・１５８・ ２０１３年２月 ◎ ｎ ＢｕｌｉＩｌＪｄ之ｉｎｇ材Ｍａ 砌 第３２０１９３卷总年第１第１７１期 期 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—４０１１．２０１３．０１．０７３ 大跨度斜交框架桥顶力计算及顶进方向偏移分析 周 俊 （中铁十八局第二工程有限公司，河北唐山０６３０３０） 摘要：结合国道２１ｌ线灵武至甜水堡及联络线古窑 身斜长２１．１５２ ｍ，箱身净高７ ｍ，顶板厚１．０ ｍ，底板厚 １．１ ｍ，单框自重约ｌ ４５０ ｔ，单框顶程２４ ｍ。 子至青铜峡公路穿越大古铁路工程，根据公式进行顶力计 算，并通过对框体顶进行的受力分析，找出大跨度斜交框 体在顶进过程中容易失偏的原因和控制方法，以便对同类 大跨度箱桥的顶力计算及顶进方向控制做出一定的借鉴。 关键词：大跨度斜交框架桥；顶力；计算；方向偏移； 分析 中图分类号：Ｕ４４２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２—４０ｌ１（２０１３）０１—０１５８—０３ Ａｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｐａｎ ｓｋｅｗ ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ ｊａｃｋｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｊａｃｋｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆｆｓｅｔ ＺＨＯＵ Ｊｕｎ （Ｃｈｉｎａ ｒａｉｌｗａｙ １８ ｂｕｒｅａｕ ｇｒｏｕｐ ｔｈｅ ２ｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ， Ｔａｎｇｓｈａｎ ０６３０３０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｓｔａｔｅ Ｒｏａｄ ２１ １ ｌｉｎｅ ｔｈｅ Ｌｉｎｇｗｕ ｔｏ ｔｈｅ Ｓｗｅｅｔｗａｔｅｒｓ Ｆｏｒｔ，ａｎｄ ｃｏｎｔａｃｔ ｌｉｎｅ ａｎｃｉｅｎｔ ｂｒｏｔｈｅｌ ｔｈｅ Ｑｉｎｇ－ ｔｏｎｇｘｉａ ｒｏａｄ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ａｎｃｉｅｎｔ ｒａｉｌｗａｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｊａｃｋｉｎｇ ｆｏｒｃｅ，ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａ，ｂｙ ｊａｃｋｉｎｇ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｅｓｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｏ ｉｄｅｎｔｉｆｙ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｓｐａｎ ｂｉａｓ ｆｒａｍｅ ｉｓ ｅａｓｙ ｔｏ ｌｏｓｅ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｊａｃｋｉｎｇ ｐａｒｔｉａｌ ｃａｕｓｅｓ ｎａｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ａｎｄ ｊａｃｋｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｏ ｍａｋｅ ｓｏｍｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｓｉｍｉｌａｒ ｌａｒｇｅ ｓｐａｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｔｏｐ ｆｏｒｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌａｒｇｅ ｓｐａｎ ｓｋｅｗ ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ；ｊａｃｋｉｎｇ ｆｏｒｃｅ； ｃａｌｃｕｌａｔｅ；ｔｈｅ ｏｆｆｓｅｔ ｄｉｅｒｃｔｉｏｎ；ａｎａｌｙｓｉｓ ０引 言 大跨度斜交框架桥顶力计算及顶进方向偏移是铁路工 程施工中必须重视的问题，做好这方面的计算有利于保证 施工的顺利进行，提高工程质量。文章主要结合工程实践， 对该问题进行了探讨分析，希望能够引起人们对这一问题 的进一步关注，能够对实践发挥指导作用。 １工程概况 国道２１１线灵武至甜水堡及联络线古窑子至青铜峡公 路设计速度１００ ｋｍ／ｈ，双向四车道高速公路，整体路基宽 度２６ ｍ，分离式路基２×１３ ｍ，本项目在公路ＬＺＫ１９＋ ２７３．３２（铁路Ｋ５４＋９１６）及公路ＬＺＫ１９＋２８５．３８（铁路Ｋ５４＋ ８８３）处穿越大古铁路，采用２～１６ ｍ斜交钢筋混凝土箱形 桥下穿大古铁路，斜交角度为２９。，单箱法向长度８ ｍ，箱 作者简介：周俊（１９７９一），男，本科，中铁十八局第二工程有限公司。 既有大古铁路线下桥身框架采用顶进法施工，两侧预 留线下桥身框架采用现浇施工，箱形桥出口设置翼墙防护 预留线铁路路基。框体底板地质为粉土层。斜交箱形桥顶 进场地布置如图１所示，防护桩直径１．２５ ｍ，深１５ ｍ，支 墩桩直径１．２５ ｍ，深１５ ｍ。 图１框架桥平面布置图 ２顶力计算及框架桥受力分析 （１）框架顶进时所克服的各种阻力之和为最大顶力， 其常用计算经验公式如下： Ｐ＝Ｋ［Ｎ１ｆｌ＋（Ｎｌ＋Ｎ２）ｆ２＋２Ｅｆ，＋ＲＡ］ （１） 式中Ｐ一最大顶力，（ｋＮ）； Ｋ一系数一般为１．２； Ｎ，一框架顶上总荷载（土重、线路及加固材料重量， （ｋＮ））； Ｎ 一框架自重（加上土重等，计１５ ０００ ｋＮ）； Ｅ一框架两侧土压力（ｋＮ），根据朗肯主动土压力公式 可得； Ｅ＝＋ＡＨ２ｔｇ２（４５。一罢） ，Ａ粉土＝１．８５ ｇ／ｍ。， Ｈ＝９．１ ｍ， ＝２２。， Ｌ＝８／ｃｏｓ２９。：９．１４７ｍ（框体侧面斜长） Ｅ＝３１８８ｋＮ ｆ。、ｆ２、毛一土壤与框架的摩阻系数，无试验资料时， 可采用Ｏ．７—０．８； Ｒ一框架前钢刃角正面阻力，无试验资料时一般参考 使用下列数值：砂粘土：５００～５５０ ｋＮ／ｍ ；卵石 土：１５０ｏ一１７００ ｋＮ／ｍ２。 本桥为架空顶进，顶进时边开挖边顶进，所以不考虑 刃角吃土阻力和框体上部摩阻力，取Ｒ＝０，Ｎ ｆ。＝０。 可得Ｐ＝２０ ５２１ ｋＮ 另可根据《桥涵》施工手册介绍的经验公式计算： ２０１３年第１期 Ｓｉｃｈｕａｎ ＢｕｉＩ・ｌＪ之材 ｄｉｎｇ Ｍｍｅ ｓ ・１５９・ 第３９卷总第１７１期 ２ｏ１３年２月 Ｐ＝ Ｇ （２） Ｌ１＝Ｌ１ ＝２１．１５２／２×３／４＝７．３９２ ｍ 式中Ｐ一最大顶力，（ｔ）； Ｌ２＝Ｌ２ ＝２１．１５２／２ Ｘ１／４＝２．６４４ ｍ 一系数，一般取１．２—１．５； Ｉ３＝Ｏ．５５４＋１／２Ｌ．Ｌ３’＝９．７—１／２Ｌ Ｇ一框架自重，（ｔ）。 Ｌ４＝Ｌ４，＿Ｌ５＝Ｌ５ ＝９．２５ ｍ 如该桥框架自重：Ｇ＝１ ４５０ ｔ Ｌ６＝０．８５４ ｍ．１．６ ＝９．７２２ ｍ 则：Ｐ＝ Ｇ＝１．３×１４５０＝１ ８８５ ｔ Ｌ７＝Ｏ 二者取大值，最大顶力Ｐ＝２０ ５２１ ｋＮ。 Ｌ８＝Ｌ８，－２．５６４ ｍ （２）框架桥受力分析。斜交顶进，由于锐角侧与钝角 以上值代人（３）式可得 侧在入土后始终有侧土压力，并且受力方向不在一条直线 上，加上框体前端切削土体阻力与框体顶进方向不一致， ∑ＦＸ ４４４ｈ一３８４．５Ｌ一１０５００ｔｇ０＝０ 产生力偶矩，导致顶进框体容易失偏。所以应先对框架桥 ∑ ＝Ｆ１＋ ＋Ｆ１ ＋砣 一１０５００—４８８Ｌ－２４６．４ｈ＝０ 建立受力数学模型，以框体中心为坐标原点，顶进方向为ｙ Ｍ０＝一７．３９２Ｆ１—２．６４４Ｆ２＋７．３９２Ｆ１ ＋２．６４４Ｆ２，＋ 轴。通过左右两侧不等的顶力和其它辅助措施来平衡不利 （３３８０．４５Ｌ一１７４．２５Ｌ・ ）十（１９３．０７Ｌ＋１７４．２５Ｌ・Ｌ）－２２５２．５ｈ 偶矩的影响，达到框架沿设计方向顶进的目的。顶进过程 ＝０ （４） 中理想状态的框体受力简化分析如图２所示。 在实际施工过程中，Ｆ２和 这两个力的着力点和大 小不会变动，顶进过程中主要调整Ｆ１和Ｆ１ 的大小，所以 （４）式整理后得： ∑Ｆｘ＝４４４ｈ一３８４．５Ｌ一１０５００ｔｇ０＝０ ∑Ｆｙ＝Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ１ ＋Ｆ２ －１０５００—４８８Ｌ一２４６．４ｈ＝０ 帕＝一７．３９２Ｆ１＋７．３９２Ｆ１，＋３５７３．５２Ｌ－２２５２．５ｈ＝０ （５） Ｆ１ Ｆ２ Ｆ２’ Ｆ１’ 千斤顶力 ３顶进阶段偏移分析 图２框体受力分析图 根据计算的最大顶力配置好顶镐数量，均匀布好顶镐， 根据受力分析，建立以下数序模型： 并备用部分顶镐，根据（５）式结果，可分三阶段进行偏移分 ∑Ｆｘ＝Ｎ６ ・ｅＯＳＯ￣＋Ｎ６・ｃ０Ｂ —Ｎ３ ＋Ｎ４一』ｖ８ ＋／ＶＳ＝Ｏ 析，本数学模型的主要目的是分析ｘ轴向和Ｍ力偶矩的大 ∑Ｆｙ＝Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ１ ＋ｇ２ 一Ｎ７一Ｎ５一Ｎ５ 一（Ｎ６＋ 小，然后才能根据计算结果分析并采用合理的方法控制顶 进方向。 Ｎ６ ）・８ｉｎ —Ｎ４一Ｎ４ ＝０ （１）空顶阶段（０—１０ ｍ），Ｌ＝０，代人（５）式得： ∑ＭＯ＝一ＦＩ・Ｌ１一Ｆ２・ｚ２＋Ｆ１ ・Ｌ１ ＋Ｆ２ ・ ＋Ｎ３ ・／３ ∑ ＝４４４ｈ一１０５００ｔｇ０＝０ 一Ｎ３・Ｉ３一Ｎ４ ・三４ ＋Ｎ４・Ｌ４一Ｎ５ ／＿５ ＋Ｎ５・／．５一Ｎ６‘・／，６ ＋Ｎ６ ８＝０ （３） 』－■ Ｆｖ＝Ｆ１＋ ＋，１，＋ ，一１０５００—２４６．４ｈ：０ ・ｚｊ６＋Ｎ８ ・Ｌ８ 一Ｎ８・１，Ｆ１、Ｆ１ 、Ｆ２、Ｆ２ ：千斤顶顶力 ∑Ｍ０＝一７．３９２Ｆ１＋７．３９２Ｆ１ ２２５２．５ｈ＝０ （６） Ｎ３、Ｎ３ ：箱体吃土后侧土压力，可计算，其值随框体 由上式可以看出，为使框体转角０＝０，控制框体横向移 进尺而变化，完全入土后视为恒定值 动和转体的关键在于ｈ＝０，但在实际顶进施工过程中，为 Ｎ４、Ｎ４ ：刃角吃土阻力，可计算，视为恒定值 防止箱体扎头，都在框体前端留一定高度的土体，所以只 Ｎ５、Ｎ５ ：箱体吃土后侧土摩擦力， 能采用其它控制方法，如框体前端底板设置成船头坡，能 Ｎ６、Ｎ６ ：箱体底板前端阻力，随吃土深度增大而增大 够使底板减少吃土阻力，又能防止扎头，并设置导向墩。 Ｎ７：顶进方向的底板摩阻力，可计算，视为恒定值； 实际施工中就是采用这两种方式，结果空顶过程顺利。 Ｎ８、Ｎ８ ：框体底板侧摩阻力，不定值 （２）桥身入１／２时（１０—１５ ｍ），Ｌ ５７３ ｍ，代入（５）式得： 根据（１）式可以简化计算得： ∑Ｆｘ＝４４４ｈ一１５９３．７—１０５００ｔｇ０＝０ Ｎ３＝Ｎ３ ＝３４８．５Ｌ（ｋＮ，Ｌ为箱体侧面进入土中的长度） Ｎ４＝Ｎ４＝０ ∑毋＝Ｆ１＋ ＋Ｆｌ ＋Ｆ２ １２７３１．６—２４６．４ｈ＝０ Ｎ５＝Ｎ５ ＝Ｏ．７×３４８．５Ｌ＝２４４Ｌ（ｋＮ，动摩擦系数取０．７） ∑脚＝一７．３９２Ｆ１＋７．３９２Ｆ１ ＋１６３４１．７—２２５２．５ｈ＝０ Ｎ６＝Ｎ６ ＝１／２×２１．１５２ｈ（８ｔｇ ＋ｃ）＝３９．５ｈ ＋２５４ｈ （７） ２５４ｈ（ｋＮ，前端吃土顶进视为土体滑动剪切破坏，查表取ｃ 由于实际施工过程中底板前端预留土ｈ都在Ｏ．３ ｍ以 ＝２４ ｋＮ／ｍ ，内摩擦角 ＝２２。，８＝１／２ｈｈ，ｈ为吃土高度， 内，由上式可以看出，没有其它外力的情况下，框体转角０≠ 一般在Ｏ．３ ｍ以内） ０，为负值，框体左偏移，在顶力足够并且左右４排顶镐均匀 Ｎ７＝Ｎ７；＝Ｏ．７ Ｘ１５０００＝１Ｏ５ＯＯ（ｋＮ，动摩擦系数取０．７） 加载的情况下，∑』Ｉ幻＞０，框体有左转趋势；在实际顶进 Ｎ８，Ｎ８ 不定值，随顶进方向的变化而变化，假设框体 施工中也发生左转左偏移现象，此时的纠偏方法就是多预 偏移角度为０，则Ｎ８或Ｎ８’＝１０ ５００￣Ｏ（ｋＮ） 留左侧土，右侧超挖，并且减小Ｆ１ ，增大Ｆｌ，如果能设 ・１６Ｏ・ ２Ｏｌ３年２月 Ｓｉｃｈｕａｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉ・Ｊ迂材 ２０１３年第１期 第３９卷总第１７１期 置导向墩在前端产生横向阻力，效果更佳。实际施工中结 合这两种方法，顶进顺利。 （３）桥身人２／２时（１５—２４ ｍ），Ｌ＝９．１４７ ｍ，代入（５）式 得： Ｆｘ ４４４ｈ一３５１７—１０５００ｔｇ０＝０ 针对大跨度斜交框架桥顶进，纠偏是关键，根据建立 的框体受力分析数学模型计算，能够得出定性和定量结果， 明确大跨度斜交框架桥顶进施工过程中，框体均有朝钝角 侧偏移转体的趋势，并且不可逆，通过本工程的实践，设 立足够的导向墩，并在顶进过程中随时按照计算式调整左 右两侧顶镐顶力，再辅以预留侧向纠偏土，才能确保把框 架沿着正确方向顶进就位，并希望能对类似工程施工具有 借鉴指导意义。 ［ＩＤ：７８４１］ 参考文献： 』 Ｆｙ＝Ｆ１＋ ．＋Ｆ１，＋Ｆ２，１４９６３．７—２４６．４ｈ：０ ∑Ｍ０＝一７．３９２Ｆ１＋７．３９２Ｆ１ ＋３２６８７—２２５２．５ｈ＝０ （８） 由上式可以看出，没有其它外力的情况下，框体左偏 左转趋势更明显，在实际顶进施工中也发生左转左偏移现 象，纠偏方法同上。 ［１］钱德玲．土力学［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００９． ［２］ 董卫华．理论力学［Ｍ］．武汉：武汉理工大学出版社，２００７． ［３］１１Ｂ１０ｏｏ２．１—２ｏｏ５，铁道第三勘察设计院．铁路桥涵设计基本 （４）顶进结果。由于工前分析仔细，准备充分，措施 得力，本工程最终顶进顺利，框架桥顶进结果左偏７０ ｍｍ， 框体转角约０．５度，满足规范要求。 规范［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００５． ［４］ＪＴＧＦＳ０／Ｉ一２００４，公路工程质量检验评定标准［ｓ］． ［５］ＪＴＪ０４１—２０００。公路桥涵施工技术规范［ｓ］． ４结束语 （上接第１５７页） 表６ 规划期核心区建设用地规模平衡表 指标 合计 不同性质用地规模（ｋｍ２） 公用设施Ｉ 工业 ｌ 居住 ｌ 仓储 ｌ 商业 Ｉ对外交通Ｉ道路广场Ｉ 其他 ｌ 行政办公 用地面积（ｋｍ ） ３４４．７６ ２７．４１ Ｉ １３９．５０ Ｉ ７０．９６ ｌ ３３．８６ Ｉ ２０．６６ １ ０．９２ ｌ １３．７４ ｌ ２３．７９ ｌ １３．９２ 就业岗位（人） ９５４２ｌ８ ７５８５５ ｆ ３８６１１２ Ｉ １９６４１１ ｆ ９３７２６ ｌ ５７１８３ ｌ ２５４６ Ｉ ３８０１８ ｌ ６５８３７ Ｉ ３８５２９ 表７ 新区不同性质用地的货车出行产生率 通过核心区分类别用地构成及就业岗位分析，预测规 划期所产生的货车出行量，详见表８。 表８ 指标 规划期核心区货车交通出行总量 不同性质用地 合计 公用 对外 道路 设施 居住 商业 交通 广场 其它 表９ 规划期区域按用地交通出行需求预测（￥ｔ￣：ｐｅｕ／ｈ｝ 用地性质 货车 １８７１ ７８５８ ９６２ 客车 １７９４２ Ｏ １５２８ 总计 １９８１４ ７８５８ ２４９０ 公用设施用地 工业用地 居住用地 仓储用地 商业用地 ７９４５ ３３６５ Ｏ ８２５３ ７９４５ ｌ１６１８ 货车产生量 １ ４Ｉ６４９ｌ １３２９０ ４６３３３ ４ ０ ３７７９１ １６８８１ １２０２ 货车吸引量 １８５３６９ １０１Ｏ４ ５１８９３ ７０７１ ６１５２２ ２５１８４ １５０１ 全日出行量 ３３１８６０ ２３３９４ ９８２２７ １猢 ９９３１３ ４２Ｏ６４ ２７ｏ３ （ｐｅｕ／ｄ） 对外交通用地 道路广场用地 其他用地 行政办公用地 ２１６ ２７７４ ６Ｏ７ ９５ｌ ５６４ Ｏ ０ ３２６ｏ ７８１ ２７７４ ６Ｏ７ ４２１０ 高峰时出行 ２６５４９ ｌ８７１ ７８５８ ９６２ ７９４５ ３３６５ ２１６ 量（ｐｅｕ／ｈ） 合计 参考文献： ２６５４９ ３１５４８ ５８Ｏ９７ ３．３ 区域客货交通出行总量 根据区域客车和货车交通出行量预测，规划期区域交 通出行总量预测见表９。 ［１］ 中铁二院工程集团有限责任公司．兰州新区经ｌ路工程可行 性研究［Ｒ］．２０１１． ４ 结语 ［２］刘建明，陈金玉．基于土地利用的交通需求预测［Ｊ］．交通科技 与经济，２００９，（１）：１ｌ７—１１９． 土地利用和交通需求有着十分密切的联系，土地利用 是产生城市交通需求的根源，决定着交通分布的形态；反 过来城市交通的可达性也会影响城市土地利用的规模和强 度，二者相互联系、相互影响。本文以兰州新区为实例， 基于土地利用性质探讨了交通需求预测在新建区域的应用， 为把土地利用和交通规划相结合提供了一种思路。 ［ＩＤ：７８５４］ ［３］文国玮．城市交通和道理系统规划［Ｍ］．北京：清华大学出版 社，２０ｏ７． ［４］杨明，曲大义，王炜，邓卫．城市土地利用与交通需求相 关关系模型研究［Ｊ］．公路交通科技，２００２，（２）：７２－７５． ［５］陆化普．城市土地利用与交通系统的一体化规划［Ｊ］．清华大 学学报：自然科学版，２００６，４６（９）：１４９９—１５０４．
