下穿高速公路框架桥“盾构顶进”施工_secret.doc

下穿高速公路框架桥“盾构顶进”施工 1前言 近十年来，随着城市建设不断扩大，许多城市道路必须穿过既有的高速公路。“盾构顶进”为下穿高速公路施工提供了一种新的施工技术，该技术可以在不断道的条件下施工，保证了高速公路畅通，对国家经济建设有重要意义。 2工程概况 郑州市某北路下穿某高速公路立交桥位于某北路K4+310m处下穿某高速公路，夹角73°37′，采用两孔净宽18m、净高6m的框架桥，结构砼厚1.3m，单孔桥长35.5m，上、下行框架桥间净距9.6m，其中车道宽12m，非机动车道宽4m，人行道宽2m。桥内横坡按1%单向坡设计。框架立交桥中心框架上部覆土厚平均2.67m，结构尺寸见下图。该桥采用了“盾构顶进”施工，下面将该施工方法作如下简介： 下穿某高速公路立交桥纵断面图（单位：cm） 下穿某高速公路立交桥平面图（单位：cm） 3“盾构顶进”设计与施工 3.1盾构设计 3.1.1盾构组成 盾构的横向截面成桥梁形，其外廓尺寸与框架桥外廓尺寸相同。盾构由墩柱、主梁、盾壳、子盾构、液压推进系统、辅助机构、六大部分组成，如下图示。 3.1.2作用机理 “盾构顶进”采用了网格式的原理，化整为零，具有如下作用： 3.1.2.1对掘进面的支护作用 在第一节框架桥前装配盾构，作为框架桥带土顶进时掘进面与路基的支护。掘进面开挖分为三个部分： 1、子盾构内开挖 盾构上部设有23个子盾构，将上部开挖面分成了23等分。当子盾构向前顶进时，其上部土方由前端锯齿刃脚切割下落，子盾构承担了上部荷载。视挖掘面土的自稳能力，子盾构作业分先顶后挖、边顶边挖和先挖后顶三种方式。上部子盾构由液压系统控制，单台组错开推进，插入土体中以托住上方，至下一掘进面止。盾构母体随第一节框架桥推进时，子盾构推出部分被掘进面土体阻挡而与盾构母体作相对运动，套回子盾构箱内，完成一个工作循环。 2、墩柱开挖 每个墩柱宽为1.1m，分为4层，每层下部有一块支垫钢板，可将每层封闭成独立箱室。每次仅向前开挖35~40cm，正立面设有1:0.2的坡。一旦发现有坍塌现象，可对这个独立箱室进行单独封闭，不会造成大面积塌方。 3、中心土开挖 中心土采用机械开挖，按墩柱上的1:0.5剪力板线开挖，一般情况下中心土滞后子盾构掘进面5m左右。若中心土自稳能力不强时，可放缓开挖坡度。“盾构顶进”受力的关键就是利用中心土支撑，有两个主要作用： (1)承受上部荷载 上部荷载由覆盖层恒载、汽车恒载和动载组成。上部荷载直接作用在主梁和子盾构箱上，再由五个墩柱传递到基底。墩柱的底面积不大，当地基承载力较低时，墩柱底部不足以承受所有的荷载，但在框架桥顶进期间，先人工挖土开槽，将盾构主梁和墩柱正前方土体挖空，盾构由第一节框架桥推动切入土体中，受力模式就发生了新的变化。高速公路路基经过了分层碾压成形，尤其是紧靠路面结构层下的土体，因长年汽车振动形成了板结层，承载力相当高。“盾构顶进”就是利用这一点，在子盾构箱和第五个主梁下部安装了一块宽2.7m厚16mm的上托板，它紧压在“桥形”梁跨下滞后挖掘的土体（中心土）上，承受所有的上部荷载。 (2)平衡侧向土压力 因框架桥侧墙是垂直的，顶进开挖时就形成了一个垂直的凌空面。当框架桥高度比较高时，侧向土压力也会十分大，容易造成坍塌。当盾构切入土体后，利用中心土的侧向土压力平衡了盾构外侧的侧向土压力。 3.1.2.2顶进过程中的导向作用 顶进时盾构的墩柱底部设有0.25%的仰坡，对通过的土体进行了预压，盾构在前方走出一道轨迹，框架桥沿着这条轨迹前行，并在节与节之间设置8组2扣1的50轨束，作为导向墩，可防止节间错台。盾构的走向完全取决于人工超挖的方向，可高可低，可左可右。导向的秘密在中心土。当上托板的角度增大时，在中心土强大的反力作用下，盾构被迫抬升。反之盾构降低。每个立柱的两侧都安装了剪力板，中心土西侧超挖，东侧欠挖时，盾构向西偏转。相对于框架桥巨大的自重来说，盾构的引导作用毕竟有限，应加强测量观测，当发现框架桥走向不对时及时调整盾构方向。 3.1.2.3对高速公路的保护作用 在框架桥顶进期间，对高速公路产生两种不利影响：沉降和水平位移。要保证顶进期间高速公路畅通，不断道就必须严格控制沉降和水平位移。 1、沉降控制 高速公路沉降主要由两个原因产生：框架桥沉降和土体损失。因土方开挖在盾构的支护下作业，路基开挖的高度和宽度均和框架桥相同，甚至是由盾构周边的刃脚切入，不会造成超挖和土体坍塌。同时在每节框架桥之间接缝处，四周均采用护套钢板进行了封闭，减少了上部土体的损失，也就减少了高速公路路面的沉降。在顶进就位后，立即对框架桥顶部和两侧的缝隙进行注浆填充。 2、水平位移控制