铁道桥梁隧道工程(6篇)

铁道桥梁隧道工程篇1

关键词盾构隧道施工地层位移桥梁桩基

Abstract:theshieldlawhasbecomeChina'surbansubwayconstructionanimportantconstructionmethod,constructionofgroundsubsidencecausedbytheinfluenceofthesurroundingenvironmentisdesignofshieldtunnelinconstructionandveryimportantquestion.Thispaperaccordingtoasubwaytunnelthroughconstructingproject,onbusinesssoftwaredatasimulated,andthecalculatedresultsandthemeasuredresultswerecomparedandanalyzedinthispaper,researchthetunnelexcavationofthedisplacementproducedbothtotheinfluenceofthebridgepier,andputforwardthecorrespondingproposal.

Keywords:shieldtunnelconstructionformationdisplacementbridgepilefoundation

中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：

引言

随着城市集约化的发展，充分利用城市地下空间是十分必要的。地铁作为现代城市大规模快速客运系统的一个重要组成部分，极大地缓解了市区地面交通的拥挤阻塞状况，对改善城市交通和促进城市经济发展发挥着重大作用，被认为是城市的生命线工程。而城市地铁施工往往要受到环境和施工条件的限制，因此近接既有构筑物工程大量涌现，在这种情况下，如何把对环境的影响减少到最低限度，是地铁在近距离条件下施工的核心问题。北京地铁隧道多处穿越桥梁。地铁开挖引起的土层沉降、应力变化对既有桥梁的正常使用将产生一定影响，往往会引起桩基础的沉降，造成桥梁上部结构的变形，当变形过大时将危及结构的使用功能，因此对施工技术要求高，这也是设计者和施工单位所关心的问题。这一现象也引起了地下工程界、岩土工程界的广泛重视。

1、工程概况

拟建场区以第四纪冲积、洪积地层为主，围岩类别属于Ⅳ类。隧道围岩以粉土与粉质粘土为主，结构顶板及底板均埋置于粉质粘土中。拟建地铁隧道下穿某跨河桥，跨河桥为3跨简支梁结构，下部结构形式为桩接墩，跨径分别为6．7m、30．9m，隧道拱顶距河床底分别为10．3m、8．4m。地铁隧道为马蹄形断面，左线距离两侧桩基分别为0．73m、0．55m，右线距离两侧桩基分别为1．03m、0．61m。跨河桥宽49m，长44．6m，桥基为混凝土灌注桩排桩，直径41200mm。隧道采用矿山法施工，上下台阶开挖，复合式衬砌，由钢格栅加喷射混凝土的初期支护与模筑混凝土的二次衬砌构成，两次衬砌之问设置柔性卷材防水层。初衬采用C20喷射混凝土，二衬采用C30模筑混凝土。开挖中对拱顶及开挖边缘地层进行小导管超前注浆，分步开挖土方、分步架设钢格栅及喷射混凝土，在上一步初衬的保护下开挖下一步土方。

2、计算模型

根据原形建立图2所示的计算模型。计算模型共剖分单元16459个，节点73400个，隧道周围网格适当地加密，以精确地反映其应力应变特征。计算模型上部边界为自由面，按设计要求施加了20kN／m2的地面超载；其余边界均为位移约束边界。计算中所采用的材料参

数见表1。

在地下工程开挖中首先要进行初期分析，即对初始地应力场进行模拟。一般情况下把施工前的状态定义为初始状态，在这种状态下，土体的压缩变形及排桩的变形均已完成，土体与桩体达到平衡状态。只有当初始地应力场符合实际，才能开挖进行第二阶段的分析研究。图3为模型的初始应力场的模拟结果，从图中可以看出主应力随深度的变化符合一般的地应力变化规律，表明所建立的模型较好地反映了初始地应力场，也说明所建立的模型合理、施加的边界条件合理。

3、三维数值模拟结果分析

本次模拟共划分了10个阶段，阶段1为初始应力场的模拟，按施工方法先开挖左线隧道，再开挖右线隧道。每个隧道的开挖遵循“上台阶开挖一施加初衬一下台阶开挖一施加初衬一施加二衬”的步序进行，并按不利的情况处理，即隧道划分为两个台阶进行开挖。在分析中主要讨论了左线隧道的情况，右线隧道具有类似的结果。

3．1位移变化特征

3．1．1竖向位移变化特征

地铁开挖破坏了原有的平衡状态，必然产生位移，在隧道拱顶以上土体产生了向下的位移，造成土体的附加沉降。本文选取了桥梁上部结构3个测点、河床3个测点及桥桩2个测点进行分析(见图4)。图5为桥梁上部结构3个点随隧道开挖的位移变化图。从图中可以看出，由于先开挖左线隧道，因此最大下沉点在1号点，沉降达1em，左右线开挖完成并施加二衬后，3个点的沉降趋于一致，稳定在0．6em。河床底3个点的变化较大，隧道开挖对2号点的影响不大，1号点与3号点的沉降均达到3cm。在隧道周围的桥桩垂直位移变化见图6，从图中可以看出左线隧道开挖后引起的桥桩沉降最大达到1．5cm，由于右侧桩距离隧道较近，其受到隧道开挖的影响较大，随着二衬的施加，桥桩的竖向位移趋于稳定。由桥桩的垂直沉降可以估算出桥桩的差异沉降，从计算结果看，在垂直隧道轴线方向的相邻桥桩差异沉降为0．34cm，而在平行隧道轴线方向桥桩的差异沉降达到1．1Cm，超出了一般规定要求(5mm)。

3．1．2水平位移变化特征

图7为隧道开挖后桩基的变形图。从图中可以看出在隧道周围的桩基产生了明显的指向隧道内侧的变形。隧道开挖完毕施加初衬后，桩基的变形最大为+1cm(距隧道0．73m)、一1．2cm(距隧道0．55m)，右侧桩的变形受到右线隧道开挖的影响具有减小的趋势。3．2破坏分析在三维模拟分析中，虽然采用了弹性模型，但软件提供了材料的强度参数，可按弹性分析结果进行材料的破坏性分析。3D一α将反映单元应力状态的摩尔圆的半径r与圆心至破坏曲面(强度曲线)之间的最短距离h之比(卵=r／h)定义为破坏接近程度。其含义为：当卵1时，围岩发生破坏。从分析结果看，在隧道周围的土体破坏接近度均大于1，表明土体发生破坏；隧道周围的桥桩由于产生了过大的“拉伸”也出现了破坏接近度大于l的情况。土体的破坏由于有桥桩的限制，有沿垂直拱顶向河床底部发展的趋势，类似于砂土中的破坏趋势。桥梁上部结构由于桥桩过大的差异沉降而产生了应力集中区，甚至出现了拉应力，危及桥梁的安全使用。

3.2破坏分析

从上述分析知，隧道开挖后，桥桩不仅产生垂直方向上的位移，还产生水平方向的位移。究其原因主要是隧道收敛变形产生的地表及土体的沉降引起的。桥桩过大的差异沉降将造成桥梁上部结构的变形，当变形过大时将危及桥梁结构的使用功能。因此控制隧道本身的变形对防止桥梁产生过大的变形具有重要意义。预加固技术是利用一些技术手段对软弱土层进行加固，以提高土体的自稳能力，限制土体的变形，这在保证开挖面的稳定及控制土体变形是一种不可缺少的手段，隧道施工严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤测量”的18字方针，以合理地利用围岩的自稳能力，尽量减少开挖隧道对围岩的扰动。根据隧道开挖后围岩、地表及桥桩的变形特点，施工中的监控测量显得非常重要。

4、对施工监测的建议

施工监测应包括3部分：地层位移监测、隧道本身的变形监测及桥桩的监测。地层位移监测主要内容为：地表沉降、隧道两侧地层水平位移；隧道监测的主要内容为：拱顶下沉、净空收敛及底板隆起；桥桩主要监测其沉降及差异沉降。隧道开挖中，应用每天量测若干次的监测频率很难满足施工要求，因此应采用一些先进的技术进行动态的实时监测。这些方法有个共同特点是24h连续传输数据，且安装方便，不影响桥梁的正常使用哺]。如，电水平尺是美国SlopeIndicator公司推出的测量物体倾斜(即两点间高差)的精密仪器，可以监测桥桩、地面及道床的不均匀沉降，可进行24h的连续监控，具有极高的精度(能测出1m长的物体两端产生5¨m高差)，并实现自动报警，这对测量要求极高的桥桩差异沉降显得十分重要；巴塞特收敛系统是由美国90年代中期推出的隧道断面收敛自动量测系统，其主要用途为：记录隧道或其它地下洞室开挖时开挖轮廓的变化过程，以确保其在建筑物施工期间的安全，并以它的安全为标准来控制施工速度；固定式测斜仪可以代替滑动式测斜仪进行24h不间断自动量测，主要测量地层的水平位移，利用计算机和通讯技术可以实现远距离的数据实时监测，特别适合于隧道穿越桥梁、地铁区间及车站的监控。这样通过地面、地下两副眼睛对桥桩及隧道进行全方位的监测，确保桥梁的正常使用与隧道施工的安全。

结束语

总而言之，随着社会的不断发展与进步，重视盾构隧道施工引起的地层位移对既有桥梁桩基的影响分析具有重要的意义。

参考文献

1．张志强，何川．地铁盾构隧道近接桩基的施工力学行为研究[J】．铁道学报，2003，25(1)：92―95．

2．王善勇，唐春安，王述红，陆培炎．地铁开挖对地基沉降影响的数值分析[J】．东北大学学报(自然科学版)，2002，23(9)：888―890．

3．刘波，叶圣国，陶龙光，唐孟雄．地铁盾构施工引起邻近基础沉降的FLAC元数值模拟[J】．煤炭科学技术，2002，30(10)：10―12．

4．刘军．地下工程围岩稳定性研究【D]．成都：成都理工大学，2001．

铁道桥梁隧道工程篇2

关键词：CPⅢ控制网测量；技术；应用

在高速铁路发展迅猛的时代，高速铁路的施工和建造过程中，测量控制技术应用尤为重要，CPⅢ控制网测量技术的应用就是关键，如何掌握一项新技术的应用，在实践中便能得真知，在实际中克服种种属于外界的压力和困难，CPⅢ控制网测量技术的应用在中国现阶段的统计当中尤为可观，下面主要是笔者在参与多条国家重要建设铁路工程中的总结，探索出一些技术应用中的弊端，同时逐步掌握独到的测量技术，并加以相关应用，希望能够作为广大读者的参考之处。

1CPⅢ控制网测量技术

基桩控制网，简称为CPⅢ，主要由平面控制网（CPI）和线路控制网（CPII）的基础共同结合而成的，体现在建设高速铁路轨道提供施工测控基准的三级别的控制网，各级控制网相互辅助，相互协调。各级控制网的相互关系如图1所示。

图1

由于CPⅢ的测量方式和传统测量不一致，因此导线点也不同，可以根据路基段不同，隧道段、桥梁段分别布设，可以在不同的路基段设置相应位置的导线点，否则造成测量误差增大，影响控制网测量的规划化，且控制点应放置在同一水平面上；距离路线中线为3m至4m之间。

CPⅢ平面控制网如图2所示。

CPⅢ施测时自行设站点距CPIII控制点高低为通常应低于120m，最大不超过180m；距高等级已知点最大不超过300m。

2桥梁段、路基段、隧道段的CPⅢ控制点

桥梁段的CPⅢ控制点的埋设，最佳方案是直接在梁的固定端的防撞墙顶面，对于标准32m简支箱梁每两孔可以埋设一对CPⅢ控制点，临近两对CPⅢ控制点在位移上相距约65m，24m简支箱梁每两孔可以埋设一对CPⅢ控制点，临近两对CPⅢ控制点在位移上相距约49m，对于其他如32+48+32m的连续梁，其埋设形式可与32m简支箱梁相似；同时，若为40+64+40m连续梁，可在每孔梁的固定端埋设CPⅢ控制点对；对于64+100+64m的连续梁，可在64m跨固定端的防撞墙处埋设CPⅢ控制点，100m跨的在跨中和固定端埋设CPⅢ控制点；由于控制点的梁距离为60m至80m间距布置，因此其他类型的梁按不大于80m间距布置CPⅢ控制点。

2.1桥梁段、路基段、隧道段控制点位置

路基段的分布如桥梁段相似，只是路基段CPⅢ控制点埋设在路标上，因此路基铁路基段CPⅢ可以埋设在建筑点的支柱上，若建筑点未完成施工，在线路侧方的接触点支座上，可以使用钢筋混凝土成对浇筑出CPⅢ控制点单位桩点，其单位桩点的直径以25cm为佳，单位桩点顶面大于外轨轨顶面30cm即可；若接触点工程已经结束，即可以采用埋设在接触网支柱上了。

隧道的CPⅢ控制网埋设的技术要求更加严格，其主要体现在隧道规划技术水平的高度和重要性，因此，CPⅢ控制点的埋设更加严格，同时也不大相同桥梁段和路基段，CPⅢ控制网埋设要求可以满足一下。

表1隧道段CPⅢ控制点埋设

隧道段的CPⅢ控制点成对埋设在电缆槽顶面，距离为顶端为25cm至30cm处，从隧道边墙内衬出。隧道段相邻两对CPⅢ控制点距离为50m至70m，以中心为轴。同时若遇避车洞可做相应的调改。隧道段CPⅢ控制点布设具置可以如图3所述。

2.2CPⅢ控制网点的埋设要求

不管是桥梁段、路基段还是隧道控制点的埋设，都有不同要求，主要根据不同的施工环境和不同的布置场景。同时对于控制网点的器械要求也不同。对CPⅢ控制网的测量标志必须能够达到以下要求：具有中间匀称性、体积小、结构简单、重复安置精度高、能够长期保存、不变形、安装方便、价格适中等优良品质，相同套测量标准在相同点重复安装及不同套检测标准在相同重复安装的空间位置误差均应低于±0.5mm。

3CPⅢ控制网测量技术应用体现

CPⅢ控制网测量技术的应用体现在高速铁路的施工上，有着至关重要的作用，因为倘若没有CPⅢ控制网测量技术的出现，便没有完美的高铁施工现场，这一项技术的广泛应用，使我国高铁的施工创造了精确测量的便捷性、快速性、高效性。CPⅢ控制网测量技术是轨道施工工程测量控制中，运用高科技微电脑和物理学器械，所应用的一种新型测量方法，为高速铁路轨道的建设和转运以及维护确认了控制基准，是在高速铁路轨道建设之前首要完成的一项重要检测工作。

目前高速铁路轨道应用主要为无砟轨道，无砟轨道施工在我国发展和应用迅猛，但毕竟是发展阶段，虽然说我国已经开通了不少无砟轨道路线（如G1、G2等）。目前还没有系统的一致的施工认识，尤其是在CPⅢ控制网测量技术层次，必须合理采用精确的测量设备系统和新型的测量手段，不断结合新和施工形式，掌握精度及自动化程度高，与传统常规的铁路测量技术有着本质不同，因此说CPⅢ控制网测量技术在我国的应用巨大，仅仅体现在高速铁路就能突出，掌握CPⅢ控制网测量技术和应用是新一代高铁人的必备能力之一。

4结束语

CPⅢ控制网测量技术的使用和应用对于高速铁路的发展是至关重要的，可以说，没有CPⅢ控制网测量技术，高速铁路的发展就能受到阻碍，没有CPⅢ控制网测量技术，人们不能坐上如此高速的列车。从笔者上述可得出，CPⅢ控制网测量技术依然是一项艰难的技术，稍微不当，便可能出现误差，酿成整个工程施工的失败。宏观来说，笔者从桥梁段、路基段、隧道段的CPⅢ控制点的埋设等出发，描述CPⅢ控制网测量技术在高速铁路施工上的重要应用和测量方法等。微观来说，CPⅢ控制网测量技术其自动化程度高，其测量精密水平高，控制好误差的差量，同时考虑好气候、风速、温度等外界因素的影响，才能做好CPⅢ控制网测量技术的施展，这是需要大量工作者在合理的基础上结合实践总结归纳的。只有不断付出辛勤工作，CPⅢ控制网测量技术才能使用得炉火纯青，更加恰当地应用此项技术，为我国高速铁路事业做出巨大的贡献。

参考文献

[1]梁宇.CPⅢ测量技术应用[J].黑龙江交通科技，2013（8）：26-28.

[2]麦力，赖少明，何纯螺.CPⅢ控制网测量技术在广深铁路路线优化中的应用[J].山西建筑，2013（21）：206-209.

[3]李强.无砟轨道CPⅢ控制网测量技术探讨[J].铁道勘察，2011（1）：128-130.

铁道桥梁隧道工程篇3

关键词:浅埋暗挖;下穿桥梁;砂卵石;注浆加固;数值模拟

1工程概况

西直门站～动物园站区间隧道处于西直门外大街下方。该区间起点里程左线为k13+902.747、右线为k13+903.000,终点里程为k15+125.853,左线全长1224.066m、右线全长为1222.853m。隧道正线于桩号k14+000～k14+104段穿过高梁桥基础,设计过桥段长104m;高梁桥上部结构为跨度23m×3的预应力简支t梁;下部为厚2m的扩大基础,分两层浇筑,底层面积5.5m×5.5m,上层面积3m×3m,基础埋深4.874m。扩大基础上为独立桥墩,两相邻桥墩上有盖梁相连。与区间遂道纵向相垂直方向一排上有4个基础,中心间距11.546m;沿区间纵向有两排桥基,间距21m。隧道埋深17.9m,两隧道中心间距为8.0m,见图1所示。隧道结构从一排4个基础中的中间2个基础正下方附近通过,结构顶与基础底之间净距为11.66m。

该区间段隧道左右线全部穿越砂卵石地层。砂卵石地层是一种典型的力学不稳定地层,颗粒之间空隙大,黏聚力小,颗粒之间点对点传力,地层反应灵敏,稍微受到扰动,就很容易破坏原来的相对稳定平衡状态而坍塌,引起较大的围岩扰动,使开挖面和洞壁都失去约束而产生不稳定。通过筛分试验表明,该处地层为卵石～圆砾层,粒径20～70mm,最大粒径达到150mm,含砂率11%～30%,平均内摩擦角35#左右,n值27～50,施工中遇到最大的卵石达250mm。

2工程难点分析

在砂卵石地层中采用浅埋暗挖法施工,存在以下难点:

(1)超前小导管或注浆孔施工成孔难度大,施工速度慢;

(2)砂卵石地层容易坍塌,地层成拱性差,超挖量较大,工作面稳定性难以保证;

(3)由于没有地面降水条件,拱顶上方存在的上层滞水,易造成砂体的部分流失,增加地层沉降量控制的难度;

(4)砂卵石地层中浅埋暗挖法隧道下穿桥墩桩基相对其他地层,容易造成不均匀沉降。

根据北京地铁施工有关规定,确认下穿高梁桥施工风险等级为一级,其中变形控制标准如下:桥台横向变形差异5.0mm,纵向变形沉降10mm。根据该工程特点,并参考《北京地铁施工监控量测试行稿》确定了该标段监测项目的监测控制值,见表1。

3施工方案的确定

为了严格控制结构沉降,通过对比试验,研究提出了适用于砂卵石地层的前进式分段超前深孔注浆加固方案。

隧道采用crd法进行施工,根据分析,确定区间两隧道按照导洞1、2、3、4和导洞5、6、7、8顺序施工,错距10m。先施工1号导洞,为了减小各导洞之间的相互影响,待施工10m后,再施工2号导洞,依次施工其他导洞,直至完成(见图2)。具体施工步序如下:

第一步:施作超前支护,注浆加固地层,前后开挖两侧1号洞室,并预留核心土,施作初期支护;

第二步:继续前后开挖两侧2号洞室,施作初期支护,1、2号洞室纵向间距10m左右;

第三步:施作超前支护,前后开挖两侧3号洞室,并预留核心土,施作初期支护,2号与3号洞室纵向间距10m;

第四步:继续前后开挖两侧4号洞室,施作初期支护,左侧3号与4号洞室纵向间距10m;

第五步:待左洞开挖完毕,再以同样的方式开挖右导洞;

第六步:根据监测情况纵向分段拆除中隔墙,临时支撑,逐步完成侧洞底板防水与二次衬砌,先作业左洞,再作业右洞;

4施工方案数值分析

4.1计算模型说明

采用plaxis3d进行计算分析,计算范围顶部取到地面,左右两侧和底部各取50m,沿隧道轴线方向取60m,隧道均考虑小导管超前注浆加固地层;地层由上到下依次为杂填土层、粉质黏土、细砂层、砂卵石层。土层的参数如表2所示。整个模型采用实体单元建模,土层采用摩尔库仑模型,隧道结构采用弹性体模型,共划分30655个实体单元,48960个实体单元节点(见图3)。施工步骤:先施工左边隧道,再施工右边隧道;单个隧道按照crd工法1、2、3、4顺序施工。计算工况:(1)不进行任何加固措施;(2)对桥墩及隧道周围采取加固措施:将1号桥墩和2号桥墩的扩大基础采用注入混凝土的方式连接成整体;将3号桥墩和4号桥墩的扩大基础采用注入混凝土的方式连接成整体。隧道拱部及侧墙2m范围内土体实施超前深孔注浆加固。

4.2计算结果分析

计算结果见表3、表4。从表3数据可以看出,采取加固措施后,效果十分显著。不进行任何加固时,桥墩基础的差异沉降分别达到10.95mm和9.22mm。采用注浆加固土体及桥墩连接加固后,a、b号桥墩的差异沉降为4.30mm;c、d号桥墩的差异沉降为4.50mm,可见加固后效果是显著的。为便于加强施工中过程控制,表4给出了各个工序对沉降贡献值。

分析可见,导洞1和导洞2沉降占总体沉降的55%,因而加强对这两个步序的施工管理十分必要。

5主要结论

(1)针对浅埋暗挖隧道下穿高梁桥施工,为控制沉降,必须对桥桩及隧道周围地层采取加固措施;

(2)区间两隧道的施工顺序宜按照导洞1、2、3、4和导洞5、6、7、8顺序组织施工;

(3)单线隧道施工时,影响沉降的关键工序为导洞1、2和导洞5、6的施工;

(4)在错距为30m时,区间左右线施工相互影响甚微,为加快施工进度,左右线隧道可相对合理错距同时施工。

目前,区间左右线隧道均已安全穿越高梁桥。工程实践表明,采取上述措施确保了地表沉降控制在10mm以内,桥桩横向差异沉降不大于5mm的目标。

参考文献:

[1]吴波,等.城市地铁区间隧道洞群开控顺序优化分析[j].中国铁道科学,2003,24(5):23-28.

铁道桥梁隧道工程篇4

关键词：隧道特殊区段预制梁架设

随着国内高速铁路的迅猛发展，尤其是近几年高速铁路越来越多的向西南和西北的多山地区修建，桥梁铺架遇到了许多前所未见的新工况。例如桥隧相连区段的首末孔预制混凝土梁的架设问题。为了不切翼缘实现过隧道运架梁，国内箱梁运架设备厂家研制了几种新型运架设备，包括运架一体机式架桥机、隧道内外通用架桥机、导梁式分体过隧运架设备等。以上几种机型均可实现隧道进出口零距离架梁，但对于两隧道间只有一孔预制梁的情形，桥梁铺架非常困难。在时速350km线路上如何用运架一体机架设以上情形的混凝土梁是本文研究的重点。

1、特殊区段线路研究情况

兰新高速铁路建成后列车时速为250km，但工程建设是按满足时速350km的标准进行施工修建。整条线路为有碴轨道，混凝土梁宽为12.2m，梁高为3.05m，隧道断面半径为6650mm，最宽处为13300mm，曲线半径不小于5000m。图1是兰新铁路隧道断面图。

图1兰新铁路隧道断面图

中铁十八局在所建标段中遇到了极端特殊工况，即红崖村隧道出口：桥台距离隧道口断面-0.92m，出洞口经一孔32m预制梁和0.08m路基进入米拉湾隧道，架梁设备为双梁运架一体式架桥机。图2是运架一体机常规架梁实况照片，该机型施工原理及结构特点业内人士已经很了解，本文不做赘述。下面针对该特殊工况详细研究架梁过程。

2、特殊区段桥梁架设方法研究

运架一体式架桥机由运架梁机和下导梁机共同组成。运架梁机用于吊运下导梁机桥头就位和桥间转移，吊运混凝土梁到达待架孔位，配合下导梁机完成箱梁架设；下导梁机用于引导运架梁机喂梁，完成箱梁架设，自行倒运支腿完成过孔。

运架一体机出隧道口架梁的难点是混凝土箱梁在隧道内提升高度受到限制，下导梁正常架梁位又在隧道路面以上，导致运架梁机不能在隧道内携梁与下导梁架梁小车对接。为了实现出隧道口零距离或负距离架设箱梁，就需要将下导梁机降至低位，使下导梁上轨道面低于混凝土梁下平面100mm以下。

本案红崖村隧道出口与米拉湾隧道进口之间仅有一孔32m梁，且隧道进出口与墩台紧密相连，在运架梁机与架梁小车对接时，混凝土梁仍未出离隧道，由图1可见，混凝土梁在隧道内的提升高度极限为2350mm。而下导梁结构本身高度为2200mm，运架一体机的架梁工法决定了正常架梁时下导梁必须处于路基面以上320mm，下导梁上轨道面与混凝土梁下平面之间还需预留100mm安全距离，即正常架梁时混凝土梁下平面距路基面间隙应不小于2620mm，远大于2350mm。可见混凝土梁与下导梁之间已经发生干涉。采取的架梁方案为将下导梁降至低位，即取消下导梁与路基面之间的间隙，将导梁直接放置于隧道路面上。这带来另一个问题，喂梁到位后下导梁无法前抽。因为导梁长达82m，自重较大，直接放置于地面上摩擦阻力非常大，前抽动力不足。解决的办法是事先在隧道路面上相应位置设置凹坑，凹坑的深度及长宽尺寸需根据辅助托辊装置外形尺寸进行设计，满足恰好将辅助托辊放置于内而托辊踏面露出地面50mm高度。这样既实现了降低导梁高度的目的，又可将导梁下轨道面置于托辊上变滑动摩擦为滚动摩擦。架梁前事先将辅助托辊放置于路基坑中，下导梁放置于辅助托辊上就位。另外，由于导梁与地面间隙过小，其自身挠度会使得导梁前端啃住地面而无法前抽。解决的办法是准备若干φ50mm，长度大于3m的圆棒料放置于导梁前端下轨道面与地面之间，随着导梁前抽不断倒换圆棒使得导梁前端始终在圆棒上，圆棒沿地面前滚。此举会在一定程度上增大前抽阻力，需在架梁小车前抽动力之外补充额外的前抽力。由于工况特殊，交通不便，无法借助推土机等外部动力，办法是在距导梁前端50m处预埋固定桩，固定桩强度要达到水平方向拉力不小于15t。将导梁前端支腿吊架装置的起升卷扬机构拆下，卷扬电机和卷筒安装于导梁前端箱梁内部，定滑轮组栓接于导梁前端面上，动滑轮组浮动，动、定滑轮组之间由φ13钢丝绳缠绕，倍率为10，用一根φ32钢丝绳将动滑轮组与固定桩连接起来。当导梁需要前抽时，卷扬机构与架梁小车同时驱动，即可实现导梁前移。由于卷扬机构卷筒容绳量有限，导梁前抽5m后需停下，调节φ32钢丝绳长度将动滑轮组前移5m，再继续前移导梁，如此反复实现导梁步进式前移。此法虽架梁效率偏低，但可实现在无需外部辅助设备的情况下架设两隧道间的仅有一孔预制箱梁。具体实施步骤见演示图3。

3、结语

多隧地区高速铁路桥梁的架设一直是施工难点，特别是桥隧相连区段，架梁效率普遍偏低，近年来投入使用的运架一体机式架桥机可以方便的运梁过隧道和桥间自行转场。然而对于两隧道间仅有一孔预制梁尤其是进出隧道口负距离架设箱梁仍是桥梁铺架的难点所在。本文研究的架梁方法虽效率偏低，却可以利用运架一体机自身机构实现特殊工况桥梁架设，避免特殊区段采用传统的现浇模式，节省工期，降低施工成本，可供工程建设单位技术人员研究参考。

参考文献

[1]刘林生.山岭地区客运专线箱梁运架设备的选型研究.《建设机械技术与管理》杂志社，2011（5）.

[2]刘亚滨、刘利国、布鲁诺?马纽恩、张福德.运架梁一体式架桥机.中国，2767494[P].2006-03.

铁道桥梁隧道工程篇5

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铁道桥梁隧道工程篇6

[关键词]全自动；栈桥式仰拱移动模架；稳定性计算；研究

[基金]：交通部西部交通建设科技项目管理中心（2013315Q03080）

1.研究背景

从隧道施工技术的发展艰辛历程回望，我国隧道机械施工从上世纪80年代逐步兴起到至今，所形成了多种机械化施工成套技术和设备配套模式分析，超前支护的C6钻机、地质钻孔机，掌子面开挖的机械挖掘机、悬臂掘进机、铣挖机、TBM等，拱墙衬砌整体模板台车，以及各种喷锚、灌注、装卸、型材加工等机械设备配置相对成熟和完善，在功效、进度、质量、安全控制等已经取得了巨大的成果。但是隧道仰拱施工设备的研究相对较为落后，对于全自动液压栈桥式仰拱移动模架一体机的研究与应用方面做得较少。很多单位和项目所研制移动栈桥存在稳定性差、结构单一、灵活性不足、操作复杂、行走和定位困难、效率较低等问题，在使用过程中，对异形结构的仰拱衬砌模板、中心水沟模板定位控制难，仰拱衬砌和填充混浇、混凝土形体难以控制、浇筑时间长，无法适应各种工况和地质条件、施工质量病害多。在使用过程中始终难以保证仰拱施工安全质量、进度、行车安全、与掌子面平行作业等问题。

全自动液压栈桥式仰拱移动模架一体机是在类似栈桥的基础上进一步完善和优化，增加了液压自行装置、前后左右移动机构、人行道及警示标识等装置和自动功能，解决了隧道仰拱衬砌、仰拱填充、中心水沟施工质量难以控制的情况下，并确保安全步距控制和过往行车安全通行条件。

2.总体结构及功能介绍

由中交隧道局所承建的沪昆铁路客运专线贵州段CKGZTJ-3标全长52.968Km，其中隧道31座/38.917Km，隧道比为73.5%。在项目建设过程中，充分利用标段内隧道长、多、难、围岩类型多、地质复杂、不同工艺工况等特点为科研载体，研发全自动液压栈桥式仰拱移动模架一体机。该设备主要由走行机构、主桥总成、前后桥板总成、液电系统、仰拱模板（支撑定位、收模机构）、中心水沟模板等通过铰接、高强度螺栓连接为一体，用于隧道仰拱衬砌和填充施工的自行式液压栈桥式移动模架设备。该设备在隧道仰拱施工过程中，以保证车辆正常通行、仰拱衬砌、仰拱填充、中心水沟一次性衬砌施工同步进行。

表1全自动液压栈桥式仰拱移动模架一体机构造主要名称和技术参数表

序号结构名称主要参数序号结构名称主要参数

1主桥长19m12前后桥提升油缸行程350mm

2前（后）桥长8.4m13仰拱模板提升行程500mm

3前（后）桥坡比15%14栈桥移动速度8m/min

4仰拱有效作业长度0-12m15栈桥重量55.93t

5主桥行车宽度3.584m16仰拱模板系统重15t

6轮组横向中心距5.1m17中间水沟模板重3t

7轮径（钢制橡胶外圈）φ400mm18总重量73.93t

8垫梁横向中心距3944mm19行走电机功率6×4KW

9整桥允许通过的最大动载荷55t20整机配电功率24KW

10中桥有效作业空间2m21动载系数1.4

11中桥顶升油缸行程300mm22车辆通行速度≤12公里/小时

3.细部结构设计说明

3.1主桥总成

主桥总成共由4组花架梁、10组桥面连接而成。花架梁采用16mm钢板拼焊工字型结构梁、工36b#、14#钢拼焊而成；考虑安装、运输等因素，梁体中心处设一处分模，由高强螺栓密布连接；桥面采用12mm花纹钢板、工36b#、14#钢、槽36b#钢拼焊而成，以1m为单元形成框架梁结构；桥面与主桥连接形式除了受剪切力方向的竖向连接，采用高强度螺栓连接形式，另外增加桥面与主桥连接处牛腿结构，形成小横担梁，采用普通六角头螺栓连接形式，进一步加强和保证此处连接的可靠性、安全性。

3.2走行机构

共由六组主动走行机构和两组从动走行机构组成，轮组均采用高性能耐磨橡胶材料，8组走行机构采用6组驱动。其中两端四组主动走行机构主要实现整机前后自行位移，中间一组主动走行机构与主桥之间的连杆为铰接销连接，可进行垂直平面的自由折叠。另设两组从动轮组作辅助。在走行机构与主桥连杆之间同时设有旋转装置和定位装置。

3.3前后桥板总成

前后桥板总成相对整机中心处完全对称，采用15%的坡度，使其施工重载车辆顺利通过。主要采用工20b#和槽10#钢拼焊而成，与主桥连接形式为φ60铰接销连接。理想状态下，前后桥板与主桥之间的组装间隙、错台误差均小于10mm。前后桥桥面宽3.3m，桥面两侧各设有一个起吊点；前后吊臂采用工20b#和槽10#钢拼焊而成，与花架梁采取螺栓连接形式；在前后吊臂与前后桥板起吊点的垂直位置，设置提升油缸完成前后桥板的起升与降落动作。在前后桥板的下方分别设置支撑，进一步缩短该桥板承载过程中的力臂，提高安稳性。

3.4液电系统

整机液电系统主要由两组液电操纵台，油箱容量分别为180L，额定压力16Mpa，16个油缸包括：8个主桥升降油缸、4个前后桥板提升油缸、4个仰拱模板油缸，及若干油管组成，左右对称。电气部分主要由六组3t电动跑车装置和六组驱动电机组成，液压操纵台同时为电源控制人口，要求统一指挥，协调操纵。

3.5仰拱模板、支撑定位、收模机构

按照隧道断面仰拱尺寸设计，外侧半径R2.2m向隧道中线方向过渡至R17.2m，弧长2.62m，纵向12m长，由2m×6块组成。模板沿隧道中线左右对称，采用油缸支撑、收模，双头丝杠刚性支撑。

在主桥上设置侧翼支架，单侧7组共14组，与仰拱模板之间采用双头丝杠刚性支撑。在主桥上设置悬臂梁，单侧两处共4处，可根据衬砌循环所需要的长度尺寸，自由换位与主桥连接。悬臂梁与仰拱模板之间采用3t电动跑车、双耳式提升油缸及模板通联连接为一体。轮胎采用特制大半径钢轮，就位后定位采用液压油缸行程加全站仪测量精确定位。

3.6中心水沟模板

主要由纵梁、横担梁、平模板及支撑丝杠组成。采用主桥底部悬挂两组3t电动跑车结构形式，配套设置双头丝杠。平模板单块设计尺寸为1.5m×1.291m，纵向长度为1.5m×8组12米，左右对称。与横担梁之间采用单孔铰销连接形式。

4.稳定性分析

移动栈桥是隧道施工中架设在仰拱上方的临时便桥，主要作用是保证仰拱施工时，其他工序作业仍可有序进行（主要是大型车辆可自由通过全幅仰拱施工段），必须保证移动栈桥安全可靠。针对全自动液压栈桥式仰拱移动模架一体机整体结构，结合公路桥涵设计规范和路桥施工计算手册等规范，采用有限元软件ABAQUS对该移动栈桥进行结构受力分析计算。

4.1计算参数

通过栈桥车辆荷载按50t混凝土搅拌运输车考虑，混凝土搅拌运输车重轴（后轴）单侧为4轮，单轮宽30cm，双轮横向净距10cm，单个车轮着地面积=0.2×0.3m2。两后轴间距135cm，左侧后双轮与右侧后双轮距190cm。车总宽为250cm。混凝土搅拌运输车前轴重P1=100kN，后轴重P2=400kN。荷载图示如下图：

活载横向示意图（图中尺寸cm）

设计通车能力按车辆限重50t，限速12km/h，按通过栈桥车辆为50t混凝土搅拌运输车满载时考虑，后轴按400kN计算，载重车辆技术参数如表2所示。

车辆载荷冲击动载系数为1.3，车辆制动力按一辆重车的30%计算，车辆对支腿的横向偏移力按一辆重车的10%计算。

表2载重车辆技术参数

总重量

（KN）前轴重

（KN）后轴重（KN）轴距（m）轮距（m）前后轮着地宽度

及长度（m）外形尺寸（（m）

5001004001.351.31.90.3

4.2计算依据

主要计算依据为：移动栈桥布置图、公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）、公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）、路桥施工计算手册、钢结构设计规范（GB50017-2003）。

4.3荷载分析

移动栈桥的工况有两种：工况1是车辆位于主桁架跨中并偏载时，主梁桁架承受的荷载。工况2是车辆位于前支腿上并偏载时，支腿所承受的荷载。验算栈桥强度时需乘以车辆运行的冲击系数，验算刚度时无需施加动载系数。

移动栈桥受到的荷载为：自身重力、载重车辆对移动栈桥的轮压荷载、制动力及车辆对支腿的横向偏移力。其中，移动栈桥的自身重力由软件自行设置，重力加速度取9.8m/s2。采用ABAQUS中的耦合约束命令，将移动栈桥受到前后轮压的受力区域进行耦合，然后将轮压施加在参考点上。

4.4分析结论

采用ABAQUS软件对施工长度19m的移动栈桥主体结构进行了静力强度校核，模型采取三维整体建模方式，杆件以梁单元处理。计算模型中没有建立载重车辆，其对移动栈桥的轮压作用以载荷的形式施加到移动栈桥结构模型上，由此计算出该移动栈桥主体结构的整体变形以及各杆件应力的分布情况。通过提取并分析计算结果得出，移动栈桥各杆件的最大Mises应力值在杆件材料的许用应力范围之内，主梁上下弦杆的挠度最大值在规范允许挠度范围之内。由此表明设计的移动栈桥主体结构的强度、刚度和稳定性均符合规定要求，可以满足工程需要。

5.施工技术内容

全自动仰拱液压栈桥式移动模架涉及到的专业较多，主要包括有隧道仰拱施工、机电控制和液压控制系统、钢结构设计等方面，从单方面的土建工作入手有一定局限性，必须要加强机械和电器工程方面的专业人员参与，针对涉及到各专业方面进一步研究和优化，充分发挥专业优势进行互补，并培养专业人才，对栈桥操作、液电系统维修保养工作和机械故障处理、隧道工程施工工艺和实施组织、施工过程中常规问题的处理应对、关键工序控制等方面培养专业、综合性技术工人。

通过在沪昆客专贵州段3标栋梁坡隧道、报信山隧道、上寨隧道、长滩隧道工艺试验过程中，从栈桥开始组装、行走、施工工艺、拆卸等方面进一步深入研究，通过对栈桥在现场工艺试验过程中对基础数据收集、施工工艺过程控制、关键工艺工序等方面全面分析和完善总结，并从研制、混凝土施工技术、工艺工法、操作和使用技术、故障诊断及维修保养技术、长大隧道施工组织管理技术等方面进行研究。

6.结论

通过近3年的科技研究和技术攻关，充分利用沪昆贵州项目隧道长、多、难、围岩衬砌类型多、工程地质条件复杂等特点为科研载体，研究在不同地质、衬砌类型、工艺工况条件下，通过对设备设计研制、现场工艺试验研究、各部（构）件改进和方案优化、技术总结，通过在多座隧道工艺性试验和推广应用，取得了良好的成果，解决了隧道仰拱衬砌、仰拱填充、中心水沟的质量控制以及安全步距控制和过往行车安全通行等问题，进一步提高隧道仰拱施工关键配套设备和加强施工组织的管理能力，进一步确保隧道仰拱施工安全质量和安全步距、长大隧道工期控制、提高经济效益、提升施工机械化水平。

【参考文献】

[1]中华人民共和国铁道部.铁建设[2010]241号高速铁路隧道工程施工技术指南[S].北京：中国铁道出版社，2010.

[2]中华人民共和国铁道部.TB10753-2010高速铁路隧道工程施工质量验收标准[S].北京：中国铁道出版社，2010

[3]中华人民共和国铁道部.TB10621-2009高速铁路设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2010.

[4]王梦恕，等.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：人民交通出版社，2010.

[5]铁道部第二工程局.隧道（上）[M].北京：中国铁道出版社，2003.

[6]铁道部第二工程局.隧道（下）[M].北京：中国铁道出版社，2003.