涵洞顶进施工技术

教师授课教案

2016/2017学年第2学期课程：桥梁施工技术

教学过程：（主要教学环节、时间分配）

1.复习5min

2.顶进法概述20mi n

3.顶进施工设施15min

4.箱涵顶进施工30min

5.恢复线路15min

6.小结及作业5mi n

重点难点：箱涵顶进施工

教学方法、手段：启发式讲授、结合工程实例讲授

课后作业：补充

教学后记：

教师签名：_______________ 审核：_________________ 复习：

涵洞类型、构造及施工技术

引入：顶进法是地下建筑物施工的一种基本方法，在不中断地面交通的前提下，将预制好的涵管或箱体，采用机械力量顶入地层中。此法适用于穿越公路、铁路、河流、建筑物、街道的各种桥涵、地道、地下管道等。本次课着重介绍一下箱涵顶进施工方法。

正课：

一、概述

1.顶进法分类

按施工工艺的不同，顶进法可分为一次顶入法、对顶法、对拉法、顶拉法、盾构法、格栅顶进法等。在顶进施工中应优先考虑整体顶进，限于各方面的原因不能整体顶进时，

考虑分节、分体顶进。采用整体顶进时，其长度宜小于30 m,当大于30 m时，宜在纵

向分节，采用中继间分段顶人法。涵洞的施工放样

2.顶进法方案比选

在顶进施工中，顶进方法有多种，施工中应依据现场调查，结合所需顶进的结构形式、尺寸、施工技术水平、工期、机具设备能力等综合研究，经过技术能力和经济投资

综合比选后采用合适的施工方法。

1）在选定施工方法之前，应对以下几方面作充分调查：

（1）地形、地貌及工程地质、水文情况；

（2）是否有需要拆迁的建筑物；

（3）铁路路基及工作坑中是否埋置有管路、电缆、光缆及其他障碍物，明确其位置、

结构以及使用情况；

（4）施工场地交通运输及供水、供电等情况；

（5）现有平交道的交通运输情况及铁路的运行情况；

（6）周围地面及铁路排水情况。

二、顶进施工设施

（一）工作坑

工作坑是地道桥顶进施工的临时结构，应在确保铁路行车安全和顶进施工质量的前提

下，力求减少加固支撑材料，降低成本消耗。

1.工作坑降排水

施工降排水工作应在工作坑开挖前进行。工作坑表层土质为黏性土，四周渗水量小且具

备自流排水条件时，可挖排水沟，以自流方式排除地表水和雨水。若利用排水沟排除地下水，

如土质较差时，沟槽应进行加固。

当工作坑较深，自流方式有困难时，则采用排水沟与集水并相结合的方法，将地下水及

坑雨水经排水沟汇集到集水井，用水泵抽走。

2?工作坑设置原则

①工作坑应根据线路情况、现场地形地貌及施工需?要，在保证排水和安全的前提下，

选择

施工场地宽敞、供料和出土方便的一侧，并优先考虑地道桥下坡顶进为宜。

②靠铁路一侧的工作坑边坡坡顶与最外侧铁路中心线的距离不得小于 3.5m，边坡的

坡度应小于1:1,其余边坡坡度宜为1 : 0.5~1:1.25。对不稳定土层或雨季施工的工作坑边坡应进行抗滑稳定性验算，边坡不稳定时应先加固，后开挖。当坑边的建筑物基底压力线进入工作坑，或工作坑的边坡不能按规定开挖时，应采取加固措施。

③工作坑的尺寸应根据地道桥的长度、宽度、后背尺寸和作业空间来确定，并应在底板

和后背间留出2~3m布置顶进设备的位置；桥体两侧可视结构高度、模板支设方法、混凝土浇筑方案、排水情况等预留2m左右的工作宽度；箱体前端应预留出安置刃脚和箱体空顶的位置，还应绘制工作坑的平面图及剖面图。

④工作坑基底的承载量应满足预制箱身及顶进施工的要求，如土质松软时应对基底进行

加固处理。

⑤工作坑运土坡道应避开后背土体顶进受力围，如条件限制不能避开时，坡道边坡应进

行支护加固。

⑥工作坑不仅要确保顶进施工工艺要求，还应结合引道工程的施工工艺要求一起考虑，

这样才能更有效地保证铁路行车安全。地道桥工程中许多险情的发生往往在地道桥顶进就位

以后，就是因为没有很好地考虑引道工程施工的工艺要求而引起的。

(二)滑板

滑板是顶进工艺极为重要的设施，主要作为预制箱涵时的施工垫层及顶进起动时与基底

土的隔离层，使箱涵结构物在浇筑混凝土过程中不致产生不均匀沉降，并防止箱涵结构与其

底面以下的土粘结影响起动顶进。

1?滑板的技术要求

(1)滑板应满足预制箱体所需的强度和刚度，以及顶进时的稳定性要求。可根据地基承载能力、箱体重量和顶进方法选用钢筋混凝土滑板、混凝土滑板、砌筑片石滑板和灰土滑板等。根据土质情况，滑板底部可设碎石和灰土垫层。

(2)滑板中心线要与箱体顶进中心线一致，并有较高的平整度，表面用1:3水泥浆压实抹光，以减小顶进阻力。

(3)软土地基为提高滑板的抗滑能力，以保证箱体顶进时不会被带走，应直接在其坑

挖槽浇筑混凝土锚梁。

(4)为预防箱体顶进"扎头”和偏移，一般在浇筑滑板时设有1%5 %o前高后低的仰坡。

(5)滑板前端轴线方向钢筋应有端头，板前预留出至少30 cm以上的预留筋，以便在接长滑道板时连接接长滑板纵向筋。

2?滑板的结构形式

(1)滑板与后背梁连成整体这种形式滑板承受的拉力沿顶进方向逐渐减少，最大可

能断裂位置通常在滑板与后背梁连接处。为保证滑板与后背梁的整体性，一般应配置钢筋，设计

成钢

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备注筋混凝土结构，从而使滑板与后背梁共同承受顶力。

(2)滑板与后背梁分离

这种结构形式的滑板在靠近后背梁一端受力最小，沿顶进方向至箱涵尾部滑板承受的拉

力逐渐增大。在箱涵尾部到滑板前端这一段围，因受润滑、隔离、顶进中高程等施工质量的影响，致使滑板顶

面、底面摩擦力的分布变化较大，给滑板的计算带来了很多困难。

3?润滑隔离层

为了能使预制好的箱涵在滑板上顺利地起动顶进，要求箱涵不与滑板粘连。为此，应在

滑板上设置润滑隔离层，从而减少顶进阻力，减少顶进时可能出现的结构损伤、偏移等事故。

润滑隔离层是由润滑层和隔离层两部分组成。目前施工中常用的润滑剂有机油、石蜡、滑石粉、黄油

等，其中以石蜡效果较好；隔离层有塑料薄膜、油毡纸?、油毡布和水泥砂浆

抹面等，其中以塑料薄膜应用较为普遍。

(三)后背

后背是顶进施工中的重要设施，它承受顶进时的水平顶力，要求有足够的稳定性与刚度，

当最大顶力发生时后背不能产生过大弹性变形和移动，更不能顶垮，否则就会把桥顶偏，甚

至不能继续顶进。但它又是一个临时结构，所占造价比重较大，若过分安全也是浪费，因而还要力求节约。

后背位于工作坑后部，是顶进施工时千斤顶的承力面，承受顶进时的水平反力。后背和滑板是临时构筑

物，但对顶进施工十分重要，应根据顶力大小、地形地貌、土质、机具设备及运输等条件来选定。但必须安全

可靠，以确保顶进施工顺利进行。

1?后背的类型

①重力式后背

重力式后背通常由浆砌片石或钢筋混凝土做成，如图所示。浆砌片石后背一般都在挖好

工作坑后接着修筑。墙背后若为填士，应分层夯实压密，保证填土摩擦角大于30。顶进完

毕后，片石拆作他用。此种后背施工简便易行，造价较低，常用于后背单位长度顶力不超过800 kN/m的小型桥涵，特别在复线改造工程中工点多而分散、设备少的情况更为适用。有时由于片石来源缺乏，也有用少筋混凝

土修成厚0.8?1.0m、高2.5?3.0m的后背。

2.板桩式后背

板桩式后背由各种类型的型钢、后背梁和后背填土组成，如图所示。板桩可采用钢轨、工字钢、槽钢和

钢板等。在大型工程中，大多采用此种后背。打入钢板桩后桩顶应设拉锚，然后开挖工作坑，亦可在工作坑形

成后埋桩。板桩式后背需占用较多钢材，还需打桩设备，一般情况下造价较高。

3.钢筋混凝土拼装式后背

钢筋混凝土拼装式后背主要由各种钢筋混凝土预制件组成。其优点是可以提供比重力式后背更大的顶

力，组装简单易行，可以反复使用，常用于工点相对集中、需要较大顶力，有起吊、运输条件的施工现场。

顶进桥涵小，所需顶力小，所处地质条件好的顶进施工中，也可借助现场条件，采用天然后背。

三、箱涵顶进施工

箱形桥顶进施工的程序为：试顶一调整一挖土顶进一顶进就位一拆除顶进及加固设备一恢复线路。顶进

作业一旦开始应连续施工，各工序间应密切协调配合，并采取施工及铁路营

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备注运的安全措施。

（一）准备工作

1.线路加固的检查

顶进工作的顺利进行，首要条件是保证铁路行车的安全，因此在开顶前必须对线路加固

的质量进行检查。如加固是否符合设计图纸的要求，加固部件有无侵入限界的情况，加固扣件是否有松动脱

落，工字钢与既有线钢轨接触处的绝缘是否良好等等，都必须引起施工人员

的足够重视。

2.顶进设备的检查

顶进设备主要是高压油泵、千斤顶和顶铁。安装前应加以整修并做压力试验。油压管路

安装完毕后，要进行试运转，检查压力能否达到规定标准，油管是否漏油，顶铁的长短规格、

数量配置是否符合施工要求。

3?箱涵外表的润滑处理

对桥体结构和后背应进行全面检查，验收桥体和顶面保护层混凝土强度应达到设计要

求。箱涵外表涂以石蜡及机油（4:1）熬制而成的润滑剂。熬制温度夏季为120C—150C,冬

季为150C—180 C,趁热涂刷，使其渗入混凝土孔隙以保证不易擦掉或剥落以减少摩阻力和加强混凝上的防水

性能。

4.降低地下水位

地下水处理不当必然给施工增加许多困难。尤其在顶进中，因基底土壤被水浸泡变软而造成

箱涵下沉或严重坍方，甚至影响铁路安全和工程质量。因此，当箱涵底板处在地下水位以下时，必须采取降水

措施。在箱涵顶进中，按规定地下水位应降至箱涵底面以下0. 5~1.0m ,

严禁带水作业。

5.故障处理措施及材料的准备

“扎头”是桥涵顶进中较普遍出现的问题，在软上地基尤为严重，因此要求预先拟定处

理措施。一般可以选用的有：换填土壤?、打短木桩加固土壤、铺设预制钢筋混凝土板或废钢筋混凝土轨枕

等，根据选用的方法准备好所需要的材料。

6.安装观测仪器

为检查箱涵是否在顶进中按预定位置走行，千斤顶每顶进一个行程应用仪器测量箱涵的

中线位置与水平高差，以便及时采取调整措施。

7.启动试顶

箱涵启动是使其与滑板分离，也是对顶进设备及后背的一次检验。桥体开始启动，即开

始不切土的空顶，空顶时顶力一般较小，在没有使用减阻措施的情况下约为箱涵自重的20%

~40%。启动时，油泵应逐渐加压，每次升压后还要稳定10mi n,并对设备及滑板、后背梁

等发生的裂缝情况，进行检查。

在加压过程中，如发现油压突然下降，则表明箱涵已与滑板脱离。倘若在起动顶力的作

用下，发现后背的变形与设计顶力出人较大，则应立即采取加强措施，以避免在顶进中后背破坏，造成施工

上的困难。

备注箱涵起动后，开始为不切土的空顶，但此时需要注意控制好箱涵顶进的方向，切不可麻

痹大意，以免产生较大偏差造成纠正困难。顶进桥涵施工在做好各项准备工作后，应以最短

时间顶完，组织快速施工，为此要求做到：

(1)合理安排施工工期，要尽量避开雨季和冬季。因为雨季增加顶进困难，而冬季不但要增加防寒保温

费用，而且工程质量也不易保证。

(2)做好施工组织计划。根据实地调查情况，研究施工方案，布置施工场地，编制出详细的施工组织计

划。

(3)挖、运土工序与顶进密切配合，措施得当，组织合理。

(4)加强组织指挥，及时解决设备、技术问题。

(二)顶进施工作业

开镐顶进是现场顶进工作的中心环节，每次开镐前应检查油泵等液压系统有无故障，挖

土部位及尺寸是否符合要求，顶铁安装是否合格和后背变形情况有无发展等。这些方面倘若

有一个环节发生问题，都会给顶进带来困难，甚至造成事故。

顶进工作的过程是：当前方刃脚处挖土完成一个顶程后，即开动高压油泵，使千斤顶产生顶力，通过传

力设备(顶铁、顶柱)，借助于后背的反作用力，推动箱涵前进。箱涵前进后，用拉镐将千斤顶活塞拉回复原

(如用双作用千斤顶时则可自动回镐)，然后在空挡处填放顶铁，以待下次开镐。如此循环往复，直至箱涵就

位，顶进结束。

顶进应利用列车运行的间隙进行。为了保证安全，应在顶进施工人员和线路防护人员之

间，临时安装、电铃和信号灯等。规定一定的联络办法，以密切配合，步调一致。

1.试顶

试顶是箱桥顶进施工必不可少的步骤，它可以检验顶进设备液压系统是否正常有效，后

背是否稳固可靠，测得箱身启动顶力数值等，以利改进调整，为更主动地把握后续顶进作业

做到心中有数。

2.挖运土

框架桥涵的顶进速度主要取决于洞的挖、运土速度。故应尽可能为挖、运土创造条件，提高效率。由于

箱涵高度一般在6m左右，故人工挖土宜分成上下两层进行，即在箱涵设置挖土平台一中间平台。

中间平台的构造可分为钢质和木质两种。采用钢质平台，可直接安装在箱涵的预埋螺栓

上；采用木质平台时，则安装在箱涵的端部侧墙预埋螺栓固定的型钢上。跨度较大的箱涵为了增加平台的跨

度，应设置中柱或支架。当使用机械挖土时，可不设置中间平台。以下为顶进开挖操作要求。

（1）挖土应在列车运行的间隙时间进行，每米工作面上宜布置1~2人；每次掘进尺应根据土质情

况决定，一般约为20~50cm,在松散的或软塑性的土层中顶进严禁超挖，必须保

证刃脚切入土层不少于10cm。切土顶进有利于顶进方向的控制。

（2）按照侧刃脚坡度及规定的进尺应由上往下开挖，侧刃脚进土应在10cm以上。开挖

面的坡度不得大于1：0.75，并严禁逆坡挖土，不得超前挖土，严禁扰动基底土壤。挖土时应掌握土坡的平

整，并保持与刃脚坡度一致，或根据路基土质情况选用适当坡度，严禁出现

倒坡，以保安全。