夯管管幕技術(shù).doc

精品文檔關(guān)鍵技術(shù)（鐵道專業(yè)設(shè)計(jì)院地下工程處和德國(guó)TT非開挖設(shè)備制造集團(tuán)）論文摘要本文結(jié)合邢威高速互通聯(lián)絡(luò)線下穿京珠高速公路工程討論采用德國(guó)TT夯管圍幕配合頂進(jìn)式框架地道橋下穿高速公路的關(guān)鍵技術(shù)，提出了在不中斷既有高速公路行車的條件下修筑立體交叉通道的新方式。以“工法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)”為主線，提出了該工法的完整的工序步驟、明確了該工法的德國(guó)TT夯管圍幕施工工藝，介紹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，探討了工法的關(guān)鍵配合工藝細(xì)節(jié)。本文所提出的下穿高速公路關(guān)鍵技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)于不中斷行車條件下穿越高速公路的工程設(shè)計(jì)與施工具有指導(dǎo)意義、并具有較強(qiáng)的操作性。關(guān)鍵詞 德國(guó)TT夯管圍幕 頂進(jìn)式框架地道橋 下穿高速公路 不中斷行車一 問(wèn)題的提出隨著市政道路、高速公路的發(fā)展，新建道路之間的立體交叉越來(lái)越多，而由于高速公路多為不可中斷的干線，所以既往采用的斷道施工方案越來(lái)越受到限制；而采用下穿方案多出于以下幾種考慮：既有道路為高路基、減少上跨結(jié)構(gòu)有利于城市或道路景觀、使線型更趨合理、節(jié)省路橋總體投資。目前不中斷行車的下穿方案多為淺埋暗挖法隧道方案，該工法在下穿高速公路條件下存在缺點(diǎn)較多，主要表現(xiàn)在以下幾方面：對(duì)公路的影響周期長(zhǎng)，相應(yīng)增加了工程風(fēng)險(xiǎn)；在道路運(yùn)營(yíng)條件下施工地面沉降大；結(jié)構(gòu)整體性差，防水存在不可避免的薄弱環(huán)節(jié)；開挖斷面的有效使用面積相對(duì)較小，由于存在起拱，新建下穿結(jié)構(gòu)的道路標(biāo)高被壓低，線型（主要指縱斷面）較差，投資相應(yīng)較大。采用管棚作為超前支護(hù)，配合頂進(jìn)式框架地道橋技術(shù)下穿高速公路的方案能夠有效杜絕或改善上述淺埋暗挖法方案的弊病，但是從國(guó)內(nèi)已經(jīng)實(shí)施完成的幾個(gè)工程事例看，比較明顯的地面沉降并沒(méi)有杜絕，有的甚至對(duì)既有公路的影響比較大。造成這種情況的主要原因是沒(méi)有分析公路路基的特點(diǎn)，簡(jiǎn)單地將用于鐵路的頂進(jìn)法施工地道橋方案直接移植到公路下使用，沒(méi)有形成可靠、強(qiáng)大的路基支護(hù)體系。筆者在主持設(shè)計(jì)的邢威高速互通聯(lián)絡(luò)線下穿京珠高速公路工程中，首次采用夯管圍幕配合頂進(jìn)式框架地道橋下穿高速公路。所謂“德國(guó)TT夯管圍幕”即通過(guò)非開挖夯管法實(shí)現(xiàn)超前管棚系統(tǒng)，由于管棚之間是密排的，并且通過(guò)小肢互相鎖定，圍繞即將開挖的空間形成了能夠完全閉土的超前支護(hù)結(jié)構(gòu)，猶如連續(xù)的隔幕，故此定名，簡(jiǎn)稱“管幕”。該工法適應(yīng)目前公路、道路之間交叉的大部分情況，具有良好的推廣應(yīng)用前景。二 工法概述1 工法的淵源本工法是借鑒了鐵路工程中，在既有鐵路線下修建頂進(jìn)式框架地道橋的工藝。該工法的主要內(nèi)容是：在既有鐵道線路的路基一側(cè)開挖基坑，在基坑內(nèi)預(yù)制地道橋主體頂進(jìn)框架，在框架橋養(yǎng)護(hù)完成后，對(duì)鐵路線路進(jìn)行加固，然后用千斤頂對(duì)地道橋進(jìn)行頂進(jìn)，頂進(jìn)中不中斷鐵路行車，僅采用限速通過(guò)，頂進(jìn)中線路軌道結(jié)構(gòu)通過(guò)線路加固系統(tǒng)向下傳遞荷載，豎向承載對(duì)象依次進(jìn)行轉(zhuǎn)換，分別為：線路及其加固系統(tǒng)框架橋路基。2 本工法與鐵路頂進(jìn)地道橋的比較（1） 載荷不同公路荷載小于鐵路荷載，這是有利與工法實(shí)施的方面。（2） 可托換性的差異鐵路線路系統(tǒng)是通過(guò)鋼軌、軌枕、連接件共同形成的剛性構(gòu)造，在地道橋頂進(jìn)期間，對(duì)線路進(jìn)行加強(qiáng)，一般在每股道的鋼軌之間和兩側(cè)沿縱向設(shè)置3-5-3扣軌縱梁和以工字鋼為主要受力結(jié)構(gòu)的橫縱梁系統(tǒng)，豎向支撐系統(tǒng)的托換明確。公路路基為松散的土質(zhì)構(gòu)造，一旦開挖破壞，必須采取有效措施，使路面荷載有效向下傳遞，由于設(shè)置了互鎖管幕，使路面荷載在豎向的連貫傳遞成為可能，力流路徑為：路面系統(tǒng)基層+墊層互鎖管幕框架橋深部地層。由于荷載實(shí)現(xiàn)了這種從柔性向剛性結(jié)構(gòu)的傳遞，使不中斷行車得以實(shí)現(xiàn)，從而增大了工法的適用范圍。（3） 頂力及頂程鐵路頂橋一般穿越13股線路，主體框架長(zhǎng)度一般不超過(guò)30m，此種條件下頂進(jìn)后背系統(tǒng)每延長(zhǎng)米的頂力在200350t之間（體量超大的地道橋可達(dá)到400t以上，但這種情況很少）。公路一般上下車道多，并且設(shè)置中央分隔帶、連續(xù)停車帶等，路基寬度較大，主體框架長(zhǎng)度一般在30m以上，橫向施頂范圍內(nèi)每延長(zhǎng)米的頂力在350t以上，甚至更多，因此必須采取有效的減阻措施。3 工程實(shí)例介紹（1） 工程概況：工程實(shí)例位于河北省邢臺(tái)市，是新建邢威（邢臺(tái)威縣）高速公路邢臺(tái)南互通立交工程的一部分。工點(diǎn)處京珠（北京珠海）高速公路基本南北走向，雙向4車道，路基高度約5.0m，邢威高速公路東西走向，本地道橋所在的簡(jiǎn)易輔道位于邢威高速公路南側(cè)，走向和邢威高速公路基本平行，需下穿既有京珠高速公路。由于京珠高速公路車流繁忙，工程目標(biāo)為采用頂進(jìn)法施工，在不中斷京珠高速公路行車的條件下，修建頂進(jìn)式框架橋一座，實(shí)現(xiàn)既有京珠高速公路和新建簡(jiǎn)易輔道的立體交叉。新建簡(jiǎn)易輔道的永中與既有京珠高速公路的永中相交角度為90。（2） 地質(zhì)條件橋位處地層為典型沖積型地層，勘察深度地面下13.00m范圍內(nèi)揭露的土層按成因及物理力學(xué)性質(zhì)由上至下分為5層，分別為： -1粉煤灰（路基填料）亞粘土（路基填料） 亞砂土 細(xì)砂 亞粘土夾亞砂土-1細(xì)砂 細(xì)砂框架橋底板作用在亞砂土、細(xì)砂土層上，各揭露地層內(nèi)均無(wú)水，抗震設(shè)防烈度為7度，場(chǎng)地內(nèi)無(wú)液化土層。（3） 橋跨式樣依據(jù)道路總體設(shè)計(jì)，橋體采用單跨框構(gòu)型式，單孔凈跨為11.5m，橋內(nèi)結(jié)構(gòu)凈高度按4.5m設(shè)計(jì)。地道橋主體框架結(jié)構(gòu)尺寸如下：頂板800mm、底板900mm、邊墻900mm、框架總高6200 mm框架長(zhǎng)（邢威公路方向延長(zhǎng)）32110mm框架寬（京珠高速公路方向延長(zhǎng)）13300mm。（4） 夯管規(guī)格鋼管規(guī)格：直徑D=325mm，壁厚t=12mm，長(zhǎng)度L=36.0m；互鎖小肢（槽鋼）規(guī)格：5、6.3，長(zhǎng)度L=36.0m。 德國(guó)TT夯管圍幕和橋體關(guān)系的立面圖參見“德國(guó)TT夯管圍幕和橋體關(guān)系正剖面圖”。4 工法的主要步驟參見“橋體施工工序流程詳圖”。三 互鎖夯管圍幕的設(shè)計(jì)及施工1 德國(guó)TT夯管圍幕的結(jié)構(gòu)計(jì)算假定（1） 德國(guó)TT夯管圍幕按等強(qiáng)度折算成板梁構(gòu)件，承受荷載；（2） 依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，挖土懸空部分按6.0m計(jì)算；（3） 施工期間頂部的夯管圍幕按3邊固定、一邊簡(jiǎn)支計(jì)算；（4） 施工期間公路荷載按“汽-超20”級(jí)考慮。2 管幕互鎖設(shè)計(jì)為提高管幕各管體之間的聯(lián)系，采用互鎖小肢形成的公母接頭進(jìn)行可靠連接，細(xì)部設(shè)計(jì)參見“互鎖小肢連接大樣圖”。3 德國(guó)TT夯管圍幕的施工（以邢臺(tái)南互通立交工程為例）（1） 在高速公路西側(cè)開挖工作基坑，作為框架橋預(yù)制的場(chǎng)地；在高速公路的東側(cè)設(shè)置工作坑，以施工管幕，西側(cè)的框架橋預(yù)制基坑兼作夯管的接收工作坑。（2） 依據(jù)夯管的長(zhǎng)度、精度、地質(zhì)條件等，確定所需要的夯擊力，夯進(jìn)設(shè)備采用TT350夯管錘（德國(guó) Tracto-Technik 公司產(chǎn)品）。該設(shè)備最大夯擊力達(dá)到682t/次，沖擊次數(shù)220次/分，體積較小，工作簡(jiǎn)便，具有良好的抗疲勞性，性能穩(wěn)定、可靠。（3） 夯進(jìn)完成的鋼管中需灌注C25豆石混凝土，以提高管幕的剛度，為減少空隙，在混凝土中摻入膨脹劑，并預(yù)留注漿管，在灌注混凝土完成后，壓入純水泥漿。（4） 在夯進(jìn)鋼管過(guò)程中，為避免路基下土體因震動(dòng)而松弛，在路基夯進(jìn)的一側(cè)，可采用噴射混凝土封閉路基臨空面；在對(duì)側(cè)（即夯管接收側(cè)）打入豎向密排的工字鋼，接收面采用噴射混凝土封閉路基。通過(guò)以上措施，減少土體的臨空面積，提高土體的密實(shí)度，對(duì)后步工序有利。（5） 為控制夯管的精度，在夯擊立面上，布設(shè)了3根大直徑（D=630mm）的定位管。四 工法的其他主要技術(shù)要點(diǎn)1 頂進(jìn)施工（1） 在基坑后端設(shè)置頂進(jìn)后背，用頂鎬進(jìn)行頂進(jìn)，頂鎬應(yīng)布設(shè)均勻，并有足夠的儲(chǔ)備。（2） 在管幕和橋體前方設(shè)置的刃角保護(hù)下進(jìn)行挖土作業(yè)。（3） 施工間隙較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)綜合測(cè)量結(jié)果，對(duì)開挖的掌子面噴射混凝土進(jìn)行臨時(shí)封閉，以提高土體抗松弛的能力。（4） 減少管幕懸空長(zhǎng)度是實(shí)現(xiàn)計(jì)算模型的必要施工環(huán)節(jié)，采取吹砂工藝填充框架橋頂板和管幕之間的空隙，防止出現(xiàn)過(guò)大的懸空長(zhǎng)度。（5） 施工中必須做到“短進(jìn)尺、快頂進(jìn)、勤量測(cè)”，各工序、工種之間應(yīng)做到組織嚴(yán)密、高效協(xié)調(diào)。（6） 開挖正面土體時(shí)，宜先開挖兩邊，后開挖中心區(qū)域的土體，提高土體的自穩(wěn)性。2 工程輔助措施（1） 頂進(jìn)過(guò)程中應(yīng)對(duì)通過(guò)車輛進(jìn)行限速，車輛通過(guò)速度不大于25km/h，以減少車輛的沖擊荷載，并保證施工現(xiàn)場(chǎng)的安全。（2） 為提高管幕在橫向的剛度，在公路中央分隔帶內(nèi)和兩側(cè)路間設(shè)置工字鋼橫梁。（3） 在地道橋的頂進(jìn)前端設(shè)置抗移樁，提高管幕、路面的穩(wěn)定。（4） 頂進(jìn)過(guò)程中應(yīng)在路面上鋪設(shè)鋼板，鋼板上焊接鋼筋。目的是將地面荷載進(jìn)行分散，有利于防止橋體頂進(jìn)中造成扎頭；另外對(duì)車輛安全通過(guò)有利。框架橋頂進(jìn)就位后，應(yīng)及時(shí)撤除鋼板，恢復(fù)路面。（5） 頂進(jìn)后對(duì)橋體周邊的土層進(jìn)行注漿加固，回填縫隙，保障路基的穩(wěn)定。（6） 進(jìn)橋體兩側(cè)、高速公路下的路基進(jìn)行加固硬化處理，避免因路基剛度的變化，產(chǎn)生跳車現(xiàn)象。（7） 橋體施工完成后，對(duì)高速公路的路面進(jìn)行必要的鋪設(shè)路面結(jié)構(gòu)處理，消除因開挖、頂進(jìn)造成的路面局部缺陷。五 結(jié)語(yǔ)1 隨著工法的實(shí)施、成熟和推廣，有必要進(jìn)一步深入工作，制定相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程、規(guī)范，以利于設(shè)計(jì)、施工的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。2 有必要制定相應(yīng)的定額指標(biāo)體系，采取有效措施的降低工程造價(jià)，為業(yè)主提供控制投資的依據(jù)，以便先進(jìn)技術(shù)的推廣和應(yīng)用。3 非開挖工藝在國(guó)內(nèi)市政、交通工程領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，追蹤和應(yīng)用國(guó)際先進(jìn)工藝、設(shè)備，提高國(guó)內(nèi)的施工水平十分必要。參考文獻(xiàn)1. 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50220-95）2. 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范（CJJ37-90）；3. 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)城市橋梁設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（CJJ 11-93）4. 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTG B012003）；5. 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ013-95）；6. 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTJ021-89）；7. 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ024-85）；8. 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