地下通道顶进法的结构设计

摘要：通过对采用顶进法的地下通道的设计实例,论述了如何在既有铁路线下采用顶进法施工地下通道,并保证铁路不间断运行。

关键词：地下通道 顶进法 结构设计

1工程概况

本地下通道工程位于某厂区内的熔铸车间与挤压车间之间,北起熔铸车间内部,依次穿越现有厂区道路及厂区内部铁路,南接入挤压车间内。总长度约125m,采用一组箱形双孔连续框架通道。净宽为4.3m+4.3m,净高为5.565m。框架通道的底板标高相同,并在底板以上路面标高以下采用回填处理。本工程采用通常的凹形纵剖面,详见下图1。因要求施工地下通道过铁路段时,不得中断铁路运行,因此考虑过铁路段的地下通道框架（约10m长）采用顶进法施工。

2场地工程地质条件

根据岩土工程勘察报告,本工程拟建场地面积大部分为原煤矿堆矸石山,虽经平整,但由于人工填矸、填土、取土等因素影响,使该场区沟坑凹凸不平,地势起伏较大,场地东部为农田,地形简单,地势平坦。地面标高48.72~44.46m。

3顶进结构设计

在顶进地下通道施工前,应做好工程降水,在此基础上做好基坑、顶力、滑板、后背及隔离层、预制箱体的结构设计,以及施工便梁加固线路设计、便梁支墩的结构选型等。

3.1基坑的设计

预制和顶进地下通道的工作场地称为基坑,基坑前端应紧靠穿越的既有铁路,后端需布置后背,坑内设有底板和排水设施。地下通道顶进工作能否顺利进行与基坑布置是否合理有很大关系。基坑的设置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。根据工程中线路情况,在保证排水和安全的前提下,选择了在铁路线北侧留出基坑,同时根据地下通道的长度、宽度在底板和后背间留出了3m的位置布置顶进设备,并在通道两侧预留了2m左右的工作宽度;在通道箱体前端预留了安装钢刃角和箱体空顶的位置。

3.2顶力计算[1]

地下通道顶进时需克服的各种阻力之和称为顶力,顶力的大小与通道箱体的重量、隔离层的力学性能、路基土质、施工机械与设备等因素都有关系。正确地确定顶力的大小,结合施工单位的设备条件对如何选用合适的顶进设备及进行后背设计,使其既简单合理又有一定的安全储备来说极为重要。当在铁路上采用便梁架空再顶进通道箱体时,两侧的土压力较小,顶力主要来自箱体底部土体的摩阻力,计算时可按简化公式:P=μN,式中:P为顶力,kN;μ为顶力系数,一般取1.0~1.5;N为通道箱体重力,kN。

根据上式计算,得出顶力大小约在12000~17000kN之间,再根据得出的顶力，考虑到施工单位的设备条件及需保证顶力均匀、局部压力满足要求等条件，笔者考虑采用起顶力为200t千斤顶,按5根/m的配置。经顶力曲线分析,当通道箱体启动时顶力较大,而后的空顶阶段,其顶力减小,但当刃角入土后顶力逐渐增加,最大顶力发生在通道箱体脱离底板时。因此在设计中,笔者考虑通过采用改善滑道的平整度、优化隔离层等措施来减小启动顶力。

3.3后背、滑板及隔离层的结构设计

后背位于基坑后部,是顶进施工时千斤顶的承力面,承受顶进时的水力。后背虽然是临时构筑物,但对顶进施工十分重要,应根据顶力的大小、地形地貌、土质等条件来选定,必须保证安全可靠。本工程中,根据现场情况,采用了钢轨桩加夯填后背的形式,来保证顶进后背具有足够的刚度及足够的承载力和稳定性[2]。

滑板的设置也应满足预制的通道箱体所需的强度和刚度,以及顶进时的稳定要求。笔者采用了300mm厚的C20混凝土滑板,并在滑板下设置了100mm厚的碎石垫层,为提高滑板的抗滑能力,保证通道箱体在顶进时不会被带走,还在锚板以下设置了400x500的混凝土锚梁。

3.4施工便梁加固线路

地下通道顶进施工中,为保证铁路线路安全,必须对铁路线路进行加固。铁路加固形式可分为:(1)吊轨、扣轨梁加固;(2)纵挑横抬加固;(3)低高度便梁加固等三种方案。根据铁路线路、通道长度等因素,采用了D24的低高度便梁加固铁路线路,同时限制列车速度为45km/h。

4 施工注意事项

采用顶进法施工地下通道时,还需注意以下几点:(1)铁路相关管线的防护或拆建未完成之前,不允许顶进框架开工;(2)铁路路基附近有很多电缆，施工时要注意;(3)基坑开挖后应作平整处理,并采取必要的排水措施;(4)施工中应合理控制箱身裂纹,防止箱体出现“扎头”现象;(5)本通道框架钢筋较复杂,在施工时必须严格按照有关施工规范及标准办理。

5结 语

随着社会的发展和科技进步,为适应既有铁路提速要求,沟通铁路两边道路交通,在铁路线路下采用顶进法施工地下通道已经被广泛使用。实践证明,在既有铁路线路下采用顶进法施工地下通道对交通干扰小,结构轻巧,可以确保铁路不间断运行,满足生产生活的要求。

参考文献：

[1]TB10002.1-2005,J460-2005,铁路桥涵设计基本规范[S]．

[2]朱健身,陈东杰．城市地道桥顶进施工技术及工程实例[M]．北京：中国建筑工程出版社,2006