下穿隴海鐵路大斷面斜交箱橋頂進施工測量技術

馬新文

(中鐵二十局集團第六工程有限公司 陜西西安 710032)

1 引言

大跨度斜交箱涵在下穿既有線頂進過程中，由于啟動趨勢、自重偏心、基礎土質、頂進工藝等因素的相互影響，常出現中線偏位和高程抬頭扎頭等問題，造成箱體就位偏離設計中線、高程不符合設計要求的后果，嚴重者導致箱體變形、開裂甚至既有線行車安全等重大事故[1－8]。因此，大斷面斜交箱橋頂進過程中如何高效快捷地進行箱體中線及標高的測量控制顯得尤為重要。為防止過大的中線及高程偏差，必須做好頂進過程中不間斷現場測量以及時指導頂進施工糾偏[9]。

2 工程概況

西安市經九路－隴海鐵路特大地下立交工程位于新城區八府莊，南起長纓路，向北連續下穿華清路、隴海鐵路、規劃一路，與含元路平交，全長1.13 km。該工程是打通經九路的控制性工程，貫通后將大大緩解環城東路－太華路、東二環交通壓力，對城河污染治理、促進區域經濟發展有重要意義。建設期間橋上通行的既有鐵路有隴海上、下行線等共6條鐵路。本橋與隴海線斜交26.55°，箱型橋1＃節凈高 5.6 m，2＃ ～7＃節凈高 8 m，8＃節凈高7.8 m，9＃節凈高7.6 m。本立交采用由東向西的(4.5＋15＋15.5＋5＋4.5)m 箱型橋，其中1＃、5＃節在既有線下采用頂進施工，其余節段采用原位支護開挖路基現澆施工。1＃節頂程23.77 m，5＃節頂程47.41 m。1＃節預制基坑位于隴海下行線南側，長39 m、寬62 m、深 12.5 m，降水深度 2.8 m；5＃節預制基坑位于隴海上行線北側，長67 m、寬62 m、深14.2 m，降水深度2.5 m。1＃節由南向北頂進，自重3 860 t，計算頂力6 840 kN；5＃節由北向南頂進，自重6 780 t，計算頂力 11242 kN。 1＃、5＃節斜向寬度為56.453 m，高度分別為7.95 m、11.35 m，長度分別為8.843 m、11.179 m。1＃～9＃節平面布置如圖1所示。

圖1 經九路下穿隴海線立交橋平面布置

3 建立施工控制網

3.1 平面控制網的建立

施工前對設計單位移交的控制點成果進行復測，待設計坐標確認無誤后埋設加密控制點。加密控制網網型如圖2所示。

圖2 施工平面控制網

使用4臺R8-4天寶GPS儀器建立施工獨立控制網。施工控制點坐標如表1所示。

表1 施工控制點坐標

3.2 高程控制網的建立

使用Dini 03電子水準儀采用二等水準測量方法進行鐵路南北兩側高程控制網貫通測量，并按二等水準精度要求加密水準點。采用科傻平差軟件平差處理后報監理簽認后用于現場施工測量控制。

3.3 圍護樁、基坑開挖測量控制

該工程涉及6股道既有線施工，施工前需進行360根24 m人工挖孔樁和77眼40 m降水井施工，需對挖孔樁、降水井及基坑開挖位置坐標高程數據進行認真計算復核，確保坐標高程數據無誤后再行放樣。如圖3所示，該箱橋設計中線為直線，1＃、5＃節預制前，對其預制位置坐標高程進行計算，確保其中線與設計中線在同一直線上，底板預制高程＝設計高程＋壓縮沉降預留量，壓縮沉降預留量為根據土質情況考慮的一個經驗值。本工程土質為塑性黃土質，壓縮沉降預留量按15 cm預留。施工時嚴格按照坐標及高程位置進行放樣。頂進時按照同一高程頂進，最后一鎬頂進時調整高程至設計高程。

圖3 獨立控制網平面(單位:m)

4 頂進前測量準備

1＃、5＃節預制完成頂進過程箱橋中線及高程測量控制非常重要，需要不間斷地測量箱橋中線坐標及箱橋兩側頂程，測量控制如果不準確將會使箱橋中線偏位或高程抬頭、扎頭，一旦頂進就位將無法進行調整，因此必須確保頂進時一次性頂進到設計位置。頂進前必須設計出最簡便可行的測量控制方案，頂進過程中根據該方案不斷進行測量并糾偏。

頂進前對加密控制網重新進行復測，加密控制網成果合格后對1＃、5＃節分別建立獨立控制網。獨立控制網網型如圖3所示。

圖3中虛線為設計線路中線，為直線。1＃節在鐵路南側預制完成，向北頂進23.77 m至設計位置，5＃節在鐵路北側預制完成，向南頂進47.41 m至設計位置。

現以5＃節為例說明頂進施工過程中測量觀測控制網布設情況。如圖4所示，在5＃箱橋頂面點1、2、4、5、7、8 共 6 處位置架設棱鏡，在點 3、6、9 處架設三臺全站儀。其中點1、2、3設置在一條直線上，位于箱橋左側外墻邊線向內1.5 m處；點4、5、6設置在一條直線上，位于線路中線左側1 m處，即左右橋孔中隔墻墻身向左0.5 m處；點7、8、9設置在一條直線上，位于箱橋右側外墻邊線向內1.5 m處。三條直線均平行于設計線路中線。點1、2、7、8分別為從箱橋頂面左右兩側邊線橫向向內偏1.5 m、里程方向向內偏0.56 m處；點4、5為線路中線向線路左側偏移1 m、縱向為里程方向向內側偏移0.56 m處。在控制點4、5的豎直向下投影位置的箱橋墻身上垂直于墻身豎立兩把60 cm直尺，以便觀測讀數使用。

圖4 頂進時測量觀測點布設立面(單位:m)

頂進前將點1、2、4、5、7、8 在預制箱橋頂放樣出準確位置并設置觀測標做好標記，以便架設棱鏡進行觀測。將點3、6、9提前在現場找到不受施工干擾、可以連續觀測棱鏡的位置埋設穩固標志。

在3號點架設全站儀，后視JM1，檢查點1、2、3是否在一條直線上。確認無誤后，測出點1至點3的距離和點2至點3的距離，作為頂進前的距離初值。

在6號點架設全站儀，后視JM1，檢查點4、5、6是否在一條直線上，確認無誤后，使用全站儀后視點4或點5后，水平度盤制動，豎向轉動全站儀物鏡瞄準點4、5投影下方箱橋墻身上垂直安置的60 cm鋼直尺，檢查望遠鏡內豎絲在鋼直尺上讀數是否為50 cm，確認均為50 cm時視為直尺位置安置正確。

在9號點架設全站儀，后視 JM1，檢查點7、8、9是否在一條直線上，確認無誤后，測出點7至點9的距離及點8至點9的距離，作為頂進前的距離初值。

5 頂進測量控制

5.1 線路中線測量控制

正式頂進開始時，三名測量人員在點3、6、9處同時架設三臺全站儀，分別后視JM1完成設站；檢查各自直線上的點是否在一條直線上，確認無誤后開始頂進。頂進開始后，左右兩臺(點3、9位置)全站儀不間斷測量箱橋頂部點2(點1替補)、點8(點7替補)的距離。實測距離減去距離初值的差值即為箱橋向前頂進移動的距離。若左右兩側頂進移動的距離相同，則認為兩側為同步頂進，不需調整；若兩側頂進距離不等，則認為兩側頂進不同步，左右兩側觀測者使用對講機將實測的距離增量及時報告給現場總指揮，總指揮根據兩側頂進的距離偏差值指揮兩側液壓千斤頂操作人員，及時調整千斤頂的頂力來調整頂進距離使左右兩側頂進距離保持相同。

頂進過程中，點6位置的全站儀后視JM1完成設站后，檢查點4、5棱鏡是否在一條直線上，確認無誤后，制動儀器水平度盤，觀測點4、5下方兩把尺子讀數，如果望遠鏡內十字絲豎絲對齊的兩尺讀數始終為0.5 m，則箱橋中線始終按照設計中線位置向前頂進；如果兩尺讀數有偏差，則頂進中線發生偏差，立即報告總指揮，總指揮根據偏差數值大小指揮左右兩側千斤頂頂進壓力調整數值，及時通知液壓千斤頂操作人員做出相應壓力調整。

本工程采用的液壓千斤頂最大伸長量為1.2 m，為了保證安全，液壓千斤頂每次頂進0.8 m則停止頂進。千斤頂縮回原位安裝0.8 m頂鐵開始第二次頂進，如此循環頂進。為了保證頂進施工安全，頂程2 m做為一個循環，每次頂進2 m時則停止頂進，準備下一個循環的土方開挖處理地基等工作。

下一個頂進循環開始時，在點3、6、9位置設站，后視JM1完成設站，撥角至與線路中線平行的方位角，左右兩側儀器繼續測距。中線位置儀器繼續觀測點4、5下方鋼尺讀數，使其始終保持在50 cm位置，左右兩側儀器測出的距離增量保持相同即為左右兩側頂進保持同步。如此循環往復，直至箱橋頂進至設計位置。

5.2 抬頭、扎頭標高控制

當頂進2 m一個循環完成時，用水準儀測量箱橋底板頂面左中右位置的標高，檢查標高是否滿足計算的位置標高，若有偏差，及時分析原因。本工程在有鋼筋混凝土結構滑動層處，頂進過程中高程未出現偏差。當頂至出預制坑進入原狀土基段沒有滑動層時嚴格控制高程，防止抬頭或扎頭，若抬頭，需將船頭坡前方土層下挖，使頂進過程結構下沉，達到糾正抬頭的目的；若扎頭，需將船頭坡前方土層地面標高適當抬高欠挖，使下一循環頂進時標高抬高以糾正扎頭現象[10]。每個循環結束時測量標高以糾正下一循環的標高，以此逐個循環繼續調整糾偏，直到頂進到設計位置。

5.3 頂進偏差處理

根據規范規定，框架橋涵的頂進允許偏差為:

(1)中線控制:一端頂進時±200 mm，兩端頂進時±100 mm。

(2)高程控制:頂程的1%，但不得超過＋150 mm、－200 mm。若偏差波動較大且控制不及時將造成永久缺陷[11]。

5.3.1 頂進前控制

針對該箱橋的大噸位、高精度、斜交對頂施工等頂進難度，在頂進前采用以下措施:

(1)補正與設置船頭坡。在立交底板設三角補正塊，將立交斷面補正與后背平行；在頂進方向底板前端下部設置船頭坡防止扎頭。

(2)頂力系統布置。根據計算參數，1＃節布設400 t千斤頂22臺，備用2臺作為頂力系統；5＃節布設400 t千斤頂32臺，備用2臺作為頂力系統。頂進過程中動態監測，調整頂力參數，確保施工精度。

5.3.2 頂進過程控制

頂進過程中的中線偏差糾正措施主要有:(1)增減一側千斤頂的頂力，通過開或關一側千斤頂閥門及增加或減少千斤頂頂力數；(2)輪流開動兩邊高壓油泵調整；(3)用后背頂鐵或頂柱調整；(4)前端左右兩側刃腳前，在一側超挖，另一側少挖土或不挖來調整方向；(5)在箱身前端加橫向支撐調整[12]。

頂進完成后，1＃節中線整體向西側偏移55 mm，前端中線向西偏移60 mm，后端中線向西偏移50 mm；5＃節前、后端中線偏差均為向西偏移80 mm，偏移量均不超過限差100 mm，達到規范要求的限差規定。1＃、5＃節箱橋底板頂面標高與設計標高差值分別為＋48 mm、＋66 mm，均小于頂程的1%，且不超過＋150 mm、－200 mm的限差要求。其頂進過程中中線偏差及高程偏差如圖5所示。

圖5 1#及5#節頂進中線與高程偏差

6 結論

經九路跨隴海鐵路大跨度斜交頂進箱橋經采用本文所述的測量控制方法頂進到位后，中線及高程偏差均滿足規范要求。本工程頂進過程中所使用得全站儀均為2″級拓普康全站儀，在使用前將3臺全站儀溫度及氣壓常數設置相同，測距精度進行比對，確保測距精度結果相同。使用該測量控制方法在實際頂進過程中操作簡單、控制高效，可為同類工程提供借鑒。