箱涵下穿高速公路頂進施工關鍵技術

侯有權 張新海 孫夫強

(1．張家口市地方道路管理處，河北張家口 075000;2．北京方達工程管理有限公司，北京 100044;3．北京交通大學，北京 100044)

1 工程概況

南水北調中線1期工程天津干線天津市1段工程施工TJ5-2標段。設計流量為45 m3/s，加大流量為55 m3/s。為3孔4．4 m×4．4 m鋼筋混凝土箱涵。樁號為135+759～136+167，全長408 m，其中頂進箱涵長度為72 m。與京滬高速公路交匯里程為DK93+600。

2 工程地質

本標段地勢平坦，地面高程4．8 m～4．9 m，地層均為第四系松散堆積物，由老至新簡述如下:

①全新統下段。

沖積堆積:勘探深度范圍內以淺黃、桔黃色壤土為主，粘土次之，頂板埋深一般13．0 m ～14．0 m。

②全新統中段。

a．淺海堆積:由灰色、淺灰色壤土組成，含有機質及貝殼碎屑，具有微細層理，個別夾砂壤土薄層，厚2 cm左右。該層層厚一般3．8 m ～4．4 m，頂板埋深一般9．3 m ～9．9 m，分布連續穩定。

b．湖沼堆積:由灰黑色、灰綠色、灰黃色等粘土組成，局部分布淤泥質粘土透鏡體，含銹斑及有機質，可見小的平卷螺和尖臍螺。一般層厚3．8 m～4．6 m，最大厚度5．8 m。頂板埋深一般3．6 m ～4．4 m。該層分布連續。

③全新統上段。

沖積堆積:巖性以黃褐色、灰黃色砂壤土為主，該層厚度一般3．6 m ～4．4 m。

3 工程特點及難點

1)穿越施工采用管幕支護、箱涵頂進施工工藝技術，為保證京滬高速公路的安全運行，對施工前期的策劃、技術儲備、施工過程的嚴密控制都提出了很高的要求。

2)穿越施工中頂進坑、接收坑的支護工程是本工程的重點。施工過程既要保證垂直開挖時圍護樁的穩定，又要保證京滬高速路的運行安全。

3)降排水是本工程順利施工的首要問題。施工區域地下水埋藏較淺，含水量豐富，為基礎邊坡的穩定以及施工干場作業帶來困難。

4)工期短，工序較多，必須采取嚴密的施工進度安排，才能保證按合同工期完成。

4 箱涵頂進關鍵技術

4．1 管幕支護技術

箱涵穿越京滬高速公路段采用大管幕超前支護。箱涵四周鋼管幕設計使用φ970mm鋼管，管幕施工是關鍵工序，與頂進段箱涵預制平行施工。管幕工作坑位于高速公路東側，而箱涵工作坑位于高速公路西側，箱涵預制和鋼管帷幕可以同時施工。φ970 mm鋼管采用泥水平衡掘進機為先導頂進，施工順序是先頂排、后兩側、再底排。

4．2 施工降水技術

4．2．1 基坑降水

根據施工圖地質資料顯示，本工程區地下水為第四系孔隙潛水，主要賦存于第四系全新統粘性土地層中，地下水埋深1．2 m～2．8 m。因此，地下水對渠道段開挖影響較大;必須降低地下水水位保證基坑干場作業。

4．2．2 降水井布置

施工過程中以大口井降水為主，并結合現場明排的方式進行降水。為達到最佳降水效果，在馬道位置各打設一排大口井，對稱于基槽中心線，兩排井的軸線距離約38．2m，單排井距15m，上井口最終設在二級馬道高程上，大口井在表層土方開挖完成后的高程上鉆設，用回轉鉆機成井。大口井的結構選用無砂混凝土管井壁，設計井管內徑300 mm，井管底部外壁包一層200 g/m2土工布，其外井身填級配濾料，每個井內配置一臺2寸潛水泵抽取井內滲水，潛水泵出水用φ50膠管放在邊坡上就近將滲水經進水口排放到基坑外側的排水溝內。

4．3 滑板及后背

根據現場情況，滑板采用25 cm厚C30混凝土，內置鋼筋網。滑板混凝土澆筑到位進行拉毛，以利于抄平層粘結，抄平層抹后平整度要求不大于3 mm。潤滑隔離層的作用是防止箱涵與滑板粘連并起到潤滑作用以減小頂力。常用石蠟摻入機油作隔離層，施工繁瑣，本基坑采用兩油一氈一布作潤滑隔離層。

4．3．1 滑板施工技術

基坑滑板制作后退5 m，為管幕施工留出5 m接受坑位置，待管幕施工結束后，用灰土回填接受坑補齊滑板。滑板錨梁溝槽采用人工開挖，與工作坑開挖交叉進行，滑板設1．5‰上坡前端標高與橋體底板底標高相同。工作坑開挖結束后對工作坑土質進行注漿加固，并在工作坑內設置標高控制網，間距2 m，以便使用刮杠找平，滑板采用25 cm厚C30混凝土，內置鋼筋網。滑板混凝土澆筑到位后進行拉毛，以利于抄平層粘結，抄平層抹后平整度要求不大于3 mm。滑板澆筑完畢后，在滑板兩側設排水溝，以排除雨水。滑板混凝土強度達到2．5 MPa后，再施作潤滑隔離層，先涂一層黃油后，粘鋪一層油毛氈，再涂黃油鋪塑料布，防止綁扎鋼筋時損壞隔離層，灌注混凝土時出現漏漿，造成啟動困難。

4．3．2 后背施工技術

后背設計承受頂力為不小于3 300 t。

后背樁采用雙排φ1．2 m灌注樁，樁距1．40 m，基坑開挖前已施工完畢，樁后是水泥攪拌樁止水帷幕。后背梁采用設計尺寸:寬×高×厚=20 m×2 m×1 m，為C30鋼筋混凝土結構，后背梁緊貼后背樁澆筑，將后背梁與滑板連為一體，防止滑板跟進。

4．4 箱涵頂進技術

4．4．1 頂進施工方法

箱體預制成型后，當框架主體強度達到設計強度后再進行正式頂進作業，箱橋的頂進采用吃土頂進法施工，邊頂進邊出土，箱體底、側、頂刃腳始終吃土頂進。

4．4．2 頂進設備及頂鎬布置

1)根據設計頂力(設計頂力比計算頂力大)布置千斤頂，設計頂力:第一節最大頂力為2 800 t，第二、三、四節最大頂力為3 000 t，后背梁最大頂力3 300 t。中繼間兩端留有3．5 m鎬窩，可以安裝7臺頂鎬，每個鎬窩安放5臺500 t頂鎬(預留7臺位置)，每個中繼間10臺，使用一臺高壓油泵加壓供油，一臺高壓油泵可以為幾個中繼間頂鎬供油，通過分配法調節。

2)中繼間的千斤頂安裝，在安裝前先在槽內鋪塑料布，防止液壓油泄露到混凝土表面。千斤頂放置在槽內，固定時一定要將千斤頂的底座與預埋件表面相平行，然后在千斤頂和預埋件之間塞上鋼板使之沒有縫隙，安裝完畢后在放置千斤頂的位置用已做好的鋼板蓋上，防止箱涵內的土掉入槽內，以利于車輛通行。

3)頂鎬與頂鐵之間安放一道分配橫梁，保證頂鐵共同受力，分配橫梁用55號工字鋼平臥安放，并用鋼板焊成整體;頂鐵與后背之間也應安放一道橫梁，以便后背梁受力更均勻，頂鐵位于分配橫梁和后背之間，臥放在滑板上，它的不斷接長使箱身不斷前移。頂鐵用鋼軌作成 10 cm，20 cm，30 cm，60 cm，120 cm，200 cm及400 cm七種不同長度;為保持頂鐵的穩定，分隔6m～8 m設一道橫梁，以提高頂鐵整體穩定性，橫梁安設在已換成長頂鐵的固定段內。

4．4．3 頂進作業

為了加快進度、減少頂進流程，箱涵頂進優先四節一起頂進，只有頂力太大威脅后背安全時或方向出現偏移糾正困難時才啟用中繼間頂進，首先啟用第一道中繼間頂進，中繼間啟用越少頂進效率越高。流程見圖1。

圖1 箱涵頂進流程

4．4．4 涵內出土

1)箱涵為一箱三室結構，每室孔徑4．4 m×4．4 m，空間太小不能使用大型機械作業，每箱內使用一臺0．3 m3微型挖掘機挖土和3 m3裝載機運土，自制背鍋運土。

2)在挖土過程中一定要控制好挖土量和掌子面坡度。保持吃土頂進，始終保證鋼刃腳對土體的支撐作用。每次頂進量和挖土量要一致，不得超挖。

3)開挖面含水量大時會影響前端土體自穩性，需要在開挖面上設置水平的排水管。排水管采用φ108鋼管，鋼管上交錯布設滲水孔。

4)開挖面遇到砂質土時，由于自穩性差無法保持開挖面穩定，采用超前小導管注漿法加固開挖面，導管使用φ42鋼管，每次加固長度可達3 m～5 m，漿體采用水泥—水玻璃混合漿。導管與孔口處采取密封措施進行壓力注漿，使漿體向孔外擴散。初凝后拔出導管。

4．4．5 測量控制

箱身中線的控制，在箱涵內頂板上標出中線標記，安裝上測量靶盤，在箱身前后中線延長線上設固定觀測控制點，控制點不少于4個，觀測時以固定中線點核對箱身上的中線位置判斷其方向偏差。

箱身高程采用水準儀控制。在頂進前在每節箱涵內四角頂底板設觀測點，在頂進前測好原始記錄，以此作為箱涵標高變化依據。

糾偏的決策來源于測量數據，每頂一鎬必須進行方向和標高測量。用經緯儀、水平儀測量頂進過程中箱體位置和標高偏差，提前放出箱體就位線，做好箱體頂進記錄。根據測量數據繪制頂程與頂力關系曲線和頂程與方向高差的關系曲線，用控制圖控制頂進質量。

5 施工控制及預防措施

要使箱身頂進方向不致偏斜，布置千斤頂時應嚴格根據箱身正交情況計算的千斤頂布設位置進行布設，使千斤頂合力作用線與道路中線平行，并與箱身阻力的作用線重合。

1)在滑板上頂進時，為了防止箱涵方向偏移，在箱涵兩側對稱設置20個導正墩，保證箱涵進洞前軸線不發生偏移。

2)在頂進過程中，方向由首節箱涵控制，在正常頂進時保持所有千斤頂同時頂進，當發生偏轉時可以調節相應位置千斤頂數量和時間來調整箱涵方向，比如首節箱涵發生向右偏轉，在箱涵頂進時就可以先開中繼間右側的千斤頂頂進，進行糾偏。用定位儀器測量糾偏是否有效，如果箱涵正位后就可以啟動其他千斤頂同時頂進。當首節頂進結束一個行程時，其后兩節箱涵跟進，在后兩節箱涵頂進時首節箱涵的前方挖土工作可以一直繼續。

3)在箱涵的頂進過程中測量儀器要隨時監測頂進時的位移情況，發現偏移要隨時糾偏。箱體完全進入土體后單靠千斤頂調節往往效果不佳，糾正方向時需要挖土配合，如箱體左偏時左側箱體多挖土，減少左側底板、側墻吃土量，使左側箱體頂進快于右側，反之亦然。

4)首節箱涵進土后要及時開始注漿以減少摩擦力。

6 結語

采用該方法施工，有效減少了地層擾動，控制了路面沉降，箱涵頂進施工順利，其位置、高程均達到設計要求，保證了施工質量和施工安全。

［1］商海明．下穿鐵路地道橋頂進施工技術［J］．山西建筑，2011，37(32):155-156．