CN107701197A - 一种用于顶推施工的箱涵运载装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于顶推施工的箱涵运载装置，该运载装置包括轮轴气囊体系、板块体系、检测体系、切土体系和锚固体系；所述轮轴气囊体系是指运载装置的下部滚动部分，其结构是在钢滚轮(2)的外周覆裹气囊(4)，以利于在土中行进以及后期箱涵与运载装置的分离；板块体系即运载装置的面板，由位于箱涵下的多个单元底板(1)在现场并排拼装而成；切土体系指安装在箱涵前端的钢刃角和板块体系上的弧形切土装置(12)；锚固体系指滚轴(3)与单元底板(1)的连接装置锚固螺栓(13)以及两单元底板(1)之间的连接插栓(9)。该箱涵运载装置可进一步提高施工速度，缩短工期，降低工程造价，将为箱涵顶进施工带来一种新的性能优越的技术选择。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于顶推施工的箱涵运载装置，属于下穿既有线顶进施工技术领域。
背景技术
近年来，随着我国城市现代化建设的飞速发展，城市公路、铁路交通运输量急剧增长，使得城市堵车问题日益严重，道口交通安全问题日益突出。城市交通建设的发展滞后，成为严重影响和制约城市经济发展的“瓶颈”。为了改善城市交通状况，需要在运输繁忙的运营铁路下方修建上跨或下穿道路，将原有的铁路与公路的平交道口改为立交道口，而下穿式箱形桥对城市景观影响破坏较小往往得到人们的青睐。顶进法施工具有造价低、施工速度快，且对周围环境影响小等特点，已成为增加下穿式立交通道的一种主要施工工艺，并被逐步推广应用。
上世纪70年代，随着液压技术的成熟及卧式大吨位液压油顶的问世，在设备上使大跨径箱涵顶进成为可能。上海铁路局在京沪铁路、沪宁铁路等既有线上已成功实施多处箱式立交桥顶进施工，使箱涵顶进技术也得到飞速发展，成为一项重要的技术手段。随着顶进建设规模越来越大，施工过程中面临的困难和挑战也越来越多。例如：结构自重和顶力的增加使滑板和后背梁结构出现开裂，工作坑围护结构产生附加内力变形；长大型箱涵刚度相对较小，在复杂的不利地质条件下易发生方向偏离、抬头和扎头等情况；此外，由土体不均匀沉降所造成的箱涵拉应力超限也常有发生。
这些问题的出现主要是由两方面造成。第一，由于箱涵与土体之间的摩擦系数大，使得所需千斤顶的顶力也相应的很大。从而使箱涵局部受力过大而出现箱涵开裂等问题，千斤顶的反力又由后背梁承受，过大的反力同样可能造成后背梁的开裂和失稳，甚至引起后排围护桩的损坏。第二，由于地质条件问题，出现顶推过程中的方向偏离、抬头和扎头等现象。土体的不均匀沉降还有可能造成箱涵拉应力超限的问题。
针对由摩阻力过大引起的一系列问题，通常采取箱涵上设置钢刃角和千斤顶倒置施工方法。虽能降低箱涵与土体之间的摩阻力，但效果并不明显。
发明内容
技术问题：为解决因顶进阻力过大而造成的所需顶推力太大的问题，本发明提供一种用于顶推施工的箱涵运载装置，通过在运载装置底部安装覆裹气囊的钢滚轮化滑动为滚动降低摩阻力，由此能明显减小顶推箱涵所需的推力，也能减少所需千斤顶以及相应顶铁和顶管的数量，与此同时，箱涵和后背梁因受力过大而破坏的风险也会得到明显的降低。
技术方案：为了实现上述目标，本发明的一种用于顶推施工的箱涵运载装置采用如下的技术方案：
该运载装置包括轮轴气囊体系、板块体系、检测体系、切土体系和锚固体系；
所述轮轴气囊体系是指运载装置的下部滚动部分，其结构是在钢滚轮的外周覆裹气囊，以利于在土中行进以及后期箱涵与运载装置的分离；
板块体系即运载装置的面板，由位于箱涵下的多个单元底板在现场并排拼装而成；
检测体系指板块内设置的传感器系统，包括测斜仪和水平、竖直位移传感器；
切土体系指安装在箱涵前端的钢刃角和板块体系上的弧形切土装置；
锚固体系指滚轴与单元底板的连接装置锚固螺栓以及两单元底板之间的连接插栓。
其中，
所述的钢滚轮位于钢滚轴上，钢滚轮与钢滚轴之间设有钢滚珠，滚轮外侧覆裹高压气囊。
所述的轮轴气囊体系通过锚固板和螺栓与单元底板连接，组成基本板块单元。
所述的基本板块单元长度为2m～4m，箱涵总长度较大时取较大值，反之取较小值。
所述的基本板块单元设两排钢滚轮，钢滚轮沿箱涵宽度方向的间距为3m～5m。箱涵宽度略大于该运载装置面板宽度，以便后期能够塞入垫块实现两者的分离。
所述的多个单元底板并排拼装而成的运载装置的面板，其最左侧的基本板块单元的右边设有预留槽；中间基本板块单元的一侧设有预留槽，另一侧设有预留块；最右侧的基本板块单元的左边设有预留块；左侧基本板块单元右边的预留槽与右侧基本板块单元左边的预留块连接，由插栓固定。
所述的最右侧的基本板块单元的一端设有弧形切土装置，还可根据需要安装船头坡等防“扎头”装置。
所述的最左侧的基本板块单元、最右侧的基本板块单元上预留箱涵固定卡槽。
所述的单元底板上并排设有预留孔洞。
所述的钢滚轴由锚固板固定在单元底板上。
在箱涵上安装钢刃角装置。
待箱涵顶推到指定位置之后，用梯行状混凝土垫块垫置在箱涵底部(箱涵宽度略大于运载装置宽度)，对气囊泄气实现箱涵与运载装置的分离。
利用箱涵底板预留的孔洞进行高压灌注混凝土处理，填塞由于运载装置抽离而留下的空隙。
整个运载装置由多个单元底板在现场并排拼装而成，然后在其顶面预制箱涵，待混凝土达到设计强度后即可进行顶推工作；由于运载装置的宽度小于箱涵宽度，待箱涵顶推到位后在两侧塞入梯状条形混凝土垫块，释放气囊内部气体使运载装置处于空载状态，分离运载装置之后在箱涵底板预留孔道高压灌注混凝土填充底部空隙。
有益效果：
1.该箱涵运载装置为装配式，可根据箱涵实际长度确定所需标准板块单元的数量，进而确定整个运载装置的长度，适用范围较广。
2.该箱涵运载装置利用底部覆裹气囊的钢滚轮化滑动为滚动，可极大地减小了摩擦阻力，进而减少了所需千斤顶以及相应顶铁和顶管的数量。
3.后背梁所受反力大大减小，从而降低了后背梁被破坏的风险。
4.整个顶推过程中箱涵本身仅承受与土体之间的摩擦力，从而受力状态得到改善。
5.该箱涵运载装置底板内设有倾角传感器、水平传感器和竖直传感器，可以实现对整个顶推施工过程的监测。确保施工的安全进行，提高施工质量。
6.该箱涵运载装置可以进一步提高施工速度，缩短工期，降低造价。施工运行稳定，安全可靠。
附图说明
图1是本发明整体俯视图(注：图中仅画出了7个中间板块单元和首尾板块单元，可根据实际箱涵长度决定中间板块单元的数量)；
图2是本发明中间板块单元(标准单元)俯视图；
图3是本发明板块单元横断面图；
图4是本发明首块单元侧面图；
图5是本发明中间板块单元(标准单元)侧视图；
图6是本发明尾块单元侧面图；
图7锚固板横断面图；
图8滚轮体系横断面图。
图中有：单元底板1，钢滚轮2，钢滚轴3，气囊4，预留块5，预留槽6，箱涵固定卡槽7，锚固板8，六边形插栓9，预留孔洞10，船头坡11，弧形切块12，锚固螺栓13，预留插栓孔道14，钢滚珠15。
具体实施方式
为方便本领域的技术人员准确理解，以下结合附图对本发明作进一步的详细说明，实施方式所提及的内容不能限制本发明的保护范围。
本发明所涉及的一种用于顶推施工的箱涵运载装置，包括轮轴气囊体系、板块体系、监测体系、切土体系和锚固体系。
所述轮轴气囊体系是指运载装置的下部滚动部分，其结构是在钢滚轮2的外周覆裹气囊4，以利于在土中行进以及后期箱涵与运载装置的分离；
板块体系即运载装置的面板，由位于箱涵下的多个单元底板1在现场并排拼装而成；
检测体系指板块内设置的传感器系统，包括测斜仪和水平、竖直位移传感器；
切土体系指安装在箱涵前端的钢刃角和板块体系上的弧形切土装置12；
锚固体系指滚轴3与单元底板1的连接装置锚固螺栓13以及两单元底板1之间的连接插栓9。
所述的轮轴气囊体系通过锚固板8和螺栓13与单元底板1连接，组成基本板块单元。所述的多个单元底板1并排拼装而成的运载装置的面板，其最左侧的基本板块单元的右边设有预留槽6；中间基本板块单元的一侧设有预留槽6，另一侧设有预留块5；最右侧的基本板块单元的左边设有预留块5；左侧基本板块单元右边的预留槽6与右侧基本板块单元左边的预留块5连接，由插栓9固定。所述的最右侧的基本板块单元的一端设有弧形切土装置12，根据需要安装船头坡11防“扎头”装置。所述的最左侧的基本板块单元、最右侧的基本板块单元上预留箱涵固定卡槽7。所述的钢滚轴3由锚固板8固定在单元底板1上。
所述轮轴气囊体系主要由钢滚轮2、钢滚轴3和气囊4三部分组成。钢滚轴3的直径可设为10cm～20cm，宽度为40cm～60cm。钢滚轴3间距(纵向间距)设为1.5m～2.5m，横向轴距为2m～4m。单根钢滚轴3上所设的钢滚轮2个数为5个。一个板块单元共设两排钢滚轮2，共10个钢滚轮2。钢滚轮2上再覆裹高压气囊4。
所述板块体系指放置箱涵的底板，其宽度设为2m～4m，厚度为15cm～20cm。板块上设有预留槽6、预留块5、预留孔洞10及固定箱涵位置的固定卡槽7。预留块5伸出长度为40cm～60cm。预留槽6尺寸略大于预留块5。整个箱涵运载装置的板块单元的个数由箱涵的长度确定，板块单元的个数[k]＝箱涵长度l/3+1，其中[k]表示不大于k的最大整数。钢滚轮2的个数n＝2×5×[k]＝10[k]。
所述锚固体系指钢滚轴3与板块1及预留块5与预留槽6的连接锚固装置。其中钢滚轴3和板块1之间用螺栓13连接，中间通过锚固板来实现。螺栓13共设两排，每排设三个螺栓13。预留块5与预留槽6之间用两根六边形插栓9连接，此时需要在块板上做一个凹槽，使得栓帽顶部与板块平齐。
所述监测体系是指在运载装置板块内设置传感器装置，包括倾角传感器和水平、竖直位移传感器。由于箱涵同运载装置协同变形，通过对运载装置的监测可实时掌握箱涵状况。
所述切土体系指箱涵顶部两侧面和顶面的钢刃角装置和运载装置板顶部的弧形切土块12。弧形切土块12底面略高于滚轮2底面。
当箱涵被顶推到指定位置，在其底部两侧塞入梯形状混凝土垫块，并对气囊4进行泄气处理，从而实现箱涵与运载装置的分离，最后从箱涵底板预留孔道内高压灌注混凝土填充底部空隙。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的情况下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于顶推施工的箱涵运载装置，其特征在于：该运载装置包括轮轴气囊体系、板块体系、检测体系、切土体系和锚固体系；
所述轮轴气囊体系是指运载装置的下部滚动部分，其结构是在钢滚轮(2)的外周覆裹气囊(4)，以利于在土中行进以及后期箱涵与运载装置的分离；
板块体系即运载装置的面板，由位于箱涵下的多个单元底板(1)在现场并排拼装而成；
检测体系指板块内设置的传感器系统，包括测斜仪和水平、竖直位移传感器；
切土体系指安装在箱涵前端的钢刃角和板块体系上的弧形切土装置(12)；
锚固体系指滚轴(3)与单元底板(1)的连接装置锚固螺栓(13)以及两单元底板(1)之间的连接插栓(9)。
2.根据权利要求1所述的一种用于顶推施工的箱涵运载装置，其特征在于：所述的钢滚轮(2)位于钢滚轴(3)上，钢滚轮(2)与钢滚轴(3)之间设有钢滚珠(15)，滚轮(2)外侧覆裹高压气囊(4)。
3.根据权利要求1所述的一种用于顶推施工的箱涵运载装置，其特征在于：所述的轮轴气囊体系通过锚固板(8)和螺栓(13)与单元底板(1)连接，组成基本板块单元。
4.根据权利要求1所述的一种用于顶推施工的箱涵运载装置，其特征在于：所述的基本板块单元长度为2m～4m，箱涵总长度较大时取较大值，反之取较小值。
5.根据权利要求1所述的一种用于顶推施工的箱涵运载装置，其特征在于：所述的基本板块单元设两排钢滚轮(2)，钢滚轮(2)沿箱涵宽度方向的间距为3m～5m。箱涵宽度略大于该运载装置面板宽度，以便后期能够塞入垫块实现两者的分离。
6.根据权利要求1所述的一种用于顶推施工的箱涵运载装置，其特征在于：所述的多个单元底板(1)并排拼装而成的运载装置的面板，其最左侧的基本板块单元的右边设有预留槽(6)；中间基本板块单元的一侧设有预留槽(6)，另一侧设有预留块(5)；最右侧的基本板块单元的左边设有预留块(5)；左侧基本板块单元右边的预留槽(6)与右侧基本板块单元左边的预留块(5)连接，由插栓(9)固定。
7.根据权利要求6所述的一种用于顶推施工的箱涵运载装置，其特征在于：所述的最右侧的基本板块单元的一端设有弧形切土装置(12)，根据需要安装船头坡(11)防“扎头”装置。
8.根据权利要求1所述的一种用于顶推施工的箱涵运载装置，其特征在于：所述的最左侧的基本板块单元、最右侧的基本板块单元上预留箱涵固定卡槽(7)。
9.根据权利要求1所述的一种用于顶推施工的箱涵运载装置，其特征在于：所述的单元底板(1)上并排设有预留孔洞(10)。
10.根据权利要求1所述的一种用于顶推施工的箱涵运载装置，其特征在于：所述的钢滚轴(3)由锚固板(8)固定在单元底板(1)上。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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