CN104314006B - 面向大吨位顶推工程的高性能滑移装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向大吨位顶推工程的高性能滑移装置，其特征是，包括地锚单元、位于所述地锚单元上的滑板单元、后背单元、位于所述滑板单元上的水平滑移单元和位于所述滑板单元两侧的水平纠偏单元。本发明所达到的有益效果：采用滑移凹槽的形式并设计成“四滑道”，通过滑块在滑道滑板上滑动，横向每组滑块用销轴连接，使得顶推平稳、方向容易控制。滑板左右还设置导向支墩，避免箱体顶推过程中出现过大的偏斜。占用场地少，操作方便，运行稳定，安全可靠，工期短，投资少，具有良好的社会效益和经济效益，适合大吨位整幅预制箱体一次性多点原位顶推到位的施工技术。

Description

面向大吨位顶推工程的高性能滑移装置

技术领域

本发明涉及一种面向大吨位顶推工程的高性能滑移装置，属于下穿既有线顶进施工技术领域。

背景技术

近些年来，随着我国交通运输事业的迅速发展，一个横贯东西、沟通南北、干支结合的具有相当规模的铁路运输网络已经形成。而大规模的公路交通网络的建设不可避免与铁路交通网络发生交叉，在运营铁路线增建桥涵形成公铁立交的建设模式就成为一种常态。例如：有些铁路和道路原有的平交道口不能适应交通安全和车流顺畅的要求，需要改造成立体交叉；有些客运量大的车站要求增加地道；在处理旧线既有桥涵病害时，有时要求扩建或增设新桥涵等。这些新增设桥涵工程都在运输繁忙的营业线上进行，为了不中断营运，目前普遍采用限速行车直接顶进桥涵的施工方法，即“顶进法”。既有线顶进施工的特点是：在保证既有线上行车安全运行且不中断的前提下，在对既有线进行加固后，在既有线路基一侧开挖工作坑，浇筑滑板及润滑隔离层，然后在滑板上预制钢筋混凝土箱体及修筑后背，安装顶进设备，通过传力设备，借助与后背的反作用力把箱体向前推进，当顶进一个顶程后，再增加顶铁，挖运出土一个顶程距离，继续进行下一个顶程施工，如此循环，直至箱体顶进就位为止。

在顶推法施工中，只需要很小的水平顶推力，就能将很重的预制钢筋混凝土箱体移动，这是滑道和滑板发挥了重要作用，因此合理地设置滑道和滑板是减小箱体顶推滑动摩阻力的关键。滑板是在箱体顶进的过程中提供承载、润滑功能的混凝土结构物，它既是工作坑的底板，也是顶进中的滑道板。滑板根据工艺要求由混凝土底板和润滑隔离层两部分组成。我们知道，滑动摩阻力的计算公式为f＝μN，式中f为滑动摩阻力；μ为动摩擦因数，又称滑动摩擦系数，它只与材料、接触面粗糙程度有关，而与接触面积无关；N为正压力，在工程实际当中即箱体主体的总质量。因此，滑板施做工艺的关键就是如何保证f值足够小，从而达到降低工程风险、保证工程质量、安全、进度和节约投资的目的。对于某个工程实际，箱体主体的总质量N为固定值，这就要求在保证上述工程目的的前提下尽可能地降低滑动摩擦系数μ值。润滑隔离层应尽量选用摩擦系数低的材料，如可选用厚度2～4mm的石蜡、厚度3mm的滑石粉或厚度1～2mm的机油滑石粉浆等等。

实践证明传统滑道板的构造方案基本是合理的，然而在长顶程、大幅宽、高吨位的场合，在顶进涵穿越多条既有线路的顶进过程中滑板损坏的问题时常出现，其原因在于传统顶推施工中采用的滑板大多数为小跨径简支梁桥中采用的“聚四氟乙烯橡胶滑板支座”，仅仅是尺寸不同，内部构造完全相同，但两者的受力状况是大不相同的。顶推滑板虽然只是一种临时性的工具，但其承压应力大、滑移量大，使用质量上要求比滑板支座要高得多，损坏也更严重。滑板损坏导致滑动摩阻力增大；造成箱体底板局部应力过大，使底板承托位置开裂。而且顶推施工中采用的是聚四氟乙烯板+不锈钢板的摩擦体系，其弊端在于：压缩强度小，抗蠕变性能较差，再加上多为承受重物荷载，随着工况转换，单点滑块承载力加大，造成摩擦面聚四氟乙烯板层变形、破坏加大，效果不佳。

另外，在开挖工作坑和滑板锚梁基坑的时候，难免会引起地基土扰动，降低地基承载力，加上地基土质本身可能就比较松软，使得地基承载力无法满足顶进涵的要求。另一方面，地基承载力的下降又削弱了地基对地锚梁的横向阻力，引起地锚梁的水平偏移或倾覆，从而导致滑板在顶进过程中向前滑动，使整块滑板发生变形。上述问题都会使得顶推工作进展不顺利，而且根据施工需要，有时还需要中断通行，给交通运输造成了极大的不便；顶推滑板损坏无法继续使用，需要更换，也使顶推施工费用明显增加。目前现有技术尚不能有效地解决上述问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可以解决现有技术中长顶程、大幅宽、高吨位顶推作业时滑板所存在的问题的高性能滑移装置。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

面向大吨位顶推工程的高性能滑移装置，其特征是，包括地锚单元、位于所述地锚单元上的滑板单元、后背单元、位于所述滑板单元上的水平滑移单元和位于所述滑板单元两侧的水平纠偏单元；所述地锚单元包括碎石层、地锚梁和若干个锚索；所述滑板单元包括工作坑底板和橡胶垫层；所述后背单元包括后背墙和后背桩；所述水平滑移单元设置有若干个，所述水平滑移单元包括滑移凹槽、滑道板、滑块和水平顶推千斤顶；所述滑移凹槽设置在所述橡胶垫层上，所述滑移凹槽的出口端设置成圆弧形状；所述滑道板焊接固定在所述滑移凹槽内；在水平方向上，经过同一条垂直于顶推方向的线上的滑块作为一组并用销轴连接，形成若干组布满滑道，所述滑块可以在所述滑道板上滑动；所述水平纠偏单元包括若干个导向支墩。

前述的面向大吨位顶推工程的高性能滑移装置，其特征是，所述地锚梁采用C40钢筋混凝土结构；所述锚索穿过地锚梁，沿与所述水平滑移单元平行的方向并排均匀设置。

前述的面向大吨位顶推工程的高性能滑移装置，其特征是，所述碎石层灌注有灰浆；所述锚索采用预应力碳纤维锚索，并采用水泥砂浆注浆，所述锚索外层设置有PVC套管。

前述的面向大吨位顶推工程的高性能滑移装置，其特征是，所述工作坑底板采用C40钢筋混凝土结构，并安插有高强钢筋；所述橡胶垫层内设有加劲钢板。

前述的面向大吨位顶推工程的高性能滑移装置，其特征是，所述后背墙采用C40钢筋混凝土结构；所述后背桩采用C30钢筋混凝土结构，所述后背墙与所述后背桩之间填筑有砂夹卵石。

前述的面向大吨位顶推工程的高性能滑移装置，其特征是，所述滑块包括具有加劲钢板的橡胶块和嵌在所述橡胶块下方的MGE块。

前述的面向大吨位顶推工程的高性能滑移装置，其特征是，所述水平顶推千斤顶采用液压台座式千斤顶，安装在每个所述滑移凹槽内；所述水平顶推千斤顶的一端与所述滑块相接触，另一端固定在所述后背墙的支撑面上。

前述的面向大吨位顶推工程的高性能滑移装置，其特征是，所述导向支墩采用C40钢筋混凝土结构，分别设置在与所述地锚梁对应的位置，所述导向支墩、地锚梁与滑板采用整体浇筑。本发明所达到的有益效果：

1.锚索采用预应力碳纤维索，后端锚固在深层稳固岩土体中，使锚固段周围地层成为承受预应力的载体，能够给锚索施加强大的预应力。锚索注浆的浆液还可以充填岩土体中的裂隙，改善岩土体结构，提高地基自身承载能力。

2.滑板单元修筑前先在其下部地基上夯填碎石层，既能减小滑板的下沉量，又可以保证滑板与地基之间有足够的摩擦力。预应力锚索将地锚梁与工作坑底部土体黏结，形成整体受力结构，达到加固稳定和限制变形的目的。整个地锚单元具有足够的整体强度，可以抵抗顶进过程中产生的强大摩擦力。

3.工作坑底板采用高强度预应力钢筋混凝土结构，可以抵抗顶推过程中上部箱体结构带来的强大摩擦力。采用带加劲钢板的橡胶垫层作为缓冲变形层，既有足够的垂直抗压强度，又有一定的剪切变形以满足上部结构的水平位移，来抵抗一部分箱底接触面的摩阻力。

4.采用滑移凹槽的形式并设计成“四滑道”，通过滑块在滑道滑板上滑动，横向每组滑块用销轴连接，使得顶推平稳、方向容易控制。滑板左右还设置导向支墩，避免箱体顶推过程中出现过大的偏斜。

5.利用MGE滑块动静摩擦系数相近、承载力大以及出色的耐磨损、耐腐蚀、抗老化等特性，使滑移启动平稳，不会出现窜动、爬行现象，其优良的弹性和抗冲击性还能较好地消除由于轨道不平顺造成局部高压带来的各种危害。

6.本发明结构合理，占用场地少，操作方便，运行稳定，安全可靠，工期短，投资少，具有良好的社会效益和经济效益，适合大吨位整幅预制箱体一次性多点原位顶推到位的施工技术。

附图说明

图1是本发明的正视图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明的侧视图；

图4是滑板单元沿A-A的纵剖面图；

图5是滑板单元及地锚梁、导向支墩沿B-B的横剖面图；

图6是单个滑移凹槽的横向内部结构图。

图中附图标记的含义：

1-地锚梁，2-锚索，3-工作坑底板，4-橡胶垫层，5-后背墙，6-后背桩，7-滑移凹槽，8-滑道板，9-滑块，10-水平顶推千斤顶，11-导向支墩，12-碎石层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明所涉及的面向大吨位顶推工程的高性能滑移装置，包括地锚单元、滑板单元、后背单元、水平滑移单元和水平纠偏单元。

滑板单元设置在地锚单元上。水平滑移单元有若干个，均设置在滑板单元上。水平纠偏单元设置在滑板单元两侧。

地锚单元包括碎石层12、地锚梁1和若干个锚索2。地锚单元设置滑板单元底部，以防止滑板在顶进时随之向前滑动。

首先在滑板单元下方的地基上夯填10cm厚级配碎石垫层12，利用灌注混凝土底板时的灰浆将碎石层胶结，既能减小滑板的下沉量，又可以保证滑板与地基之间有足够的摩擦力。然后每隔5m开挖一道地锚梁基坑，基坑长与滑板单元宽度一致，地锚梁预留位置用铁皮或模板隔离碎石。在开挖的基坑中预留孔道，孔道沿与顶推滑移轴线垂直的方向并排设置。然后将基坑回填夯实，浇灌地锚梁1。地锚梁1采用C40混凝土，待混凝土强度达到设计强度标准值的75％，平稳快速地安装锚索2，锚索2采用预应力碳纤维索。锚索2注浆采用水泥砂浆，锚固段通过灌浆使锚索2与孔壁黏结成整体，锚固在地基的深层稳固岩土体中，使锚固段周围地层成为承受预应力的载体。锚索2穿过地锚梁1和岩土体的中间自由段，碳纤维索用PVC套管套护形成地下岩锚无黏结段，通过灌浆使套管与孔壁黏结，而碳纤维索可在套管内自由伸缩传递预应力。在前端外露锚头对锚索2进行预应力张拉，完成张拉锁定后采用不低于20MPa的混凝土封锚。利用注浆时的浆液还可以充填岩土体中的裂隙，使破碎的岩土体固结，改善内部应力状况，提高岩土体的稳定性；采用地锚梁1与预应力锚索2结合共同作用的方式加固地基，增大抗滑阻力，从而提高了地锚的整体强度，达到加固稳定和限制变形的目的。

如图4和图5，滑板单元包括工作坑底板3和橡胶垫层4。滑板单元中心线应与顶进箱体设计中线一致。橡胶垫层4应保证与工作坑底板3有足够的粘结强度。工作坑底板3采用25cm厚C40混凝土灌筑，内布置钢筋网，距滑板顶面50mm，垂直后背方向布置高强度预应力钢筋，伸入后背墙内并与后背墙5钢筋骨架相连接，以防止在顶进过程中滑板单元与后背墙5的连接处断裂，保证滑板单元与后背墙5的整体性。工作坑底板3混凝土要振捣密实，表面平整度在2m长度范围内凹凸差不超过3mm。橡胶垫层4是垂直方向受压的缓冲变形层，既应有足够的抗压强度，又有较大的剪切变形以满足上部结构的水平位移，来抵抗一部分箱底接触面的摩阻力。橡胶垫层4内设加劲钢板，既可以保证滑板的整体性，又起骨架作用。

后背单元包括后背墙5和后背桩6。后背墙5采用C40钢筋混凝土结构，宽度与滑板单元同宽，与滑板单元必须紧密、牢固、可靠，并保证地埋深度。后背桩6采用C30钢筋混凝土，并在墙背后填筑砂夹卵石，每30cm逐层夯实，以增大后背墙5的稳定性。后背墙5是保证顶进工作顺利进行的重要设施，直接关系到顶进质量。后背墙5位于工作坑后部，是顶进施工时水平顶推千斤顶10的支撑面，承受顶进时的水平顶反力。

水平滑移单元包括滑移凹槽7、滑道板8、滑块9和水平顶推千斤顶10。滑移凹槽7设置在滑板单元的橡胶垫层4的表面，形成条形滑道底座。滑移凹槽7平行设置多道，其数量和间距使得每道滑移凹槽7均匀承受箱体的重量以保证滑移过程的稳定性和安全性，优选为“四滑道”的布置形式。滑道前端出口30cm范围内设置成圆弧形状，便于滑块9从前方滑出。滑道板8焊接固定在滑移凹槽7内。滑道板8采用2cm厚钢板，上面包裹3mm厚光滑不锈钢板作为滑动面。滑块9与滑道板8滑动接触，由带有加劲钢板的橡胶块下面嵌一MGE块组合而成，起滑移箱体和支承作用。各滑道中的滑块9横向作为一组，每组滑块9用销轴连接，销轴位置高于橡胶垫层4，从而能够共同前移。滑块9排列紧凑，其最大间隙不得超过20cm。为减小顶推摩擦因数，在滑块9下表面涂上耐久、耐摩擦的硅脂油。采用MGE滑块+不锈钢板的摩擦体系，其优点在于：1.压缩强度大，承载力大，抗蠕变性能好，摩擦系数小，速度平稳，具有较好的弹性和抗冲击性能，能较好地消除轨道不平引起的局部高压带来的各种危害，特别适合于大型预制构件的平移；2.无变形和磨损，能够多工程重复使用，使用寿命长。

如图6，水平顶推千斤顶10安装在各滑移凹槽7内，每个滑移凹槽7内设置2台水平顶推千斤顶10。水平顶推千斤顶10的一端与滑块9相接触，另一端固定在后背墙5的支撑面上，实现多点顶推。水平顶推千斤顶10采用液压台座式千斤顶。顶推时，使箱体支承在滑块9上，开动水平顶推千斤顶10的油泵，通过活塞向前推动滑块9在不锈钢板上滑动，利用箱体底板混凝土与橡胶之间的摩擦力大于MGE材料与不锈钢之间的摩阻力的特点，带动箱体不断向前移动。按顶进长度随时更换不同的规格的顶铁，安放顶铁时保持顶铁与顶进轴线一致，每次开顶前采用备用顶铁加压，确保顶铁在顶进过程中顺直、不拱起。

水平纠偏单元包括导向支墩11，来控制预制箱体顶进时的方向。导向支墩11采用C40钢筋混凝土结构，分别设置于滑板单元两侧与地锚梁1对应的位置，以防止箱体在顶推过程中出现过大的偏斜。导向支墩11和地锚梁1应与混凝土底板3整体浇筑。如发现线位偏差可以在导向支墩11与箱体之间加垫木来调整，同时通过控制水平顶推千斤顶10顶力和加换顶铁调整。

本发明结构合理，占用场地少，操作方便，运行稳定，安全可靠，工期短，投资少，具有良好的社会效益和经济效益，适合大吨位整幅预制箱体一次性多点原位顶推到位的施工技术。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.面向大吨位顶推工程的高性能滑移装置，其特征是，包括地锚单元、位于所述地锚单元上的滑板单元、后背单元、位于所述滑板单元上的水平滑移单元和位于所述滑板单元两侧的水平纠偏单元；所述地锚单元包括碎石层、地锚梁和若干个锚索；所述滑板单元包括工作坑底板和橡胶垫层；所述后背单元包括后背墙和后背桩；所述水平滑移单元设置有若干个，所述水平滑移单元包括滑移凹槽、滑道板、滑块和水平顶推千斤顶；所述滑移凹槽设置在所述橡胶垫层上，所述滑移凹槽的出口端设置成圆弧形状；所述滑道板焊接固定在所述滑移凹槽内；在水平方向上，经过同一条垂直于顶推方向的线上的滑块作为一组并用销轴连接，形成若干组布满滑道，所述滑块可以在所述滑道板上滑动；所述水平纠偏单元包括若干个导向支墩。

2.根据权利要求1所述的面向大吨位顶推工程的高性能滑移装置，其特征是，所述地锚梁采用C40钢筋混凝土结构；所述锚索穿过地锚梁，沿与所述水平滑移单元平行的方向并排均匀设置。

3.根据权利要求2所述的面向大吨位顶推工程的高性能滑移装置，其特征是，所述碎石层灌注有灰浆；所述锚索采用预应力碳纤维锚索，并采用水泥砂浆注浆，所述锚索外层设置有PVC套管。

4.根据权利要求1所述的面向大吨位顶推工程的高性能滑移装置，其特征是，所述工作坑底板采用C40钢筋混凝土结构，并安插有高强钢筋；所述橡胶垫层内设有加劲钢板。

5.根据权利要求1所述的面向大吨位顶推工程的高性能滑移装置，其特征是，所述后背墙采用C40钢筋混凝土结构；所述后背桩采用C30钢筋混凝土结构，所述后背墙与所述后背桩之间填筑有砂夹卵石。

6.根据权利要求1所述的面向大吨位顶推工程的高性能滑移装置，其特征是，所述滑块包括具有加劲钢板的橡胶块和嵌在所述橡胶块下方的MGE块。

7.根据权利要求1所述的面向大吨位顶推工程的高性能滑移装置，其特征是，所述水平顶推千斤顶采用液压台座式千斤顶，安装在每个所述滑移凹槽内；所述水平顶推千斤顶的一端与所述滑块相接触，另一端固定在所述后背墙的支撑面上。

8.根据权利要求1所述的面向大吨位顶推工程的高性能滑移装置，其特征是，所述导向支墩采用C40钢筋混凝土结构，分别设置在与所述地锚梁对应的位置，所述导向支墩、地锚梁与滑板采用整体浇筑。