;提高了施工质量,缓解了对既有线路的安全和运营的影响。可以满足施工进度、安全质量的要求。所以这种思路可在同类型施工中得到较好的推广和应用。参考文献o“[1]/]280f]。/>G4l三角板G31导向架([2妯、,>,\G37-贞,座(128b)若||>>|/\G38滑架系梁([22b)/图12子盾构设计(3)顶进施工开始后,首先子盾构在油缸的推动下伸人土体,前端锯齿刃脚切割土体下落,深度40cm为宜,作为盾构上土体提前支护,由人工在立柱内挖土,立柱及横梁前端土体挖出应控制在35cm,然后顶进系统推动结构物40cm,钢构部分在结构物的作用下同时推进;同时,启动反拉油缸,带动反拉板与结构物进行反向同速运动,子盾构油缸泄压,子盾构在反拉板作用下缩回箱体,这样保证了路基固定不动,整个支护体系进入路基,支撑路基及顶进前方土体,然后人工配合机械清除中心土,这样就完成了一个顶进循环。[2][3][4][5][6][7][8][9][10]5结束语[12]结合212程实例,简单介绍了既有线桥式盾构法郭国棉.框架桥顶进施工时既有铁路架空加固技术—[J].国防交通工程与技术,2009(1):5356.危君安.桥式盾构在既有线上的应用[J].四川建材,—2009(2):200201.林运唐.道岔区框架桥桥式盾构顶进施工技术[J].国—防交通工程与技术,2015(6):6063,刘英文.大型框架桥下穿既有铁路顶进施工技术总结与探讨[J].科技情报开发与经济,2008,18(32):201—202.柴江明.盾构下穿既有铁路时安全技术措施研究[J].—铁道建筑技术,2015(7):4649.张云琪.框架桥顶进施工中主体结构状态控制措施—[J].国防交通工程与技术,2014(1):6163.张奉春.斜交46。条件下大跨径框架桥顶进既有线加—固施工技术[J].铁道建筑技术,2015(5):5253.李俊.下穿铁路超小斜交角框架桥设计与施工研究[D].长沙:中南大学,2012.燕春.浅谈框构顶进施工中扎头的处理[J].铁道建筑—技术,2014(1):1718.张大虎.下穿铁路框架桥纵横梁加固体系的改进和应—用[J].铁道建筑技术,2012(4):9799.李家稳,韩宝明,施仲衡,等.管棚和盾构法框架桥设计与施工技术的研究[J].铁道标准设计,2009(4):96—100.周黄清.桥式盾构项进施工技术在下穿铁路框架桥施—工中的应用[J].铁道建筑,2012(4):5961.铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2017(06J51万方数据
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