盾构法顶涵施工工艺技术要点

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摘要：“桥式盾构法”（以下简称“盾构法”）是一种较为先进的顶涵施工方法，是在保留传统顶涵施工、桥涵结构路侧预制工艺的基础上，对结构顶进支护方法进行了重大改革，将明挖开槽改为地下暗挖盾构支护，暗挖推进减低了施工对行车的影响。

关键词：盾构法线路防护 施工监测

盾构法的概念

“桥式盾构法”（以下简称“盾构法”）是一种较为先进的顶涵施工方法，是在保留传统顶涵施工，桥涵结构路侧预制工艺的基础上，对结构顶进支护方法进行了重大改革，将明挖开槽改为地下暗挖盾构支护，暗挖推进减低了施工对行车的影响。

盾构由钢柱、钢梁、盾壳、子盾构、液压推进系统、辅助机构六大部分组成。装配在第一节框架桥前端的盾构，作为带土顶进时掘进面与路基的施工支护，同时也担负顶推导向。

根据不同地质情况设计盾构长度以确保中心土天然支护作用是“桥式盾构法”的关键。盾构的横向截面成简支梁桥形，其外廓尺寸与刚架桥外廓尺寸基本相同，“桥形”梁跨中滞后挖掘的大断面土体（中心土）从盾构入土直到出土前均保持1∶0.75坡比，并滞后子盾构掘进面一段距离开挖，它与盾构共同平衡周边土压，成为掘进面的强大支护体系。

盾构母体中的子盾构由液压系统控制，单台组错开推进，担负减阻板的牵引及掘进面的小断面化。增强了开挖面的稳定性，被牵引的减阻板则将上部摩擦力分散。刚架桥推进前顺坡清除底板前方部分中心土体，盾构母体随刚架桥同步推进时，子盾构原推出部分被掘进面土体阻挡与子构箱体作相对运动，套回箱内，完成一盾构掘进工作循环。

施工工序

施工方法及工艺要求

盾构法顶涵施工，施工前期工作与普通施工方法相同主要为以下几个方面：施工准备、基坑开挖及滑板制做、框架箱身预制、后座制做,下面主要就盾构的安制、掘进、监测及线路防护等几个方面进行论述：

（一）盾构制安前要注意以下几点

1、框架桥几何尺寸修整

框架桥前端面为盾构止推梁、柱推力传递面。其不平整度将影响止推梁及相关柱的受力状态，不均衡受力可能造成盾构变形与偏向推进，影响安全和破坏盾构的导向功能。所以在盾构安装前必需对刚架桥前端面进行检测、修整。同时也应对刚架桥外廓几何尺寸进行严格检查，对跑模较严重部分进行必要的修整来减低推进阻力，刚架桥各表面的整体平整度还直接影响线路沉降控制的效果。为此：刚架桥边墙不允许误差>3cm，刚架桥顶面不允许误差>1cm。其检查方法可采用仪器与拉线，对凸出部位采取凿底后再补平，对较底部位则先凿毛再水泥砂浆补平。

2、刚架桥底部润滑层效果确认及预顶

采用“桥式盾构法”施工，框架推进时增加了盾构阻力，该状况在框架初动时会较明显。盾构安装前必须预先将框架推动相应行程，以确认滑板无粘连，可保证盾构安装后不因滑板粘连而又撤除。试顶方法为：使用油顶推动框架桥，行程3cm。预顶也是后座保护措施之一。

（二）桥式盾构制做安装

1、盾构墩柱底板基底处理

在确认底板无粘连后，在路基边坡下按框架桥轴线放出盾构各墩柱底板开槽边线,开挖槽宽1.5m,槽长6.6m，槽深至框架底面下10cm。槽基底进行硬化处理。硬化层坡度视现场开挖地质状况而定，硬化材料采用C20素混凝土，厚度平框架底。当地基承载力达180kPa以上时墩柱底板地基可不作硬化处理。

2、盾构墩柱安装

将墩柱底板放入基槽中与预先埋设于框架桥前端预埋托板平整焊接,焊缝为v30°坡口,焊接前应复测底板坡度，并确认满足要求。施工人员充足时，所有墩柱可同步平行作业。以减少吊机台班费用。

墩柱下托梁按底板轴线平行等分安装，下托梁与底板连接焊缝以受压为主，剪应力小，可采用每焊接10cm空20cm不焊的间断焊，为防下托梁在焊接过程中发生偏斜应采用两侧同步对称焊接。

立柱吊装前，应在预先搭设的工作平台上采用钢管脚手制做立柱定位架，在立柱安装时起安全及临时定位作用。将各条立柱的设计位置事前吊垂线标记于下托梁及定位架上可极大程度提高墩柱安装进度与质量。当盾构墩柱安装基本就绪时，视情况对边坡槽进行简易支护以确保路基稳定为原则。

墩柱上、下托梁安装时必需注意：与线路斜交，盾构墩柱托梁不在同一水平面上，其各托梁高差值为基坑滑板坡度换算可得，由盾构设计人现场确定。

3、盾构主梁安装

桥式盾构所用主梁在地面临时平台上精心制做，由于该主梁除上方负载外，还与盾构顶板共同承担框架桥推进时的轴向力传递，因此，设计刚度较大。安装时先测量标记定位线于墩柱上托梁上，然后由起吊能力大的吊机分榀吊装就位。其梁垫在测量人员配合指挥下安装，各榀梁的顶面高度需按设计要求进行调配。

4、子盾构箱体制做安装

为加快制做速度与合理安排劳动力，子构箱从母构体两侧做起向中间发展，合拢后按实际尺寸制作非标型子盾构。子构箱下托板需在临时设制的托架上调校后与第一榀盾构主梁下托板进行对接，其横向受压焊缝允许采用间距不大于30cm的双面间断焊，纵向受剪、受拉焊缝却必需采用x60°坡口双面满焊以保证焊缝牢固度。便于总体吊装的工地现场，子盾构箱可在就近工作平台上制做，采用机械整体吊装。

子盾构导向架各组件均在平台上靠模中统一标准制做，安装时采用定位装置定位焊接，导梁滑道与子盾构配合间隙设计为4mm，误差允许±1mm，子盾构箱制做完成后，将尚未编号子盾构进行试配，要求子盾构装入箱后无卡滞现象，空载时以人力可推动为宜。装配完成后进行编号与滑道注油。

子盾构箱底板厚20mm,盖板厚16mm，板面靠前端均倒有上刃口，底板刃口为铲除土体欠挖量用，箱盖板刃口为防止减阻板卷曲之用，导向架用料I28B，要求材料平整无扭曲变形。

5、盾构外壳制做安装

盾构外壳钢板均采用16mm厚钢板，其盾构尾部长30cm套在框架桥前端，作相互制约用。盾构外壳安装后其总宽值大于框架桥总宽约32mm，由此间隙来降低顶推过程中框架桥两侧与土体产生的摩擦阻力，并有效地减小两侧土体的摩擦位移现象。超宽造成的土损失在刚架桥顶推到位后进行压浆补空，也可在顶进时压注水泥浆，以避免路基出现沉降。

盾构外壳顶面板采用16mm厚钢板满敷，左右两边与盾构边板焊接，顶板底面与主梁间梁撑焊接。安装时高于框架桥4mm以留出顶面扁铁焊接位置。顶板敷设后需对整体平面进行检测，不平整度高差应小于3mm，如大于3mm则应检查调整。

6、顶力设置

1)子盾构顶力设置

子盾构是桥式盾构母体中对上部掘进面进行有效支护的重要部分，在不同土层中采用不同的推进方式来保持掘进面的稳定。连续框架根据盾构总宽，设多台组子盾构，各组间隔750cm(其中一组按剩余实际尺寸制做)水平布置。

每台组子盾构内布30t双向作用液压顶2台来保证子盾构的推进、切土能力，子盾构推进的同时，牵引框架桥顶面铺设的减阻板。每台子盾构中共需两台油顶，由2套液压泵站操纵控制，（中间连续框架每孔配备1套）该液压系统中设有高压截止阀，用以控制子盾构单独运动或间隔群体运动。严禁相邻子盾构同步推进，造成减阻板上部覆盖土应力集中被剪切破坏，使线路产生水平位移。

2）框架桥顶力设置

a、桥式盾构母体与刚架桥采用铰接，盾构外壳套入桥体长度为30cm。当框架桥被推进时盾构亦被框架桥同步、同方向推进。

b、顶位处布置单向作用多台油压顶，其中几台液压泵站采用并联方式操纵控制，以解决单泵流量过小推进缓慢问题。

（三）掘进

刚架桥工程采用桥式盾构法施工，掘进时，每组子盾构由1名工人配合修整掘进面、出土以及盾构母体推进时对子盾构套入箱体状态的监视。如果出现意外能及时通报控制台而中断事故发展。子盾构允许单次推进行程30～40cm。

子盾构作业为人力配合机械,视挖掘面土体的自稳能力而定,有先顶后挖、边顶边挖或先挖后顶的三种掘进方式。采用何种形式，由工程技术人员决定，液压操纵班按令执行。子盾构推进时,其上部土方由前端锯齿刃脚切割下落。作业基本处线路板结层，工人可视情况申请采用气动风镐掘土。

盾构墩柱设计为多层，每层土体由1名工人完成掘进，每组墩柱由4人担负出土、顶推监视工作。挖掘标准为墩柱的外廓尺寸宽与前进方向30～40cm长。

大断面中心土采用挖机掘进与装车，自卸汽车外运弃土。为缩短顶进期。掘进时，机械将框架桥前滞后的中心土挖去相同长30～40cm距离，并采用接力方式推进各节框架桥同一距离为一顶进工作循环。

顶进到一定程度时为防止传力柱横向分力引发起拱甚至飞扬伤人，在传力柱上方设置轨束梁反压或增设分配梁。传力柱方向应预留余土运输通道。

线路安全保证措施

线路沉降是由土损失、土干缩、及土运动所造成，本工程的关键所在就是路基的利用与保护，它需要从框架结构预制、盾构制做、掘进、纠偏、减阻、注浆填充等各环节精益求精的施工过程来控制水土损失，全套控制措施的有力实施才能确保线路沉降受控、列车行驶安全。

（一） 线路加固及日常养护

1、线路简易加固

纵向轨束梁采用P502+3扣，每股道轨外侧各一束，股道束间中心距为3.1m,纵向轨束需摆设平稳，两线间高出的道碴应耙走、耙平。线路外侧纵向轨束位如过低，则应垒高道床边坡加以垫平。两侧轨束面应在基本轨底面下20cm，以确保下一工序横向轨束能顺利穿越基本轨底为准。每相邻纵向轨束间隔距应大于3m。较大的轨束距安装时对原线路不会造成影响，可利用方便时提前完成。简易加固属线路双重保险工作，轨束下为无限支点，间隔距大，保护范围相应也大。

纵轨安装时每根接头相错1.5m以上。所有轨束卡箍均靠近接头安装，并认真锁紧。纵横轨束安装均按标准设置安全防护员，钢轨过线路派人持木枋保护线路，以防造成“红轨”。

纵向轨束长度L，以超出框架每侧不少于5m即可。

横向轨束单束不短于4m，采用P501+2相扣，每隔2条枕木设置1束，并与纵向轨束锁紧。横轨束安装均按标准设置安全防护员，如无条件采用封锁穿轨，则利用列车间隔时间作业，采用隔5穿1的调作法作业。钢轨过线路派人持木枋保护线路，轨束过基本轨底采用绝缘材料隔护，以严防“红轨”事故。

轨束安装完毕，在横向轨束与基本轨间对插木质密实的木楔，以利于顶进期间快速微调线路水平。

2、线路日常养护

施工期间，由专职线路工、防护员（包括驻站联络员）、普通工，共同组成线路维护班。对线路进行日常养护，安全防护，办理相关手续。线路加固与意外情况，从其它工班抽调人员会战。线路养护作业标准，按现行工务线路大维修规则标准执行。

顶进期间，工地负责人不得离开工地，跟班督促检查，确保顶进顺利，线路状态良好。驻站联络员与工地使用移动电话联络，列车到达前10分钟停止顶进。线路人员下线前复查线路，清理现场，列车通过后恢复正常施工。

线路工在每次顶进停止后，第一时间对正在穿越线路进行水平、轨距测量，对线路变化不管大、小，有变即修，决不拖延。不管是否顶进，线路养护人员必需对线路进行一列一检，确保行车万无一失。

施工监测及纠偏

框架桥推进施工的全过程中，盾构及框架桥运动中线、水平的测量非常重要，工程技术人员将每一顶进循环的测量数据绘制成框架桥推进轨迹图进行分析研究，用于科学指导框架桥的掘进与纠偏。

1、子盾构箱托板前后高差：

抽检各中心土中部台组，每天1次并换算成绝对高程。

2、墩柱滑板前后高差：

每工作循环，所有墩柱全测并换算成绝对高程。

3、墩柱轴线：（相对第一节框架桥实际轴线的平移线）

交接班前后测，每班2次，共4次并标示与第1节刚架桥实际轴线相对误差。

4、框架桥轴线：（各节与初始位置的相对变化）

测量并标示本次偏移值和累计偏移设计值。

5、框架桥高程：

测点设于各节桥内靠顶板倒角处，每节分桥前、桥后4个点,各点基本成90°关系，并换算成绝对高程。

6、线路沉降监测点：

复核各线路轨顶及路肩标高，作好初始记录，以便线路交验前将线路恢复至初始值。

7、顶进纠偏

盾构纠偏是掘进人员（包括挖机司机）按指挥人员发出的掘进指令，对子盾构、墩柱底板下及两侧土体进行超挖或欠挖土，不停改变各部位土应力来完成。

框架桥左右方向的纠偏为利用所布油顶非均衡使用来完成,水平高程纠偏为调整桥式盾构运行轨迹来达到效果。另外在地基承载力低于150kPa地段还需采取与传统工艺相同方法；在刚架桥底板下作换填或加密土壤、压桩等措施来完成。

桥式盾构法施工特别强调事项

1、盾构设计、制做

盾构体是框架桥顶推期路基掘进的临时支护及导向装置，设计时不可违背其中心土平衡原理。盾构长度应不小于刚架桥断面总高，宽度大于刚架桥断面总宽，主梁间分跨一般为3～4m。

盾构几何尺寸必需标准，各部分连接可靠。使用期间尽可能小的变形方能保证使用效果。

2、滑板质量标准

基坑开挖如采用机械则应保留人工修整层，切忌破坏基底。滑板厚度应结合地基实际承载力考虑，其平整度要满足于滑板制做一条中要求。不平整的框架桥底板，顶推全过程将不同程度地破坏地基，基坑滑板的任何不足都给顶进工程埋下隐患。

3、后座

桥式盾构法为保证大型运输车辆出入框架桥，液压油顶均按桥底部两侧布置，也利于液压纠偏。后座两侧应力较中部大，故后座设计宽应为桥宽的1.2倍以上方能满足宽限要求。

4、顶进挖土

1）子盾构掘进面挖土应按当日书面技术交底，并按有经验的当值施工员要求进行，错误的开挖将导致路面沉降量增大。

2）中心土的滞留长度及挖掘量应根据土层性质而定，任何情况下放坡量不可小于1∶0.5，盾构墩柱两侧均设有剪力墙板,其斜边按1∶0.75设置（视土质情况定）,通常应以此标线向前延伸30～40cm长，为中心土掘进控制线。为确保中心土的土压平衡能力，掘进时严禁超挖。

3）盾构为刚性焊接体，在推进中有可能因局部应力集中造成焊缝炸裂，故顶推作业时机械应停止作业，工人不得高声喧哗及发出金属敲击声，以利声响判断。另外高压力顶推易产生强大破坏力，顶推时有条件远离液压装置及传力柱的人员必需撤离，以防意外事故。