第３６卷第７期 ２ ０ １ ０年３月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲｔ ＶｏＩ．３６ Ｎｏ．７ Ｍａｒ．２０１０ ・３２７・
文章编号：１００９—６８２５（２０１０）０７ ０３２７—０３
斜框构桥顶进施工的顶镐布置分析
王旭东
摘要：通过对斜交框构桥与正交框构桥顶进施工的对比，找出两者的不同点，对斜交框构桥顶进时的转动问题进行了
受力分析，又对千斤顶布置的三种方式进行了对比分析，并结合工程实例，通过理论计算，解决了斜交框构斜向顶进时的
转动问题，使框构桥正确就位。
关键词：斜框构桥，顶进，千斤顶不对称布置
中图分类号：Ｕ４４８．４１
１概况
随着铁路运输不断向高速、重载方向发展，列车运行密度不
断增加，铁路平交道口频频出事，已成为影响铁路行车安全的突
出问题。近年来，铁道部已将取消平交道口，改造为下穿铁路框
构立交桥列为重点项目。随着平改立力度的逐年加大，框构桥顶
进施工工艺已经成熟，在实际当中，道路与铁路的平面交叉有正
交和斜交之分，交叉角小于９０。者谓之斜交，对于这种斜交的框构
设计和顶进工艺应依其斜交角度、孔径大小、孔数多少，以及涵身
长度的综合研究决定。本文笔者根据工程实例，就斜框构桥斜向
顶进时顶镐的布置方法做以下阐述。
２斜交框构与正交框构顶进的不同点
框构桥顶进是在保证铁路安全运行的前提下，在铁路路基一
侧预制钢筋混凝土箱形框架，采用高压油泵带动油压千斤顶，并
借助于预先修好的后背支承，顶人铁路路基内，成为一座铁路立
交桥。道路与铁路的平面交叉分为正交和斜交。道路与铁路正 交框构顶进时，千斤顶的位置一般是以框构中心线为轴对称布
置。在顶进过程中，如果顶力均匀，挖土适当，观测及时，一般是
不会产生偏转的。当道路与铁路斜交角较小或箱身较长的较大
跨度箱涵，若在顶进中还采用正向顶进时，千斤顶以框构中心线
为轴对称布置的方式，则会产生框构转动，出现偏头现象。斜交
框构斜向顶进与正交框构正向顶进的不同点在于前者框构尾部 的锐角端需要较大的顶力，才能使箱体沿正确方向前进。
３框构转动原因及受力分析
图１表示斜框构在斜向顶进入土后某一阶段的平面图，各作
用力简化在平面上考虑，框构受力说明如下。
顶力Ｒｌ ｌ Ｙ 注：Ｅ ，Ｅｒ框构侧面土压力；Ｆｔ，Ｆｒ一刃角的正面阻力；．产一底板摩 阻力；＾，＾一框构侧面摩阻力；Ｎ一摩阻合力；Ｒ一千斤顶顶力； 偏心距；ＹＩ， 一框构侧面土压力作用点至ｘ— 轴的距离
图１ 斜框构在斜向顶进入土后某阶段平面图
３．１底板
为支顶千斤顶的需要，箱涵底板尾部需增设三角形圬工以形 文献标识码：Ａ
成与顶进方向垂直的平面。一般采用图１方案，即增设三角形后 的底板的几何图形与框构对称，底板摩阻力的合力．厂位置与框构
轴线重合，框构不产生转动。
３．２边墙
框构入土后，两侧边墙承受土压力Ｅ，由于力臂ｙ右＞ｙ左，
形成力偶，使框构产生逆时针向转动。
３．３顶板
一般设计成平行四边形，其摩阻力与框构轴线重合，框构不
因顶板摩阻力而产生转动。
３．４ 刃角
如果挖土部位与框构轴线对称，挖土量也大体相当，框构一
般不会因刃角正面阻力而产生转动。
由图１求摩阻合力：
Ｙ＝Ｆ１＋Ｆ２＋｝＋ｆｌ＋ｆ２。
Ｘ＝Ｅ１一Ｅ２＝０。
ＭＪ＝Ｅ２Ｙ２一Ｅｌ Ｙ１＝Ｅ（Ｙ２一Ｙ１）。
故摩阻合力为：
＼Ｎ＝Ｆ 七Ｆ２斗ｆ十ｆ ＋ｆ２
ＩＭ＝Ｅ（ｙ２一ｙ１）
偏心距： ｅ＝Ｍ／Ｎ＝Ｅ（Ｙ２一Ｙ１）／（Ｆ１＋Ｆ２＋，＋厂ｌ＋，２）。
通过以上计算，可得框构的摩阻合力．Ｎ与框构轴线偏离ｅ，
这样框构就发生逆时针向转动，其中两侧土压力的力臂不等是造
成框构转动的主要原因。
图２总摩阻力与 图３千斤顶合力 框构轴线偏心距示意图 Ｒ与Ｎ＾作用于同一条线
４千斤顶布置
４．１ 不同的千斤顶位置分析
由上述分析可知：斜框构斜向顶进，两侧土压力对框构尾端
ｘ—ｘ轴线的力矩差是造成框构移动的主要原因，而且框构入土
愈深转动愈大，也就是说总摩阻力与框构轴线的偏心距随着入土
收稿日期：２００９—１２—２１ 作者简介：王旭东（１９７０一），男，工程师，太原铁路局工务处，山西太原
０３００１３ ．３２８． 孝拳；背 山 西建筑
深度的增加而增加。这就要求配置千斤顶的总顶力位置与之适
应，才能有效的克服转动。设框构顶进入土到某一阶段，阶段开
始时总摩阻力Ｎ小偏离框构轴线距离ｅ小；阶段终了时总摩阻力
Ｎ大偏离框构轴线距离 大，如图２所示。千斤顶合力Ｒ按三种
不同位置布置如下。
１）当千斤顶合力Ｒ与Ｎ士作用于同一条线，则自阶段开始至
阶段终了期间，框构承受千斤顶的偏心力矩产生顺时针向转动。
为避免框构转动，可利用刃角正面阻力，即挖空Ｂ侧刃角前土壤，
让Ａ侧刃角吃土的办法（见图３）。
图４千斤顶合力 且与Ⅳ 作用于同一条线
ｌ ２００ ２ ６１１ ３ ９１６ 罴
顶进方向
鼾
量Ｉ 顶进方向 ｉ
景ｌ
鞋 图５千斤顶合力 Ｒ位于１／２（ｅ★＋Ｐ ）
４ ５６９ ３ ６８０
／／ 么么 ｍ ／ 衡 线重 路挡 中墙 心 Ｙ／／／／￣，
ａ）侧面图 ３７７６ 莩
景Ｊ
螺
３ ８１１ ８ ４８５ ３ ６８０ ７ ５５１
ｂ）平面图
图６ 各部位尺寸（单位．－ｍｌｎ） 表１转矩、摩阻力和偏心距计算表
框构人土 平均填土 单侧土 转矩 摩阻力Ｐ＝ＰＩ 偏心距 深度／ｍ 高／ｍ 压力Ｅ／ｔ Ｍ＝ＥＬ／ｔ・ｍ ２Ｅ×０ ８／ｔ ｅ：Ｍ，ｐ，ｍ １ ０ ５５ ０．１２ ０ ９１ ６４６ ｌ９ ０ ２ １．１８ １ １１ ８ ４１ ６４７ ７８ ０ Ｏ１ ３ １ ３９ ２．３２ １７ ５２ ６４９ ７ｌ ０ ０３ ４ ２．１８ ７ ６ ５７ ３９ ６５８ １６ ０ Ｏ９ ５ ２ ６７ １４ ２５ １０７ ６６ ６６８墙Ｏ ０ １６ ６ ２．８８ １９．９０ １５０ ２６ ６７７ ８４ ０ ２２ ７ ３ ７０ ３８ ３３ ２８９．４４ ７０７ ３３ ０ ４１ ８ ４．１１ ５４．【）５ ４ｏ８ １７ ７３２ ４８ ０ ５６ ９ ４ ９３ ８７．５０ ６６０．７１ ７８６．００ ０ ８４ １Ｏ ５ ２８ １１１．５１ ８４２．０１ ８２４．４２ １．０２ １ｌ ５ ７２ １４３．９６ ｌ ０８７ ０４ ８７６．３４ １ ２４ １２ ６ ３３ ｌ９２ ３３ １ ４５２ ２８ ９５３．７３ １．５２ １３ ６ ４４ ２１５．６６ １ ６２８．４５ ９９１．ｏ６ １．６４ １４ ６舳 ２５８ ９４ ｔ ９５５ ２６ １ ０６０ ３１ 】．８４ １５．９７６ ６ ８Ｏ ２９５ ４９２ ２ ２３１ ２６ １ ｌ１８ ７８ ｌ ９８ １６ ６ ８０ ２９５．４９２ ２ ２３１ ２６ １ｎ８．７８ ｌ ９８ １７ ６踟 ２９５．４９２ ２ ２３１ ２６ １ｌ１８．７８ １ ９８ １８ ６．８０ ２９５．４９２ ２ ２３１ ２６ １ １１８ ７８ １ ９８ １９ ６．８０ ２９５．４９２ ２ ２３１．２６ １ｌ１８ ７８ ｌ ９８ ２０ ６．８０ ２９５．４９２ ２ ２３１．２６ １ １１８ ７８ ｌ ９８ ２１ ６．８０ ２９５ ４９２ ２ ２３１ ２６ １１１８．７８ ｌ ９８ ２２ ６．８０ ２９５．４９２ ２ ２３１ ２６ １ １１８ ７８ １ ９８ ２）当千斤顶合力Ｒ与Ｎ，Ｉ、作用于同一条线，则自阶段开始至阶 段终了期间，框构会产生逆时针向转动，当然也可以用挖空Ａ侧
刃角前土壤，让Ｂ侧刃角吃土的办法，使刃角正面阻力对框构产
生顺时针向转动来达到框构正确顶进的目的（见图４）。 ３）当千斤顶合力Ｒ位于１／２（ｅ女＋ｅ／ｌ、），自阶段开始至阶段
中期之前，框构会产生顺时针向转动；自阶段中期之后至阶段终
了期间，框构会产生逆时针向转动。如果仍然用刃角正面阻力来
克服框构转动，那么在阶段中期之前要用１）所述的办法，在阶段
中期之后就要用２）所述的办法（见图５）。
上述千斤顶三种不同布置以第一种较好，即千斤顶合力Ｒ 与Ｎ大位置对应，其主要理由是在阶段的整个期间对框构产生顺
时针向力矩来克服框构两侧土压的力臂差对框构产生的逆时针
向转动。为使框构正确就位，采用千斤顶不对称布置形成一个反
力矩，克服框构转动。实践证明：采用这一措施，效果良好。．
４．２千斤顶不对称布置的方法
笔者在石太铁路下行线１３０．８２１ ｋｍ框构桥顶进中采用了千
斤顶不对称布置的方法，克服了框构桥在顶进过程中的转动问
题，效果较为理想，现以工程实例介绍如下： 石太下行线１３０．８２１ ｋｒｎ框构桥轴线与寿阳县３０７国道斜交
５０。，主体高度６．８ １ＴＩ，净宽９ ｍ，净跨１３．８４ ｍ，采用斜框构，增设
２个三角形底板，以支承千斤顶，框构混凝土３２３ ｍ３，设计顶力
１ ２００ ｔ，顶程２２ ｍ，土质为密实砂夹石，含水量小。顶进过程中采
用轨束吊轨及纵、横抬梁加固线路。各部尺寸见图６。 计算假定：
１）底板平面尺寸基本上与框构轴线对称，因此可认为底板摩
阻力的合力与框构轴线重合。
２）顶板平面尺寸与框构轴线对称，板顶仅线路加固重量，摩
阻力不大，对计算成果影响甚微，为简化计算略去顶板摩阻力。
３）顶进时刃角周边土壤挖空，故可认为刃角正面阻力为零。
根据以上三点，本计算主要考虑由于两侧边墙土压力力臂不
等，使得框构产生顺时针转动的转矩。
表２各阶段所需千斤顶数量表
顶进阶段 摩阻力Ｐ／ｔ 需千斤顶台数＝１．２×Ｐ／２２０ 千斤顶台数 启动 ６４６ ３．５２ ４ １ ６４７ ３．５３ ４ ２ ６４７ ７８ ３．５３ ４ ３ ６４９．７１ ３．５４ ４ ４ ６５８ １６ ３．５９ ４ ５ ６６８．８ ３．６５ ４ ６ ６７７．８４ ３．７０ ４ ７ ７０７ ３３ ３．８６ ４ ８ ７３２．４８ ４．０ｏ ４ ９ ７８６．００ ４．２９ ５ 人土 １０ ８２４．４２ ４．５０ ５ 深度 ｌｌ ８７６ ３４ ４．７８ ５ ｍ １２ ９５３ ７３ ５．２０ ６ １３ ９９１．０６ ５．４１ ６ １４ １ ０６０ ３ｌ ５ ７８ ６ １５．９７６ １ １１８ ７８ ６．１０ ７ １６ １ １１８ ７８ ６．１Ｏ ７ １７ １ １１８ ７８ ６．１０ ７ １８ １ １１８ ７８ ６．１Ｏ ７ １９ １ １１８ ７８ ６．１０ ７ ２０ １ １１８．７８ ６．１Ｏ ７ ２１ １ １１８．７８ ６．１０ ７ 就位 ２２ １ １１８，７８ ６．１Ｏ ７
土压力按Ｅ＝１／２ｒＨＺｌ￣（ｔ）计算。 其中，ｒ为土体容重，取２．０ ｔ／ｍ３；Ｈ为框构两侧土体高度；Ｂ
为框构人土宽度； 为土压力系数，取０．４。