CN111119912A - 一种下穿铁路框架箱涵顶进施工装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种下穿铁路框架箱涵顶进施工装置及其施工方法，包括简易盾构机、基座梁、垫梁和悬挑梁；所述简易盾构机设置在框架箱涵内部的前端，所述基座梁成排设置在所述框架箱涵的顶部，所述垫梁成排设置在所述框架箱涵的顶部并设在基座梁之后，所述悬挑梁滑动套设在所述基座梁中，所述基座梁的顶部设有沿其长度方向延伸的通槽，所述悬挑梁的前端顶部设有与所述通槽滑动配合的钢枕，所述悬挑梁通过驱动油缸的带动可从所述框架箱涵前端伸出以将所述钢枕插入钢轨下对钢轨进行悬挑。本发明满足边顶进边线路架空的一体化施工要求，从而能够有效简化顶进施工流程，减少了线路上的作业及对行车的影响，更能确保铁路安全运行，具有机械化施工程度高，工期短，施工成本低的优点。

Description

一种下穿铁路框架箱涵顶进施工装置及其施工方法

技术领域

本发明属于框架箱涵下穿铁路线路的顶进施工技术领域，尤其涉及一种下穿铁路框架箱涵顶进施工装置及其施工方法。

背景技术

随着城市建设及道路的飞跃发展，既有铁路时常需要改建或新建一些工程设施，将框架桥涵从既有铁路下穿，经常用到顶进施工技术。现有的下穿铁路顶进箱涵施工方法必然分两步走，即先对线路架空，再顶进挖土。线路架空梁为特制的施工便梁，架空梁两端必须有支承桩，支承桩离线路很近，只能为人工挖孔桩。线路架空还需进行抽轨枕、横移轨枕、穿横梁、架纵梁、扣轨等工序，架空梁拆除则顺序相反；顶进挖土采用液压油顶为动力，人工配合挖机取土，边顶边挖边取土，为确保挖土顶进时的路基稳定，在顶进范围外的路基上要预设一定数量的人工挖孔支护桩；支承桩、支护桩以及顶进施工线路必须慢行限速，线路架空安装和拆除必须封锁线路。既有的顶进施工工艺、施工技术存在以下弊端：1.线路附近进行人工挖孔桩、线路架空、架空拆除、架空支点转换施工繁琐，对线路影响非常大，行车安全、人身安全风险很高；2.工期长、工程造价高。

发明内容

为解决现有施工技术存在的问题，本发明提供了一种下穿铁路框架箱涵顶进施工装置及其施工方法，本发明实现了边顶进边架空的一体化施工，当箱涵顶进到线路枕木边时，通过利用框架箱涵自身的承载，在框架箱涵上伸出悬挑梁对钢轨进行架空，从而取消了支承桩、支护桩、架空梁的繁琐施工，具有工期短，造价低，对行车影响小，安全风险低的优点。

为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：

一种下穿铁路框架箱涵顶进施工装置，包括简易盾构机、基座梁和悬挑梁；

所述盾构机设置在框架箱涵内部的前端，所述基座梁成排设置在所述框架箱涵的顶部，所述悬挑梁滑动套设在所述基座梁中；

所述基座梁的顶部设有沿其长度方向延伸的通槽，所述悬挑梁的前端顶部设有与所述通槽滑动配合的钢枕，所述悬挑梁通过驱动油缸的带动可从所述框架箱涵前端伸出以将所述钢枕插入钢轨下。

进一步的，所述框架箱涵上位于所述基座梁的尾端还设有对所述钢枕进行支撑的垫梁。

进一步的，所述悬挑梁上沿所述通槽延伸方向设有若干用于固定钢枕的钢枕固定组件；

所述钢枕固定组件包括对称布置在所述通槽两侧的一对水平夹持油缸以及将所述钢枕压紧固定在所述悬挑梁上的一对竖直顶持油缸。

进一步的，所述垫梁上设有与所述悬挑梁上钢枕固定组件结构相同的钢枕固定组件。

进一步的，所述钢枕与所述钢轨之间连接有升降油缸。

进一步的，所述升降油缸的顶端通过扣件将所述钢轨固定，所述钢枕通过螺栓固定在所述悬挑梁上。

进一步的，所述框架箱涵上设有若干顶部开口的支撑座，所述基座梁架设在所述支撑座上并通过与所述支撑座可拆卸连接的T型加劲横梁固定。

进一步的，所述支撑座与所述框架箱涵螺栓紧固连接，所述T型加劲横梁与所述支撑座螺栓紧固连接。

进一步的，所述钢轨外轨腰上还设有轨道高程监测传感器。

一种下穿铁路框架箱涵顶进施工方法，使用上述顶进施工装置，包括如下步骤：

1)开挖工作坑，将悬挑梁装入基座梁中，将基座梁、垫梁依次通过高强螺栓固定在混凝土框架箱涵上，悬挑梁的间距与轨枕间距相同并与轨枕错开排列，以在顶进过程中悬挑钢轨施工装置穿插在轨枕之间，将盾构机安装在框架箱涵前端中；

2)申请列车减速通过，在钢轨上布置轨道高程监测装置，将框架箱涵向前推动及切土掘进，直至其前端距离轨枕外侧设定距离时停止，在两条线路中间浇筑混凝土挡梁；

3)在线路封锁天窗点内，完成悬挑梁顶推至混凝土挡梁处，在悬挑梁上安装钢枕，钢枕与钢轨固牢，并通过钢枕上的升降油缸调整钢轨标高至封锁前状态，在悬挑梁的端头安装连接梁，将所有悬挑梁连成整体，连接梁与混凝土挡梁做单向固定，使连接梁只能竖向移动不能纵向移动，恢复线路解除封锁；

4)列车减速通过条件下，混凝土框架箱涵继续向前切土掘进，当列车通过时暂停掘进，列车通过后继续掘进，钢枕随同悬挑梁滑入基座梁，当悬挑梁全部滑入到基座梁时，框架箱涵已顶进到达混凝土挡梁处；

5)拆除连接梁和混凝土挡梁，解除钢枕与悬挑梁的固定，在基座梁、垫梁上分别安装钢枕固定组件，框架箱涵继续向前推动，钢枕先后沿着悬挑梁、基座梁和垫梁滑动，当列车通过时停止顶进，并通过钢枕固定组件将钢枕与基座梁或垫梁临时固定，列车通过后解除固定继续顶进，直至框架箱涵顶进到距离下一条线路轨枕设定距离时停止顶进；

6)重复上述的作业过程，进行其余条线路的悬挑架空钢轨及顶进，直至顶进到终点位置完成顶进，回填路基、道床，在线路封锁天窗点内逐个拆除钢枕、基座梁和垫梁。

本发明提供的顶进施工方法具有顶进一体化施工的特点，即边顶进、边线路加固、边线路维护，无需施工便梁架空线路、无需支承桩、支护桩施工，它采用了盾构掘进技术、土压平衡原理进行顶进取土同时线路加固，整过施工通过一种特制的装置即一体化顶进装置来完成，与传统顶进工法相比，本发明所述施工方法具有以下优势：1.大大减少线路上的作业，大幅度降低对行车的影响，行车安全更能得到保障；2.机械化施工程度很高，工效高，人身伤亡风险大大降低；3.与传统的施工相比工期缩短50-70％，造价减低50％以上。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为钢枕平面示意图；

图3为钢枕位置示意图；

图4为钢枕的升降油缸示意图；

图5为基座梁横断面示意图；

图6为基座梁立体示意图；

图7为垫梁立体示意图；

图8为I型固定部件横断面图；

图9为钢轨悬挑装置组示意图；

图10为混凝土挡梁平面图；

图11为施工步骤2)示意图；

图12为施工步骤3)示意图；

图13为施工步骤4)示意图；

图14为施工步骤6)示意图；

图15为施工步骤6)示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1和图2，一种下穿铁路框架箱涵顶进施工装置，包括钢枕1、悬挑梁2、基座梁3、垫梁4、驱动油缸5、钢枕固定组件6和简易盾构机8。

其中，基座梁3成排设置在框架箱涵10的顶部，为悬挑梁2在框架箱涵10上的支承约束部件，悬挑梁2滑动套设在基座梁3中，垫梁4位于基座梁3之后，当钢枕1越过基座梁3段时可对钢枕1进行支撑，驱动油缸5位于基座梁3尾部，为悬挑梁2从基座梁3内部向前移动提供动力，基座梁3的顶部设有沿其长度方向延伸的通槽，悬挑梁2的前端顶部设有与通槽滑动配合的钢枕1，当驱动油缸5带动悬挑梁2从框架箱涵10前端伸出时，钢枕1正好插入钢轨11下，对钢轨11起到悬挑作用。

钢枕固定组件6用于钢枕1与基座梁3或垫梁4之间的临时固定，当钢枕固定组件6松开钢枕1时，钢枕1可以在基座梁3以及垫梁4上自由滑动，当钢枕固定组件6抓紧钢枕1时，钢枕1位置被锁定。

其中，简易盾构机8设置在框架箱涵10的前端内，在框架箱涵顶进过程中可对前方土体进行切土掘进，钢枕1为类似于轨枕12的钢材部件，通过扣件来固定钢轨，钢枕1穿插于既有轨枕之间，悬挑梁2通过驱动油缸5可相对基座梁3滑动并伸出框架箱涵前端，伸入钢枕1之下以对其进行支撑。

本实施例顶进施工装置可以满足边顶进边进行线路架空的施工要求，能够有效简化顶进施工流程，减少了线路上的作业及对行车的影响，更能确保铁路安全运行，机械化施工程度高，工期短，施工成本低。

参见图2和图3，在一些实施例中，其中，钢枕固定组件6包括2类：a.第1类为钢枕1与基座梁3之间的固定部件，称为I型固定部件6-1；b.第2类为钢枕1与垫梁4之间的固定部件，称为II型固定部件6-2。两类固定部件的构造及原理大致相同，设有液压件以在顶进暂停时加紧钢枕1，在顶进进行时放松钢枕1，两种固定部件通过螺栓分别固定在悬挑梁2、基座梁3和垫梁4上。

其中，I型固定部件6-1沿悬挑梁2延伸方向设置多组，每组I型固定部件6-1通过螺栓6-3固定在基座梁3上，其内部有两组液压件，一组为水平向活动的液压件，取名为水平夹持油缸6-4，另一组为竖直向的液压件，取名为竖直顶持油缸6-5；I型固定部件6-1通过螺栓固定在悬挑梁2上，当悬挑梁2向前移动时，油缸内的液压油6-6带动活塞回退，此时液压件为松开状态；当悬挑梁2停止移动时，I型固定部件6-1通过液压件将钢枕1夹紧并压在悬挑梁2上，I型固定部件6-16-1横断面图如图8所示。

其中，II型固定部件6-2同样设置多种并通过螺栓固定在垫梁4上，与I型固定部件6-1相似，垫梁4位于II型固定部件6-2之间，内部有两组液压件，II型固定部件6-2通过液压件将钢枕1夹紧并压在垫梁4上。II型固定部件6-2横断面图如图7所示。

参见图2，在一些实施例中，钢枕1通过扣件1-2将钢轨11固定，钢枕1与钢轨11之间设有橡胶垫片，避免钢轨电流发生短路；钢枕1通过螺栓临时固定在悬挑梁2上；钢枕1底部有两翼，可供竖直顶持油缸将其向下压在悬挑梁2或垫梁4,。

其中，沿纵向同一条直线上的钢枕1、悬挑梁2、基座梁3、垫梁4、驱动油缸5和钢枕固定组件6，组成一套钢轨悬挑装置组，其示意图如图9所示。

为方便对钢轨的高度进行调节，钢枕1在钢轨下的接触位置设有升降油缸1-1，以保证钢轨的前后高低平顺。钢枕1的升降油缸示意图如图3所示，升降油缸1-1的缸体1-102与钢枕1固定连接，升降油缸1-1的活塞缸1-101通过螺栓组件1-103与钢轨11固定连接。

可以理解的是，本实施例顶进施工装置，在钢轨11的外轨腰上还可以安装轨道高程监测传感器7，以用于检测轨道的高程变化。当钢轨出现过大沉降或隆起时，可以进行预警，至于其具体结构及检测原理均为现有技术，在此不再赘述。

参见图4和图5，本实施例中，悬挑梁2采用钢制箱形梁,基座梁3为顶部中间带有开口的箱型梁结构，开口贯穿基座梁3长度方向，可供钢枕1在基座梁3中的悬挑梁2上前后移动，基座梁3尾部设有驱动油缸5，为悬挑梁2从基座梁3内部向前移动提供动力。框架箱涵上沿基座梁3长度方向设有若干顶部开口的支撑座，基座梁3架设在支撑座上并通过与支撑座可拆卸连接的T型加劲横梁3-3固定。

具体的，支撑座采用钢板拼焊而成并通过高强螺栓3-2与框架箱涵紧固连接，在钢板的外侧还设有加劲肋3-1，T型加劲横梁3-3与支撑座螺栓紧固连接，T型加劲横梁可保持基座梁3顶部的稳定性。其中，基座梁3在混凝土框架前端的加劲,3-1为自上而下逐渐加宽的形式，以抵挡列车行驶造成的扭转。

参见图6，其中，垫梁4主体为钢制箱形梁，垫梁4顶部与悬挑梁2的顶部平齐，垫梁4沿长度方向分布设有钢板和加劲肋4-1，在上部钢板开始设置长螺栓4-2，长螺栓底部设于混凝土框架顶板内侧，通过长螺栓将垫梁4固定在混凝土框架箱涵。

以下将以双线铁路为例，对采用上述下穿铁路框架箱涵顶进施工装置进行顶进作业的具体过程作详细说明：

1)开挖工作坑，预制框架箱涵，将悬挑梁2装入基座梁3中，将基座梁3、垫梁4依次通过螺栓固定在混凝土框架箱涵上，悬挑梁2的间距与轨枕间距相同并与轨枕错开排列，以在顶进过程中悬挑钢轨施工装置穿插在轨枕12之间，将简易盾构机8安装在框架箱涵中；

2)申请列车减速通过，在钢轨上布置轨道高程监测装置，将框架箱涵和本装置整体向前推动及切土掘进，直至其前端距离轨枕外侧20cm时停止，在两条线路中间浇筑混凝土挡梁9，此时装置位置如图11所示；

其中，混凝土挡梁9为现场浇筑的混凝土梁，其前侧面设有连接梁13，连接梁13为钢梁，当悬挑梁2伸到混凝土挡梁9位置时，将悬挑梁2前端通过螺栓固定在连接梁13，混凝土挡梁9平面图如图10所示。

3)在线路封锁天窗点内，完成悬挑梁2顶推至混凝土挡梁9处，在悬挑梁2上安装钢枕1，钢枕1通过螺栓与钢轨固牢，并通过钢枕1上的升降油缸调整钢轨标高至封锁前状态，在悬挑梁2的端头安装连接梁13，将所有悬挑梁2连成整体，连接梁13与混凝土挡梁9做单向固定，使连接梁13只能竖向移动不能纵向移动，恢复线路解除封锁，此时装置位置如图12所示；

4)列车减速通过条件下，混凝土框架箱涵继续向前切土掘进，列车通过时停止掘进，钢枕1随同悬挑梁2同步缓慢滑入基座梁3，当钢枕1碰到基座梁3的T型加劲横梁前，拆除当前的T型加劲横梁，混凝土框架箱涵向前切土掘进直至悬挑梁2全部滑入到基座梁3，此时框架箱涵已顶进到达到混凝土挡梁9处，此时装置位置如图13所示；

5)拆除混凝土挡梁9及连接梁13，解除钢枕1与悬挑梁2的固定，在基座梁3、垫梁4上分别安装I型固定部件6-1和II型固定部件6-2，框架箱涵继续向前推动，钢枕1先后沿着悬挑梁2、基座梁3、垫梁4滑动，当列车通过时停止顶进，并通过I型固定部件6-1或II型固定部件6-2的液压件将将钢枕1与基座梁3或垫梁4临时固定，列车通过后解除固定继续顶进，直至框架箱涵顶进到距离下一条线路轨枕20cm时停止顶进；

6)重复上述的作业过程，进行第二条线路的悬挑架空钢轨及顶进，直至顶进到终点位置时完成顶进，回填路基、道床，在线路封锁天窗点内逐个拆除钢枕1、基座梁3、垫梁4等装置，本步包括的施工流程示意图依次如图14、图15所示。

本发明提供的顶进施工方法具有顶进一体化施工的特点，即边顶进、边线路加固、边线路维护，无需施工便梁架空线路、无需支承桩、支护桩施工，它采用了盾构掘进技术、土压平衡原理进行顶进取土同时线路加固，整过施工通过一种特制的装置即一体化顶进装置来完成，与传统顶进工法相比，本发明所述施工方法具有以下优势：1.大大减少线路上的作业，大幅度降低对行车的影响，行车安全更能得到保障；2.机械化施工程度很高，工效高，人身伤亡风险大大降低；3.与传统的施工相比工期缩短50-70％，造价减低50％以上。

上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种下穿铁路框架箱涵顶进施工装置，其特征在于，包括简易盾构机、基座梁和悬挑梁；

所述盾构机设置在框架箱涵内部的前端，所述基座梁成排设置在所述框架箱涵的顶部，所述悬挑梁滑动套设在所述基座梁中；

所述基座梁的顶部设有沿其长度方向延伸的通槽，所述悬挑梁的前端顶部设有与所述通槽滑动配合的钢枕，所述悬挑梁通过驱动油缸的带动可从所述框架箱涵前端伸出以将所述钢枕插入钢轨下；

所述框架箱涵上位于所述基座梁的尾端还设有对所述钢枕进行支撑的垫梁。

2.根据权利要求1所述的顶进施工装置，其特征在于：所述悬挑梁上沿所述通槽延伸方向设有若干用于固定钢枕的钢枕固定组件；

所述钢枕固定组件包括对称布置在所述通槽两侧的一对水平夹持油缸以及将所述钢枕压紧固定在所述悬挑梁上的一对竖直顶持油缸。

3.根据权利要求2所述的顶进施工装置，其特征在于：所述垫梁上设有与所述悬挑梁上钢枕固定组件结构相同的钢枕固定组件。

4.根据权利要求3所述的顶进施工装置，其特征在于：所述钢枕与所述钢轨之间连接有升降油缸。

5.根据权利要求4所述的顶进施工装置，其特征在于：所述升降油缸的顶端通过扣件将所述钢轨固定，所述钢枕通过螺栓固定在所述悬挑梁上。

6.根据权利要求4所述的顶进施工装置，其特征在于：所述框架箱涵上设有若干顶部开口的支撑座，所述基座梁架设在所述支撑座上并通过与所述支撑座可拆卸连接的T型加劲横梁固定。

7.根据权利要求6所述的顶进施工装置，其特征在于：所述支撑座与所述框架箱涵螺栓紧固连接，所述T型加劲横梁与所述支撑座螺栓紧固连接。

8.根据权利要求4所述的顶进施工装置，其特征在于：所述钢轨外轨腰上还设有轨道高程监测传感器。

9.一种下穿铁路框架箱涵顶进施工方法，其特征在于，使用权利要求4-8任一项所述的顶进施工装置，包括如下步骤：

1)开挖工作坑，将悬挑梁装入基座梁中，将基座梁、垫梁依次通过高强螺栓固定在混凝土框架箱涵上，悬挑梁的间距与轨枕间距相同并与轨枕错开排列，以在顶进过程中悬挑钢轨施工装置穿插在轨枕之间，将盾构机安装在框架箱涵前端中；

2)申请列车减速通过，在钢轨上布置轨道高程监测装置，将框架箱涵向前推动及切土掘进，直至其前端距离轨枕外侧设定距离时停止，在两条线路中间浇筑混凝土挡梁；

3)在线路封锁天窗点内，完成悬挑梁顶推至混凝土挡梁处，在悬挑梁上安装钢枕，钢枕与钢轨固牢，并通过钢枕上的升降油缸调整钢轨标高至封锁前状态，在悬挑梁的端头安装连接梁，将所有悬挑梁连成整体，连接梁与混凝土挡梁做单向固定，使连接梁只能竖向移动不能纵向移动，恢复线路解除封锁；

4)列车减速通过条件下，混凝土框架箱涵继续向前切土掘进，当列车通过时暂停掘进，列车通过后继续掘进，钢枕随同悬挑梁滑入基座梁，当悬挑梁全部滑入到基座梁时，框架箱涵已顶进到达混凝土挡梁处；

5)拆除连接梁和混凝土挡梁，解除钢枕与悬挑梁的固定，在基座梁、垫梁上分别安装钢枕固定组件，框架箱涵继续向前推动，钢枕先后沿着悬挑梁、基座梁和垫梁滑动，当列车通过时停止顶进，并通过钢枕固定组件将钢枕与基座梁或垫梁临时固定，列车通过后解除固定继续顶进，直至框架箱涵顶进到距离下一条线路轨枕设定距离时停止顶进；

6)重复上述的作业过程，进行其余条线路的悬挑架空钢轨及顶进，直至顶进到终点位置完成顶进，回填路基、道床，在线路封锁天窗点内逐个拆除钢枕、基座梁和垫梁。

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