大斷面箱涵頂進施工引起路面變形規律研究

李衛東 陳新濤 朱偉杰 鄒亞峰 王越彬

(中鐵十局集團第三建設有限公司,安徽 合肥 230088)

1 概述

隨著人口數量不斷增加，原有的城市道路基礎設施不僅無法滿足人們正常的生活需要，而且逐漸成為制約社會經濟全面發展的因素之一。為推動國家經濟發展，公路、鐵路網的建設正如火如荼的開展，其中下穿公路、鐵路頂進箱涵施工技術成為解決道路縱橫交錯問題的關鍵[1]。

箱涵在頂進下穿路基過程中不可避免的對土體造成擾動，從而使土體產生變形進而引起路面沉降。國內外科研人員對頂推大斷面箱涵引起路面變形現象進行探討和研究。林強強[2]基于上海地鐵浦電路站出入口通道，對矩形頂管施工造成的地面變形進行了監測，并用理論分析方法計算了施工引起的地面變形。毛坤海[3]以昌福線撫州北下立交頂進箱涵工程為背景，通過對路面沉降動態監測，對施工提供了有效的數據支撐，進而保證了鐵路行車安全。彭剛[4]依據鄭州市頂管工程實例，對雙線大斷面箱涵下穿公路施工過程進行了理論預測和分析。

由于各種復雜的原因，近年來我國箱涵頂進施工事故發生率較高，給國家經濟和人民生命財產造成嚴重的損失[5，6]。基于此，本文對荊襄高速公路路面變形進行了系統化監測。監測結果表明，大斷面箱涵頂進施工期間，高速公路影響段路面沉降均在規范允許范圍內，已有的“管棚+鋼盾構”支護結構，有力地保障了施工安全和荊襄高速公路行車安全，以期為今后大斷面箱涵頂進監測分析提供借鑒。

2 工程概況及監測點布設

本次研究依托于荊門市興化三路東延伸段市政道路改造項目。西起楊竹西路，東至東三環，線路全長2 467.77 m，道路紅線寬40 m，沿線依次與楊竹西路、襄荊高速、蒙華鐵路、東三環等相交。其中下穿襄荊高速采用箱涵結構頂進下穿襄荊高速公路框架橋并與襄荊高速斜交，斜交夾角為80.6°。根據興化三路的路幅組成分成上下行兩幅框架，單孔框架凈寬為16.75 m。新建鋼筋混凝土矩形箱涵總長度為36 m，分三個節段預制，每節長度為12 m。

在箱涵頂推過程中，頂推區域內的高速公路路面是主要的施工影響區域。為了測定箱涵頂推施工期間，路面的位移變形情況，監測點沿路面每10 m～15 m布置一點，如圖1所示。記錄在頂推過程中，路面豎向位移量、水平位移量和裂縫開展寬度等。

3 路面監測結果

依據現場監測結果，繪制高速路面沉降位移變化圖，其中圖2展示了駛向襄陽方向應急車道路面隨頂推施工的沉降變化情況。圖2中A1，A2和A3三點位于右幅箱涵正上方高速公路路面上，A4，A5，A6和A7四點位于左幅箱涵正上方高速公路路面上。

從圖2中可以看到A1，A2，A3三點在左幅箱涵施工期間，沉降較小，其沉降值在5 mm范圍內波動。而位于左幅箱涵上方的四點沉降較大，襄荊向應急車道路面沉降最大值出現在A5點，在7月30日達到最大沉降值47.3 mm。位于框架上方應急車道的幾個監測點位沉降幾乎同步達到最大值。位于左幅箱涵正上方的A4，A5，A6三點在7月3日～7月24日之間，變化趨勢趨于一致，表明高速路面的沉降和隆起受左幅箱涵“抬頭”“扎頭”的影響。箱涵的抬高，帶動襄荊向高速公路應急車道抬升，使得箱涵正上方應急車道各監測點位高程逐漸抬升。距離箱涵中心較遠的位置，應急車道監測點沉降值沒有太大變化。從圖2中還可以看到7月29日、30日箱涵上方應急車道的監測點位標高急劇抬升。應急車道標高隆起最大值出現在點A5，達到16.9 mm。

在8月初，未進行頂推施工，該區間的沉降變化量在零值上下波動，并未發生太大變化。位于右幅箱涵正上方的A1，A2，A3三點在右幅箱涵頂進期間，變化較大。特別是位于左右箱涵交接處的A3點，已有數據中累計沉降量在9月14日達到-32.2 mm。在9月7日～11日之間A1，A2監測數據變化受路面車輛作用荷載影響，出現波動。

從圖2沉降變化幅度上看，左幅箱涵頂進引起的路面沉降變化幅值明顯大于右幅箱涵頂進施工引起的路面沉降。左幅箱涵頂進施工時間6月20日～8月3日。以左幅箱涵右側上方A5點，施工期間出現4次波動，單日最大沉降達11.1 mm，單日最大隆起達16.9 mm，上下幅度為28 mm。右幅箱涵頂進時間8月25日～9月25日。以右幅箱涵左側上方A3點，施工期間也有數次波動，但變化幅度僅有12.2 mm。可以看出已經頂進的左幅箱涵對正在施工的右幅箱涵有一定的保護作用，在一定程度上，減少了土體損失進而使高速路面沉降情況得到改善。

圖3，圖4展示了襄陽方向與荊門方向超車道路面沉降情況，受交通開放限制，總共僅進行了為期10 d的沉降測量。可以看到位于箱涵外側的超車道監測點位沉降變化較小。而位于箱涵上方的超車道監測點位沉降幾乎都在持續增大。B5點在9月4日達到最大值，其中超車道最大沉降55.9 mm。C3在9月14日達到已有數據最大值5.8 mm。

對比分析已有的監測數據，7月14日～7月16日左幅箱涵已經順利穿過B1～B7線(襄陽方向超車道)，故高速路面受頂進施工所引起的路面沉降較小。而9月2日～9月4日正值右幅箱涵穿越B1～B7線，受頂進施工引起的路面沉降較大，圖3所示沉降變化趨勢較大，當右幅箱涵穿過監測線，沉降便同左幅箱涵所示趨于平穩，沉降逐漸變小。14日以后高速路面無法繼續監測，通過現場觀察發現通車后路面仍有沉降，且沉降較大，行駛車輛有上下顛簸的現象。已有的現場監測數據和理論預測的變化呈正態分布，趨勢近似一致[7]。

截止到9月14日，本項目頂推施工尚未結束。從圖2和圖5可以看到襄陽方向和荊門方向應急車道各監測點沉降變化趨勢相近，位于左幅箱涵頂部的D4點沉降變動幅度較大，且都是從7月22日開始有明顯的增大趨勢。點D3沉降在9月4日達到最大值12 mm。由于開放交通無法繼續測量，通過現場觀察荊襄高速路面各方向的超車道與行車道仍有下沉跡象，車輛行駛經過7號點位置跳車現象嚴重。從圖5中可以看到荊門方向應急車道的沉降變化在8月中旬，無較大波動，該期間沒有進行頂推施工，故各監測點位沉降無太大變化。點D6最大沉降出現在9月4日，最大沉降達到6 mm。除7號點位置外，應急車道與行車道上其余點位的沉降都較小，均能控制在2 cm以內。在箱涵頂進期間，D5點的地面隆起較為嚴重，最大隆起值達到12.9 mm。隨著箱涵的頂進過程中，土體因受箱涵的摩擦力而流失，路面由隆起轉為沉降[8]。對比左右幅箱涵頂進引起的路面情況，和圖2的反映的情況相似，左幅箱涵施工引起的沉降較大，而右幅箱涵頂進施工所引起的沉降較小。

4 結論

本文以下穿襄荊高速公路箱涵在興化三路東延伸段工程為例，對頂推施工的過程進行系統監測，分析箱涵頂推施工過程中存在的風險與水平位移的分布規律。主要有以下幾點結論：1)基于現場監測數據，路面發生最大隆起位置靠近箱涵軸線，而路面沉降產生最大位移處不在軸線上。施工中應當對危險位置進行重點加固。2)對比左幅和右幅箱涵頂進引起的路面沉降數據，已經順利頂進的左幅箱涵對后續頂進右幅箱涵有一定保護作用，路面變形幅度相對較小。3)通過對大斷面箱涵頂進施工監測，及時反饋并采取一定的工程處理措施，有效的保證了施工安全和路面行車安全。