CN104775368B - 一种设置钢刃角的预制装配式顶进箱涵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种设置钢刃角的预制装配式顶进箱涵，包括箱涵主体结构、钢刃角、预制底板翼缘板，箱涵主体结构包括底板、顶板和腹板，并采用高强螺栓与钢刃角、预制底板翼缘板连接。所述箱涵主体结构、钢刃角和预制底板翼缘板均工厂预制，现场安装，可加快施工进度，缩短施工周期。同时，本发明增加了箱涵主体结构与土体的接触面积，减小土体所受压力，有效降低箱涵主体结构沉降量，并避免其在顶进过程中“扎头”。此外，本发明可通过改变钢刃角的切土方向来调节顶进方向，确保箱涵主体结构的正确就位。可见，本发明为箱涵顶进施工带来一种新的性能优越的技术选择，将随着交通工程的蓬勃发展而得到广泛应用，产生显著的社会经济效益。

Description

一种设置钢刃角的预制装配式顶进箱涵

技术领域

本发明属于平交道口施工领域，涉及一种设置钢刃角的预制装配式顶进箱涵。

背景技术

近年来我国现代化建设发展迅速，城市规模也在不断扩大。但与此同时，大多数城市基础设施的建设未能及时跟上城市的发展，交通拥挤、堵塞现象已成为大多数城市的标志性现象之一，城市经济发展也因此受到了严重影响和制约。其中，众多城市存在的大量铁路与公路的平交道口，成为了一个个的“瓶颈”，是造成城市交通堵塞的一个重要原因。同时，由于列车提速后行车密度大幅度提高，造成了公路和铁路平交道口的大量安全隐患。因此，进行公路和铁路平交路口的立体化改造，是改善城市交通、提高城市交通效率的一种有效手段，也是一项紧迫和繁重的任务。目前，各个城市都在采取多种措施来积极应对日益繁重的交通压力，如修建地铁，建设高架桥，开通城市隧道等方式，而地铁和隧道往往成为优先选择。但是在修建地铁和隧道等新线路时不可避免的要与已有铁路干线交叉，这时选择的施工方法既要保证原有铁路干线的正常运行，也要确保新线路的正常施工。因此，具有全天候施工、顶进设备简单、施工平稳、噪声低、施工质量好、不中断交通等特点的顶进法施工，在城市公路、铁路的平交路口立体化改造过程中得到了广泛运用。

虽然顶进法施工优势明显，但同时也存在一些施工难点和不足之处。其中，顶进施工过程中出现的下沉和“扎头”现象就是最为普遍而且不易处理的问题，尤其是在地基承载力较弱的条件下进行箱涵顶进施工时，下沉和“扎头”现象常常发生。下沉和“扎头”现象表现为箱涵顶进过程中，当箱涵前端离开滑板一定距离后，因为地基承载力不足开始下沉，在继续顶推中不断下沉，并且箱涵前端不断往下扎头，最终造成箱涵整体大幅度的倾斜而影响顶进工程的正常进行。因此，对下沉和“扎头”现象进行控制就显得尤为重要。

减少沉降量和处理箱涵“扎头”现象的方法有抬高工作坑滑床板标高、在滑床板上预留向上的坡度、在前端安装船头坡等，这些方法在实际应用中有一定功效，但是并不能很好地保证箱涵的最终位置，依然会出现较大偏差。此外，还可通过对地基进行处理来防止箱涵顶进中的“扎头”现象，如采用一定厚度的素凝混凝土基础进行地基受力性能改善，以加强地基的承载力，然而这类方法耗时耗力，投入成本高。由于以上方法在解决箱涵的下沉和“扎头”现象时均存在明显不足，因此，工程中迫切需要一种新的方法和手段来更好的解决该问题。

钢刃角在顶进法施工中已得到一些成功的应用，然而现有钢刃角均采用焊接形式安装于箱涵前端，只用来前端切土，无法进行方向调节。如果箱涵顶进方向出现偏差，则前端钢刃角的切土方向也会随之出现偏差，从而会导致偏差的进一步增大，形成恶性循环。而实际上，箱涵在顶进过程中必定会出现上下或左右的方向偏差，因此有必要设置一种可改变钢刃角切土方向的新型钢刃角，以便箱涵结构出现方向偏差后，不需要花费大量时间进行纠偏处理，可及时调节此类方向偏差、防止过大的累积偏差的产生，以最终保证箱涵结构的准确快速就位，同时确保施工质量和进度。

发明内容

技术问题：为克服现有顶进箱涵在地基承载力较弱的情况下常常出现的下沉、“扎头”现象和顶进方向控制问题，本发明提供了一种能大幅度降低箱涵沉降量并有效避免箱涵“扎头”现象，并控制箱涵顶进方向、保证箱涵最终准确就位的设置钢刃角的预制装配式顶进箱涵。此外，本发明预制装配式顶进箱涵采用工厂模块化预制、现场拼装的方式，可达到缩短箱涵制作周期的目的。

技术方案：本发明的设置钢刃角的预制装配式顶进箱涵，包括箱涵主体结构、设置在所述箱涵主体结构顶进方向两侧的预制底板翼缘板，所述箱涵主体结构和预制底板翼缘板的顶进端均安装有钢刃角，所述钢刃角包括切土构件、主伸缩杆和底座，所述主伸缩杆位于底座上方，主伸缩杆一端通过上轴承与切土构件连接，另一端固定于底座上，主伸缩杆能够沿顶进方向伸缩并锁定，所述底座一端通过下轴承与切土构件连接，另一端通过连接钢板和螺栓孔道与箱涵主体结构或预制底板翼缘板的顶进端连接。

进一步的，所述主伸缩杆沿顶进方向的伸缩使得切土构件绕下轴承的轴心转动，调节切土构件的切土角度。

进一步的，所述切土构件和底座之间还设置有调节伸缩杆，所述调节伸缩杆的一端通过调节轴承与切土构件连接，另一端通过另一个调节轴承与底座连接。

进一步的，所述箱涵主体结构由顶板、底板和腹板构成。

本发明中，箱涵主体结构、钢刃角、预制底板翼缘板上预留有螺栓孔道，先在施工现场装配好箱涵主体结构，随后浇筑混凝土现浇层来保证箱涵主体结构的密闭性能和整体性能，最后通过预留的螺栓孔道和高强螺栓将钢刃角、预制底板翼缘板与箱涵主体结构连接，形成最终的预制装配式顶进箱涵。

箱涵主体结构为预制装配式结构，整个箱涵主体结构由预制板拼装成一个整体，其中底板和顶板由一层预制板拼接而成，腹板由两层一定间隔的预制板拼接而成，由底板、顶板和腹板形成箱涵主体结构。格构钢筋底部在预制时就预埋入预制板中，同时留有上部钢筋和纵横向搭接钢筋在预制板外，用于连接混凝土现浇层。

进一步，在箱涵主体结构拼接完成后，开始浇筑混凝土，目的是保证箱涵主体结构的密闭性能和整体性能，在底板、顶板上部浇筑一定厚度的混凝土层，同时在腹板的两层预制板之间浇筑混凝土，混凝土凝结后与箱涵主体结构形成一个整体共同受力。

在箱涵主体结构浇筑完成之后，将顶进方向最前端左右各一块预制底板翼缘板拼接到箱涵主体结构上，之后再在顶进过程中不断在左右已安装的翼缘板后面继续拼装预制底板翼缘板。采用该方法，只需开挖出第一块预制底板翼缘板的工作基坑，后续翼缘板则可在顶进过程中在此基坑进行拼装，因此可大幅减少基坑开挖的工程量。其中，翼缘板与翼缘板、翼缘板与底板均通过高强螺栓和螺栓孔道进行连接。

在箱涵主体结构上加装钢刃角，除了方便切土，更可以方便的调节箱涵前进方向。在两腹板上安装的钢刃角，可调节箱涵前进的左右方向；在上底板和下底板安装的钢刃角，可调节箱涵前进的上下方向。箱涵主体结构上预留有安装钢刃角的螺栓孔道，并采用高强螺栓与钢刃角连接，在顶进完成后能够方便的拆卸。钢刃角包括切土构件、主伸缩杆和底座。切土构件主要用于顶进时的切土。主伸缩杆安置于底座上方，可前后伸缩控制切土构件的方向，主伸缩杆一端通过上轴承与切土构件连接，另一端固定于底座上。调节伸缩杆用于连接切土构件和底座并传递之间的荷载，调节伸缩杆两端均通过调节轴承分别与切土构件和底座实现连接。当主伸缩杆伸缩时，调节伸缩杆随之伸缩，共同调节切土构件方向；当主伸缩杆锁定时，调节伸缩杆也随之锁定，共同承受荷载。底座一端通过下轴承与切土构件连接，主伸缩杆前后伸缩时下轴承能够保证切土构件的自由转动，来调节切土构件的方向，另一端则通过连接钢板和螺栓孔道与箱涵主体结构或与之底板翼缘板的顶进端连接。

本发明适用于地下顶进工程中箱涵主体结构的快速安装，可大幅减少顶进箱涵的沉降量，避免顶进箱涵“扎头”现象，并可调节箱涵顶进方向，加快施工进度的同时确保施工质量。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明的一种设置钢刃角的预制装配式顶进箱涵，将传统的现浇顶进箱涵改进为预制装配式顶进箱涵，并在此基础上加装预制底板翼缘板和钢刃角。本发明首先采用预制装配式结构避免了传统箱涵需要布钢筋、搭模板等费时费力的过程，实现了顶进箱涵在现场的快速安装，缩短了施工周期。其次，在顶进箱涵两侧加装预制底板翼缘板，通过增加顶进箱涵底面积来大幅减少箱涵的沉降量并有效避免了“扎头”现象，解决了传统箱涵易沉降和易扎头的难题。最后，在预制装配式顶进箱涵顶进端加装钢刃角，与传统钢刃角相比，此钢刃角可实现顶进方向的调节，保证箱涵最终的准确就位。我国大量城市处于软土地基层，本发明为此类城市的交通建设带来了一种优越的箱涵顶进施工方法，为加快城市交通立体化建设提供了一项重要的技术储备。因此，随着我国城市化进程的不断推进以及交通事业的飞速发展，本发明将具有广泛的工程应用前景，产生良好的社会经济效益。

附图说明

图1是预制装配式顶进箱涵的三视图，其中图1(a)为正视图，图1(b)为俯视图，图1(c)为左视图；

图2是箱涵主体结构的三视图，其中图2(a)为正视图，图2(b)为俯视图，图2(c)为左视图；

图3是位于顶进端安装钢刃角的翼缘板结构三视图，其中图3(a)为正视图，图3(b)为俯视图，图3(c)为左视图；

图4是位于后方不安装钢刃角的翼缘板结构三视图，其中图4(a)为正视图，图4(b)为俯视图，图4(c)为左视图；

图5是预制板纵、横向连接示意图，其中图5(a)为横向连接示意图，图5(b)为纵向连接示意图；

图6是钢刃角示意图；

图中有：箱涵主体结构1，钢刃角2，预制底板翼缘板3，顶板4，腹板5，底板6，螺栓孔道7，预制板9，混凝土现浇层10，下部格构钢筋11，上部格构钢筋12，搭接钢筋13，切土构件14，连接钢板15，调节伸缩杆16，主伸缩杆17，底座18，下轴承19，上轴承20，调节轴承21。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明结构做更进一步的解释说明。

如图1～6所示，为一种设置钢刃角的预制装配式顶进箱涵，该预制装配式顶进箱涵包括箱涵主体结构1，钢刃角2，预制底板翼缘板3，在箱涵主体结构1、钢刃角2、预制底板翼缘板3上均预留有螺栓孔道7。箱涵主体结构1在施工现场装配完成，在浇筑混凝土现浇层10之后，通过预留的螺栓孔道7和高强螺栓将钢刃角2、预制底板翼缘板3与箱涵主体结构1连接，形成最终的预制装配式顶进箱涵。

箱涵主体结构1为预制装配式结构，即整个箱涵主体结构1采用预制板9拼装成一个整体，其中底板6和顶板4由一层预制板9拼接而成，腹板5则有两层留有一定间隔的预制板9拼接而成，底板6、顶板4和腹板5组成了箱涵主体结构1，在底板6、顶板4上层浇筑一定厚度的混凝土现浇层10，在腹板5中间空隙同样浇筑混凝土现浇层10。格构钢筋11底部在预制时就预埋入预制板9中，同时在预制板9外留有上部钢筋12和纵(横)向搭接钢筋13，用于连接混凝土现浇层10，混凝土现浇层10凝结后与预制板9形成整体共同受力。

箱涵主体结构1浇筑完成后，将顶进方向最前端两边安装钢刃角2的预制底板翼缘板3拼装到箱涵主体结构1上，之后继续进行顶进施工，在两边已安装预制底板翼缘板3后，继续拼装不安装钢刃角2的预制底板翼缘板3，各预制底板翼缘板3之间通过高强螺栓和螺栓孔道7连接，预制底板翼缘板3和底板6之间也通过高强螺栓和螺栓孔道7连接。

钢刃角2可由切土构件14、调节伸缩杆16和底座18组成。主伸缩杆17安置在底座18上，主伸缩杆17前端通过上轴承20跟切土构件14连接，后端固定在底座18上，底座18底部前端通过下轴承19与切土构件14连接，底座18后端为连接钢板15。切土构件14在最上端通过上轴承20连接主伸缩杆17，在最下端通过下轴承19连接底座18，在中间通过调节轴承21和调节伸缩杆16连接底座18。

箱涵主体结构1刚开始顶进时，钢刃角2保持水平，当箱涵主体结构1出现下沉时，需要调节钢刃角2往上转动，改变切土构件14的切土方向，此时控制主伸缩杆17往后收缩，使切土构件14绕着下轴承19往上转动，在此过程中，调节伸缩杆16也跟着一起运动，当钢刃角2的切土角度调整至需要位置时，停止并锁定主伸缩杆17和调节伸缩杆16。当箱涵主体结构1出现左右偏移时，则调节位于腹板5上的钢刃角2往相反方向转动至合适位置，过程同上。

上述实施例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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种设置钢刃角的预制装配式顶进箱涵，其特征在于：该箱涵包括箱涵主体结构（1）、设置在所述箱涵主体结构（1）顶进方向两侧的预制底板翼缘板（3），所述箱涵主体结构（1）和预制底板翼缘板（3）的顶进端均安装有钢刃角（2），所述钢刃角（2）包括切土构件（14）、主伸缩杆（17）和底座（18），所述主伸缩杆（17）位于底座（18）上方，主伸缩杆（17）一端通过上轴承（20）与切土构件（14）连接，另一端固定于底座（18）上，主伸缩杆（17）能够沿顶进方向伸缩并锁定，所述底座（18）一端通过下轴承（19）与切土构件（14）连接，另一端通过连接钢板（15）和螺栓孔道（7）与箱涵主体结构（1）或预制底板翼缘板（3）的顶进端连接。

2.根据权利要求1所述的一种设置钢刃角的预制装配式顶进箱涵，其特征在于：所述主伸缩杆（17）沿顶进方向的伸缩使得切土构件（14）绕下轴承（19）的轴心转动，调节切土构件（14）的切土角度。

3.根据权利要求1或2所述的一种设置钢刃角的预制装配式顶进箱涵，其特征在于：所述切土构件（14）和底座（18）之间还设置有可锁定的调节伸缩杆（16），所述调节伸缩杆（16）的一端通过调节轴承（21）与切土构件（14）连接，另一端通过另一个调节轴承（21）与底座（18）连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种设置钢刃角的预制装配式顶进箱涵，其特征在于：所述箱涵主体结构（1）由顶板（4）、底板（6）和腹板（5）构成。