箱涵頂進施工中沉降與定位技術研究

曹 勇

(朔州路橋建設有限責任公司，山西 朔州 036000)

0 引言

箱涵頂進法可充分發揮空間的立體作用，促進城市交通網的建設。目前，箱涵頂進法解決了多處下穿工程的施工難題，但施工技術難度高，過程十分繁瑣，必須控制住施工對上部結構和建筑物的影響。箱涵頂進施工的沉降量監測和實時定位仍值得進行關注。因此，結合箱涵頂進施工具體項目，深入分析箱涵頂進施工中存在的沉降和定位問題，并有針對性地采取了一系列措施，避免施工對上部結構產生負面作用。

1 箱涵頂進施工中存在的沉降與定位問題

1.1 基坑施工改變路基受力結構，引發路基變形

在下穿工程中，基坑往往只在既有建筑的一側開挖。隨著開挖深度的加深和面積的擴大，基坑周圍會因地下水結構、土層受力、施工設備的影響而發生沉降、偏移、塌陷。在基坑開挖的過程中，必須采用圍護樁進行人工圍護，以鉆孔注漿的方式控制基坑對地表變形的影響。但這些保護措施也無法對冠梁的水平、垂直位移，基坑周邊的地表沉降以及基坑內外水位變化進行精確地控制，一旦超過形變報警值就會對既有路基產生不可挽回的影響。

1.2 滑板與后背梁操作不當，影響推進方向及速度

滑板是箱涵頂進的潤滑層，與基坑底直接相連；后背梁位于基坑后部，為箱涵頂進提供作用力。二者相互配合便可將箱涵頂進，完成下穿任務。本工程滑板沿頂進方向設定0.2%縱坡，后背梁采用整體澆筑式鋼筋混凝土結構，后靠分配梁，與滑板相連，構成倒三角整體，以保證推進速度可控，方向可控。但是，在頂進的整個過程中，路基沉降變化未知、經過鐵路的車次未知、出土速度也存在不確定性。這些情況使滑板與后背梁操作復雜化，多次調節中的操作不當很容易影響到推進方向及速度，引發地上局部區域意外沉降。

1.3 出土速度與頂進速度不匹配，造成超挖或漏挖

在頂進過程中，實時跟蹤定位十分關鍵，對技術的要求十分高。邊挖邊頂進是常用的施工方式，其難點在于出土速度與頂進速度之間的匹配。若挖掘機出土速度過快，路基下部懸空，容易出現塌方；若出土速度過慢，涵身帶土頂進，整個挖面出現漏挖、欠挖現象，對頂進速度、方向的控制都極為不利。箱涵頂進是整個施工的重中之重，考慮土層變化和外部環境變化對挖土面范圍、頂進前端與挖土面距離的影響，將頂進前端的實時位置都需要與既定路線進行對比，密切關注二者匹配程度，避免超挖和漏挖情況。

1.4 地上部分加固路線控制地上變形，避免路基沉降

工程路段以粉土、粉質粘土以及其混合土為主，需在頂進中對路基部分進行加固。采用高壓旋噴樁和鋼筋混凝土條基作便梁，在混凝土支墩上設支座，對路基進行限位。在施工中，先便梁架設，后插入限位裝置，進行固定。整個下穿工程采用7條便梁對路基進行獨立限位互不影響。加固路線一來緩解頂進對既有路基的偏離影響，二來能夠為頂進操作不當提供補救時間。加固路線直接控制地上部分的沉降和形變，對日沉降量、累計沉降量的觀測要求非常高，且安全操作規范明確了最大沉降量。因此，地上部分的沉降問題必須處理好。

1.5 頂進施工結束后形變的長期觀測

箱涵頂進施工結束后，箱涵代替原有土地結構成為地上部分和既有路基部分的主要承載者。鋼筋混凝土結構的變化、地下水流向的改變以及周圍土體的積壓都會引起地表形變。根據應力計算、自然條件的結果，工程采用了遠大于地上部分負荷的整體澆筑混凝土結構，并對基坑一側進行了加固和還原，有利于維持路基長期通車而不發生形變。出于安全的考慮，仍有必要開展長期觀測，當沉降偏離預測時，進行及時止損。

2 箱涵頂進施工沉降量監測和實時定位的具體技術

2.1 基坑監測“一張圖”，全面監測基坑影響

充分利用路基施工沉降觀測點、圍護結構觀測點以及坑內觀測點，將基坑挖掘對地下水位變化、路基沉降的影響精確到毫米級。首先，以遠處固定點為后視點，對基坑影響范圍內的各個觀測點進行定期觀測；然后，將基坑周圍地表的觀測點進行加密，觀測頻率加大，對每天的數據進行分析，確定基坑挖掘對既有鐵路一側各個位置的沉降影響；最后，對路基的水平橫向位移和高程差數值進行監測，結合路基監測控制網的分析結果，調整基坑施工的圍護工作和重點圍護區，使基坑地下水位變化、周圍地表沉降、路基位移三項內容呈現在一張圖中，全面監測基坑對沉降的影響。

2.2 箱涵頂進施工內部實時定位技術，監測頂進方向、速度

滑板與后背梁相互配合為箱涵頂進提供作用力，為時刻監測頂進情況，在箱涵頂進前端安裝了定位傳感器，記錄起動、頂進、再次頂進、就位的全過程。首先，明確了多結構頂進施工的定位要點，即保證涵身不偏離軸線、涵身高程符合既定路線；然后，以四周頂部監測點來確定頂進過程的高低偏差，以箱涵軸線兩個監測點來確定，并通過后背梁固定位置進行全程觀測；最后，將傳感器與監測點數據結合起來看，以1 m為單位對箱涵頂進的方向、速度進行分析，得到了中線偏離控制在±94 mm內，高差控制在+45 mm內的結果，滿足施工要求。

2.3 Flac3D數值模擬確定實時運動，調節頂進與出土

滑板與后背梁的操作、出土與頂進速度的觀測都可借助Flace3D軟件的三維模擬差分近似模型，根據傳感器返回數據，對運動過程、各部件應力變化、節點平衡力進行深層次分析。首先，在X，Y，Z方向建立三維模型，以網格為劃分單位，設定地質條件參數，為研究頂進底部、左右兩側的位移變化提供基礎模型；然后，傳入傳感器在監測點獲取的位置數據，給出具體運動時的受力狀態；最后，結合全站儀、水準儀的觀測數據，調整后背梁的作用力、出土速度以及頂進速度，確保頂進施工變形的可控性。

2.4 加固路線沉降量、累計沉降量的安全監測技術

為獲取路基在箱涵頂進施工中的具體沉降情況，采用“一頂孔8監測點”方案，以精力水準測量儀獲取加固路線的沉降變化。首先，設定了橫向跨越路基的監測方案，在便梁的兩邊端口設置監測儀，選擇其中一穩定點作基點，與其他檢測儀相連；然后，每隔30 min對8個監測觀察點進行監測，相鄰兩次位移偏移量超過10 mm,則暫停施工進行加固；最后，通過靜力水準儀的數據處理，對沉降量的變化情況進行成因分析，為加固路線的穩定提供基礎材料，為挖進速度、是否帶土頂進提出建議。線路上行累計沉降1.4 mm,下行線沉降1 mm，遠小于警戒值，加固路線具有可靠性。

2.5 施工后土體變形的長期監測技術

箱涵頂進施工結束后，工程范圍內土體結構必然發生變形。為此，在下穿工程的外圍進行土體變形的長期監測。首先，先觀測涵身頂進后的底部、左右兩側產生的變形，明確土體對涵身的擾動幅度，尤其在前三個月其變形比較明顯；其次，沿地下水流向對其周圍土體的沉降進行周期性觀測，明確施工后地下水是否仍保持原有特性；最后，在涵身布設多個監測點，分析各剖面地質條件的差異，對地上部分沉降較大的剖面進行二次加固，改良土體結構，確保路基、涵身變形符合要求。

3 結語

箱涵頂進施工的沉降與定位研究能夠為安全施工提供基礎數據材料，為施工過程提供科學建議。在施工的過程中，測量人員還應對監測技術、定位技術進行深化，不斷增強操作能力，以便能夠為施工過程提供更為準確的數據。