箱涵顶进的施工方法和施工装置与流程

1.本发明涉及箱涵顶进施工技术领域，尤其涉及一种箱涵顶进的施工方法和施工装置。


背景技术：

2.在市政建设过程中，当新建道路必须从原有铁路、道路路基下通过时，在对原有线路采取必要的加固措施后，可采用箱涵顶进施工技术建设新线路。
3.箱涵是钢筋混凝土制成的横断面为矩形的立体箱形结构，内部涵洞提供了向前方挖掘施工的空间。箱涵顶进施工法是通过架空原有线路，采用动力设备将预制好的箱涵顶进下穿的一种施工方法。箱涵顶进法因可减少对原有线路交通的干扰而被广泛应用。
4.如图1所示，箱涵顶进时，先在原有线路的一侧开挖工作坑，并对工作坑做好防护；然后在工作坑内浇筑滑板；再在滑板上现场浇筑钢筋混凝土箱涵；待箱涵的混凝土强度养护至达到设计要求时，采用顶进动力设备、传力装置、后背反力墙将箱涵长度方向逐步向前顶进，每次人工或机械从箱涵内部向前挖掘一段土方，箱涵就往前顶进一步，循环往复，直到将箱涵顶进到位；根据原有线路的宽度，可用多个箱涵连接顶进后形成地下通道。
5.箱涵顶进过程中，通常会因为地基、前方土体作用力或箱涵本身底板重量等原因出现低头现象，俗称“扎头”，从而影响工程质量。为防止箱涵发生扎头现象，常常在箱涵前端底板下预留一定的仰坡，一般称为船头坡，或者使用钢材制作钢制船头坡安装在箱涵前端底板下方。但上述两种方式的船头坡前方的倾角都是固定的，不能调整。而在箱涵顶进过程中，现场情况比较复杂多变，比如地层比较松软的路线，船头坡倾角太小仍会出现扎头现象；比如制作或安装钢制船头坡过程中精度不够，角度误差太大，需要调整后才能达到设计要求；比如每步箱涵顶进结束后，箱涵的姿态都不相同，钢制船头坡的倾角需要根据实际情况再次调整。因此可见，可调角度的钢制船头坡能更好地满足施工需求。
6.申请号为cn201810137973.8的中国专利就公开了一种可调角度的“船头坡”，这种钢制船头坡的钢桁架和钢底板焊接为一体，固定铰为钢制“船头坡”下方固定节点，竖直布置的千斤顶安装在箱涵底板上，传力顶杆位于千斤顶和钢桁架之间。箱涵顶进过程中，固定铰螺栓锁紧，千斤顶通过传力顶杆与钢桁架顶死，土体对钢底板的反作用力通过钢桁架、传力顶杆传递给箱涵底板前缘，产生抬头力矩，防止箱涵“扎头”和“抬头”。当需要调节钢制“船头坡”的倾角时，放松固定铰的螺栓，通过控制千斤顶的顶升或回落来控制焊接钢架的空间姿态，达到调整角度的目的。从上述专利的说明书及附图看，调整船头坡倾角时，松开固定铰的螺栓后，钢桁架和钢底板整体被放松，千斤顶和传力顶杆在非顶进过程中对钢桁架和钢底板没有支撑和控制作用(附图1)，需要人工或其他方法对桁架支撑并调整其到所需角度后，再锁紧固定铰的螺栓，在箱涵顶进过程中，千斤顶才通过传力顶杆顶在钢桁架上(附图2)。上述调角度过程中，需要人力或其他设施辅助支撑和转动钢桁架和钢底板，还要同时旋拧固定铰的螺栓，而且松开和拧紧两次操作，工序多、人工劳动也多，还需要辅助支撑，费时费力，操作难度大。其次，这样的调整方式也很难准确定位钢桁架和钢底板的位置，
难以保证所调整角度的精度。还有，可调角度的“船头坡”安装在箱涵底板下方，占有一定空间，势必要将箱涵底板的前端厚度变薄，对箱涵承受较大的顶进力不利，而且在箱涵顶进到位后，要拆除可调角度装置并对底板进行补缺修复，增加了施工的工作量。


技术实现要素：

7.针对上述现有技术的缺点或不足，本发明要解决的技术问题是提供一种箱涵顶进的施工方法和施工装置，能自动调整钢制船头坡的角度，操作简单，省时省力，并且调整精度高。
8.为解决上述技术问题，本发明具有如下构成：
9.一种箱涵顶进的施工方法，包括如下步骤：
10.s1：安装可调角度船头坡的多组连接件，在箱涵的横截面宽度方向上有间隔地安装多组连接件，每组连接件包含一个固定在箱涵前端的连接件和正下方固定在箱涵底板前端的连接件；
11.s2：在箱涵前端安装可调角度船头坡的钢制船头坡和多个千斤顶，千斤顶数量与连接件组数相等，钢制船头坡的宽度根据箱涵的横截面的宽度尺寸确定，在顶进方向上，钢制船头坡的根部与每组连接件的下方连接件之间可转动连接，钢制船头坡的前端与千斤顶下端可转动连接，千斤顶倾斜布置，千斤顶上端与每组连接件的上方连接件可转动连接，千斤顶、钢制船头坡、箱涵前端形成三角形结构，安装在箱涵上的钢制船头坡底面向上倾斜，与水平面间形成倾斜角；
12.s3：连接千斤顶与液压同步控制系统，将可调角度船头坡的多个各千斤顶与液压同步控制系统连接；
13.s4：自动调整可调角度船头坡的倾斜角，液压同步控制系统根据地基反力的大小，计算千斤顶顶杆长度的变化量，控制千斤顶顶杆推出或收回，千斤顶拉起或放下钢制船头坡的前端，使钢制船头坡前端绕根部的连接件转动，精确控制钢制船头坡底部的倾斜角达到目标角度。
14.箱涵顶进的施工方法，还包括如下步骤：s5：安装可调整滑车，在箱涵顶面安装可调整滑车的若干个竖向千斤顶，竖向千斤顶上安装滑车，滑车的滑轮朝向上方的横抬梁，竖向千斤顶的间距和数量根据滑车长度确定，在箱涵顶部安装挡块，挡块高度大于滑车，挡块位于箱涵顶进方向上滑车的前侧，以阻挡滑车前移；
15.s6：连接竖向千斤顶与液压同步控制系统，可调整滑车的竖向千斤顶与液压同步控制系统相连，液压同步控制系统控制竖向千斤顶顶杆推出和收回，调节可调整滑车的高度。
16.在步骤s2中，的可转动连接，是在被连接件本身或被连接件所焊接的结构上开设孔，转动轴穿过被连接件的孔并轴向固定，实现被连接件之间的铰接。
17.钢制船头坡包括钢结构支架和固定在支架下方的钢板，钢板在前进方向上长于钢结构支架，钢板延伸至箱涵底板下方，以遮挡箱涵底板与钢结构支架之间的缝隙。
18.一种箱涵顶进的施工装置，包括可调角度船头坡，可调角度船头坡安装于箱涵前端，包括钢制船头坡、多个千斤顶和连接钢制船头坡与箱涵的多组连接件，千斤顶的数量和连接件的组数相同，在箱涵的横截面宽度方向上有间隔地安装多组连接件，每组连接件包
含一个固定在箱涵前端的连接件和正下方固定在箱涵底板前端的连接件，钢制船头坡的宽度根据箱涵的横截面的宽度尺寸确定，在顶进方向上，钢制船头坡的根部与每组连接件的下方连接件之间可转动连接，钢制船头坡的前端与千斤顶下端可转动连接，千斤顶倾斜布置，千斤顶上端与每组连接件的上方连接件可转动连接，千斤顶、钢制船头坡、箱涵前端形成三角形结构，安装在箱涵上的钢制船头坡底面向上倾斜，与水平面间形成倾斜角；
19.千斤顶为液压千斤顶，并与控制箱涵顶推系统的液压同步控制系统连接，液压同步控制系统根据顶推过程的地基反力的大小自动调整钢制船头坡的倾斜角。
20.箱涵顶进的施工装置，还包括设置在箱涵顶部和原有线路横抬梁之间的可调整滑车，可调整滑车的若干个竖向千斤顶竖直安装在箱涵顶面，竖向千斤顶上安装滑车，滑车的滑轮朝向上方的横抬梁，竖向千斤顶的间距和数量根据滑车长度确定，挡块安装在箱涵顶部，位于箱涵顶进方向上滑车的前侧，挡块高度大于滑车，以阻挡滑车前移，可调整滑车的竖向千斤顶为液压千斤顶，与液压同步控制系统相连，液压同步控制系统控制竖向千斤顶顶杆推出和收回，以调节可调整滑车的高度。
21.可转动连接，在被连接件本体上或被连接件上焊接的结构上开设孔，转动轴穿过被连接件的孔并轴向固定，实现被连接件之间的铰接。
22.连接件通过预埋或化学锚栓的方式安装在箱涵上。
23.钢制船头坡由钢结构支架和固定在支架下方的钢板组成，钢板在前进方向上长于钢结构支架，钢板延伸至箱涵底板下方，以遮挡箱涵底板与钢结构支架之间的缝隙。
24.钢结构支架使用h型钢相互焊接而成。
25.与现有技术相比，本发明的优点在于：
26.本发明的箱涵顶进的施工方法和施工装置，能根据现场实际情况及时、自动地调节船头坡坡度；且不需人工动手，省时省力；而且钢制船头坡的倾斜角的调整精度较高。
27.其次，本发明的方案既能够自动调整船头坡坡度防止箱涵顶进时发生扎头或抬头现象，又同时能保护箱涵扎头或抬头时，不会损坏上部原有线路的横抬梁，具有双重作用和功能。
28.再者，本发明的可调角度的钢制船头坡是安装在箱涵底板的前侧，并不影响箱涵本体结构和强度，箱涵移动到位后，直接拆除即可，不需再增加后续工作量；可调整滑车也具有同样的优点。
附图说明
29.图1：箱涵顶进施工技术的示意图；
30.图2：本发明的实施例的正视图；
31.图3：本发明的实施例的俯视图。
具体实施方式
32.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
33.本发明的箱涵顶进的施工装置，如图2所示，包括可调角度船头坡100。
34.可调角度船头坡100安装于箱涵前端，包括钢制船头坡110、多个千斤顶120和连接
钢制船头坡110与箱涵的多组连接件130。
35.每组连接件130包含一个固定在箱涵前端竖板上的连接件130和正下方固定在箱涵底板前端的连接件130。优选通过预埋或化学锚栓的方式安装连接件130。
36.见图2，在顶进方向上，钢制船头坡110的根部与每组连接件130的下方连接件130之间可转动连接，钢制船头坡110的前端与千斤顶120下端可转动连接，千斤顶120倾斜布置，千斤顶120上端与每组连接件130的上方连接件130可转动连接，千斤顶120、钢制船头坡110、箱涵前端形成三角形结构，三角形结构使钢制船头坡110承受地基反力作用的强度更大，使整个可调角度船头坡100的结构更稳定。安装在箱涵上的钢制船头坡110底面向上倾斜，与水平面间形成倾斜角a。
37.如图3所示，钢制船头坡110的宽度根据箱涵的横截面的宽度尺寸确定，在箱涵的横截面宽度方向上有间隔地安装多组连接件130和相同数量的千斤顶120，图3所示实施例安装了三组连接件130和三个千斤顶120。
38.上述的钢制船头坡110、千斤顶120、连接件130之间的可转动连接，优选为，在被连接件本体上或被连接件上焊接的结构上开设孔，转动轴穿过被连接件的孔并轴向固定，实现被连接件之间的铰接。作为其他实施例，也可以使用其他铰接结构，只要保证被连接件之间能够相对转动即可。
39.钢制船头坡110由钢结构支架111和固定在支架下方的钢板112组成，钢板112在前进方向上长于钢结构支架111，钢板112延伸至箱涵底板下方，以遮挡箱涵底板与钢结构支架111之间的缝隙，防止箱涵顶进时土层进入此缝隙。
40.图2和图3所示为同一实施例，其中钢结构支架111优选使用h型钢相互焊接而成，具体地，三根短型钢平行布置，短型钢之间由两排长型钢连接，并在两排长型钢之间再设置多个加强筋，型钢之间焊接组成钢结构支架111，钢结构支架111下方固定钢板112。
41.可调角度船头坡100的千斤顶120优选液压千斤顶，并与液压同步控制系统连接。液压同步控制系统同时与进行顶进施工的顶推系统连接。
42.在箱涵顶进过程中，可调角度船头坡100的底面对地基具有推力，同时也受到地基的反作用力，钢制船头坡110的倾斜角a根据地基反力的大小通过液压同步控制系统自动调整。具体地，由液压同步控制系统控制可调角度船头坡100的千斤顶120顶杆推出或收回，千斤顶120从而拉起或放下钢制船头坡110的前端，使钢制船头坡110前端绕根部的连接件130转动，以改变钢制船头坡110的倾斜角a，防止箱涵发生扎头或抬头现象。而且，液压同步控制系统能根据可调角度船头坡100各零件的尺寸，计算和控制千斤顶120顶杆长度的变化量，以精确达到钢制船头坡110要调整的目标角度。
43.以上可见，可调角度船头坡100的倾斜角a根据地基反力大小自动调节，能根据土层实际情况及时响应，而且调整动作也非常简单。同时，能够保证精确控制钢制船头坡110倾斜角a。
44.箱涵顶进的施工装置，还包括设置在箱涵顶部和原有线路横抬梁之间的可调整滑车200，可调整滑车200的若干个竖向千斤顶210竖直安装在箱涵顶面，竖向千斤顶210上安装滑车220，滑车220的滑轮朝向上方的横抬梁，竖向千斤顶210的间距和数量根据滑车220长度确定，挡块230安装在箱涵顶部，位于箱涵顶进方向上滑车220的前侧，挡块230高度大于滑车220，以阻挡滑车220前移。
45.可调整滑车200的竖向千斤顶210优选为液压千斤顶，并与液压同步控制系统相连，液压同步控制系统控制竖向千斤顶210顶杆推出和收回，以调节可调整滑车200的高度，使其适应现场需要。
46.如图2所示实施例，滑车220下方优选使用两个竖向千斤顶210。
47.可调整滑车200，在箱涵如果出现扎头或抬头时，能避免箱涵上表面位置的变化对上部原有线路造成的不利影响。
48.本发明的箱涵顶进的施工方法，由以下步骤实现：
49.s1：安装可调角度船头坡100的多组连接件130。在箱涵的横截面宽度方向上有间隔地安装多组连接件130，每组连接件130包含一个固定在箱涵前端竖板上的连接件130和正下方固定在箱涵底板前端的连接件130。
50.s2：在箱涵前端安装可调角度船头坡100的钢制船头坡110和多个千斤顶120。千斤顶120数量与连接件130组数相等，钢制船头坡110的宽度根据箱涵的横截面的宽度尺寸确定，在顶进方向上，钢制船头坡110的根部与每组连接件130的下方连接件130之间可转动连接，钢制船头坡110的前端与千斤顶120下端可转动连接，千斤顶120倾斜布置，千斤顶120上端与每组连接件130的上方连接件130可转动连接，千斤顶120、钢制船头坡110、箱涵前端形成三角形结构，安装在箱涵上的钢制船头坡110底面向上倾斜，与水平面间形成倾斜角a。
51.s3：连接可调角度船头坡100的多个千斤顶120与液压同步控制系统。将各千斤顶120与液压同步控制系统连接，液压同步控制系统同时控制箱涵顶进施工的顶推系统。
52.s4：自动调整钢制船头坡110的倾斜角a。液压同步控制系统根据地基反力的大小和可调角度船头坡100各零件的尺寸，计算千斤顶120顶杆长度的变化量，控制千斤顶120顶杆推出或收回，千斤顶120拉起或放下钢制船头坡110的前端，使钢制船头坡110前端绕根部的连接件130转动，精确控制钢制船头坡110底部的倾斜角a达到目标角度。
53.本发明的箱涵顶进的施工方法，还包括如下步骤：
54.s5：安装可调整滑车200。在箱涵顶面上安装可调整滑车200的若干个竖向千斤顶210，竖向千斤顶210上安装滑车220，滑车220的滑轮朝向上方的横抬梁，竖向千斤顶210的间距和数量根据滑车220长度确定，在箱涵顶部安装挡块230，挡块230位于箱涵顶进方向上滑车220的前侧，挡块230高度大于滑车220，以阻挡滑车220前移。
55.s6：连接可调整滑车200和液压同步控制系统。可调整滑车200的竖向千斤顶210与液压同步控制系统相连，液压同步控制系统控制竖向千斤顶210顶杆推出和收回，调节可调整滑车200的高度，使其适应现场需要。
56.具体地，在s1中，连接件130可以通过预埋或化学锚栓的方式安装。
57.s2中所述的可转动连接，优选为，在被连接件本身或被连接件所焊接的结构上开设孔，转动轴穿过被连接件的孔并轴向固定，实现被连接件之间的铰接。
58.s2中，钢制船头坡110包括钢结构支架111和固定在支架下方的钢板112，钢板112在前进方向上长于钢结构支架111，钢板112延伸至箱涵底板下方，以遮挡箱涵底板与钢结构支架111之间的缝隙，防止箱涵顶进时土层进入此缝隙。
59.上述方法的步骤中所述的钢结构支架111，优选使用h型钢相互焊接而成，具体地，多根短型钢平行布置，短型钢之间由多排长型钢连接，并在多排长型钢之间再设置多个加强筋，型钢之间焊接组成钢结构支架111，钢结构支架11l下方固定钢板112。
60.本发明的箱涵顶进的施工方法和施工装置，相比现有技术的可调角度的钢制船头坡，具有以下优点：能根据现场实际情况及时、自动地调节船头坡坡度；且不需人工动手，省时省力；而且钢制船头坡的倾斜角的调整精度较高。
61.除此以外，本发明的方法和装置，既能够自动调整船头坡坡度防止箱涵顶进时发生扎头或抬头现象，又同时能保护箱涵扎头或抬头时，不会损坏上部原有线路的横抬梁，具有双重作用和功能。
62.再者，本发明的可调角度的钢制船头坡是安装在箱涵底板的前侧，并不影响箱涵本体结构和强度，箱涵移动到位后，直接拆除即可，不需再增加后续工作量；可调整滑车也具有同样的优点。
63.以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合，修改或者等同置换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。