頂推箱涵在下穿既有運營高速公路中的應用

文章對頂推箱涵下穿改擴建高速公路施工進行了深入研究，發現該施工方式能在保證公路暢通的前提下，展現出其微小的環境干擾、安全的操作流程以及高效率等特點，適用于高速公路、市區街道、橋隧建設等項目中。為保障穿越高速公路的箱涵作業的安全性和成本效益，依據設計圖、地形探查結果并參考附近的環境狀況，融合當前的技術能力、可用物資、施工管理的實踐與經歷，提出了無須阻斷交通或調整路線就能實施的項目方案。經桂柳改擴建高速公路應用后可知，該方案可在確保施工和交通安全的同時不影響高速公路的正常通行。

高速公路；箱涵安裝；頂推施工；交通安全

U449.82A341103

作者簡介：

向程彬（1986—），工程師，主要從事高速公路建設管理工作。

0" 引言

下穿高速公路的箱涵施工是一項復雜而關鍵的工程任務。由于施工環境位于重載交通改擴建高速公路下方，因此面臨著諸多挑戰。高速公路的車流量大且車速快，要求施工過程中必須確保既有道路的安全與暢通，對施工方案和安全措施提出了極高的要求。箱涵的施工需要精確控制其位置和姿態，以確保施工質量和高速公路的安全運行。此外，施工期間還需要采取一系列的安全措施，如修建臨時支護結構、安裝監控系統等，這些措施不僅增加了施工的復雜性，也提高了施工成本。目前，國內外對于下穿高速公路箱涵的施工研究主要集中在施工工藝、仿真分析、施工監測和方案優化等方面。通過對這些方面的深入研究，探索如何優化施工方案、提高施工效率、降低施工成本，并確保施工過程中的安全和質量。通過技術創新和實踐經驗的積累，能夠為下穿高速公路箱涵的施工提供更加科學、高效和安全的解決方案。

1" 工程概況

本文研究的頂推箱涵位于桂柳改擴建高速公路主線K1200+733.68處，屬于過水涵。該路段路基覆土高22.9 m，路面距箱涵底23 m，箱涵主要穿越地層亞砂土層，箱涵底的土層為松散細砂，地下水穩定水位為地面向下1.2 m。箱涵采用鋼筋混凝土箱涵，全長91.3 m，軸線與高速公路斜交夾角83°，箱涵一側接匝道處新建蓋板涵，另一側與既有溝渠連接，箱涵截面凈尺寸為2 m×2 m，頂板及側板厚1 m，底板厚1.2 m，箱涵采用預制吊裝，現場拼接頂推施工，按2 m一節進行預制，在工作坑內每1節進行一次頂推。箱涵首節為3 m長刃角，刃角由混凝土刃角及鋼刃角組成，待箱涵頂推到位后對刃角進行現澆補齊。見圖1、表1。

2" 施工流程

2.1" 邊坡及坡腳加固

2.1.1" 邊坡管棚加固

超前管棚的主要施工工藝為：管棚加工→操作平臺搭設→測量放樣→鉆機就位、校準→開設導向孔→管棚鋼管與鉆機連接→鉆進→清孔、注漿。

2.1.2" 測量放樣

鉆進施工前，測量組采用全站儀按照設計要求對管棚鋼管中心位置進行準確定位放樣，確保管線安全并保證頂管通道凈空，要求管節外輪廓外放300 mm為管棚中心。

2.1.3" 開設導向孔

大管棚施工利用出入口明挖基坑圍護樁作為管棚施工導向，在圍護樁上用水鉆打孔機開設導向孔，導向孔傾角滿足設計外插角范圍，導向孔中心應與管棚設計中心位置重合。

2.1.4" 鉆進

在進行管棚施工時，使用了非開挖導向和管鉆技術。通過專門的管棚導向設備，實時監測鉆進的角度，并在發現角度偏離時立即進行矯正，直到確保鉆入的長度達到預定的設計。

2.1.5" 注漿

當管道支架被成功設置之后，需要在其末端用閥門封住并確保無泄漏。灌漿所用的漿料為水泥漿料，按照從較低位置到較高位置的原則執行。先給1～2個管道注射漿料，施壓范圍設定在1～3 MPa，視具體情況而定，以獲得關于管道灌漿操作的實踐經驗，盡可能擴大漿料的散播區域，構建防護層。

2.2" 路基坡腳加固

箱涵頂推施工前應對路基邊坡進行加固防護，加固方式為在箱涵兩側及坡腳處打入1.0 m混凝土灌注樁。樁基需至少打入地面線以下6～10 m，具體長度可根據現場實際地質進行調整。主筋15根，間距18 cm，主筋采用直徑22 mm鋼筋。

頂推箱涵在下穿既有運營高速公路中的應用/向程彬，唐" 明，時瑤生

2.3" 始發工作井

為保證滿足頂推箱涵施工始發頂進的要求，工作井內空尺寸要求7.5 m×6.8 m；靠近路基坡腳側設置1.0 m厚的洞門墻，洞門尺寸為4.2 m×4.4 m。工作井兩側設置1.0 m厚混凝土墻。

2.4" 后靠背

箱涵頂進按照45 m+46 m設置中繼間，計算最大頂力2 911 t，為確保后靠背滿足頂推施工要求，采用1.5 m樁基+重力式臺+1.5 m厚的后背墻+50 mm厚鋼板的結構方式并形成整體。

2.5" 滑板

通過設置錨梁避免底部滑移，同時使用導向支墩確保推進方向得到精確控制。這些導向支墩是在底板制造之前以C20混凝土的形式預先構建的。此外，底板和后靠背之間采用了鋼筋混凝土結構連接，并借助了工作井和地基間的摩擦力增強后靠背的力量，并在底板布置了兩排間隔15 cm、直徑為12 mm的鋼筋網格。

2.6" 底部全斷面注漿

注漿的全斷面覆蓋范圍是箱涵外輪廓線兩側向外擴2 m，下部向外擴2 m，大約為8 m×3 m。使用的漿液是水泥和玻璃混合制成的雙液體，注漿的長度為90 m。頂推箱涵底部全斷面注漿分7個循環，45孔/循環。其中前6個循環注漿長度為15 m，剩余1個循環長度為6 m。

2.7" 頂推施工

2.7.1" 箱涵頂推施工

首次頂推前，應在箱涵尾部配重，配重重量為600 kN，頂推過程中嚴格控制開挖坡度，防止掘進面坍塌。“吃土頂推”是執行頂推工程時的基本原則，即確保箱涵的刃腳始終深入土壤之中，避免挖掘過程中出現刀口暴露的情況［1］。當實施頂推操作時，通過頂進系統推進鋼刃角及機器頭部，每次移動都伴隨著土體切割，并使用銑挖設備來清除廢棄物。待廢棄物被清掃干凈后，重新檢查支撐結構，然后繼續進行頂進動作，如此反復進行。開挖掘進面為斜坡，可有效地防止開挖面坍塌［2］。矩形鋼刃角+銑挖機可以全斷面機械開挖，超挖少，施工速度快，提高了施工的安全性、高效性和可靠性，最大限度地減少頂推施工過程中對道路和周邊建構物的擾動。如圖2所示。

2.7.2" 試頂

預先完成對于推進裝置的所有裝配調整工作，只有確認管道和其他相關部件沒有故障才能進入測試階段。通常情況下，會每個監測位置都設置專門的人員監控其動態。一旦開啟水泵并且壓力上升至5 MPa或10 MPa的時候必須立即停止運行并對異常現象作出反應。與此同時也要密切關注支撐面和平面的任何變動跡象。初始推力的設定約為混凝土結構自身重量的1/8，然后逐步增加，達到目標量度之前需保持一段時間靜止狀態以便讓工作人員檢測滑動表面、底部平面及其他相關的設施是否正常運作［3］。

2.7.3" 頂進施工

只有在涵身混凝土強度達到了設計的100%之后才能開始頂進，采取微型挖掘和較小的推移距離來實現這個過程。每一次頂進的深度應≤0.5 m，并且需要使用高壓力的液壓油泵來驅動千斤頂以產生推進的力量，從而使涵身向前移動。每完成一個推移階段，就需要把頂鎬從千斤頂和頂鐵之間的空間中取出，然后放入新的一塊頂鐵并將其緊緊地固定住。利用小型設備與人力結合的方式繼續挖掘，同時要保證在涵洞的前面和兩邊都按比例進行適當的斜坡處理，而且要在涵洞底部填充20 cm厚的土壤。工序如圖3所示。

3" 施工工序質量控制要點

3.1" 工作坑開挖

施工作業區域是涵身的制作與推進位置，其前沿靠近現有軌道，尾部則需配置運輸泥土的路徑、支撐物等設施，挖掘面積的大小取決于涵身大小，邊坡的高度會依據挖掘深淺度和地層性質來設定，同時要確保有高效的水流排放設備和防護墻體設計，并且還要考慮地下水的具體高度以實施降低水位的策略，使之保持在基礎底部下方至少1 m的位置。

3.2" 滑板施工

滑板為涵身預制及臨時存放的平臺，滑板的中心線必須和涵身就位后的中心線在同一條直線上，滑板標高根據涵身底面標高確定。為了確保在頂進過程中涵身和滑板能夠順利分離，對底板的表面平整度需求較高，在2 m長度范圍內平整度≤5毫米。底板上設置滑動層，并在后續施工時需謹慎保護其完整性，以免與涵身粘連并導致無法分離。滑板和后背設置L形連接鋼筋，設置地錨梁，增大滑板的摩擦力，確保滑板與涵身順利分離。

3.3" 后部施工

在工作坑的后部，設置一個臨時結構物來抵抗頂進反力。這種結構需要具備足夠的強度、剛性和穩定性。為了實現安全可靠并且便于拆卸，以及節省成本，后部結構物的建造必須充分利用地形和地物，根據地理環境做出適當調整。

3.4" 頂進設備的安裝

千斤頂數量根據涵身需求的最大頂力和千斤頂最大頂力計算，千斤頂以涵身中心線為軸對稱設置。在頂鎬與涵身之間墊放一塊承壓鋼板，以防止涵身底板局部受壓而壓碎。由于千斤頂在頂進過程中可能出現故障，需要備用與作業數量相同的千斤頂，并且要配置充足的頂鐵、頂柱、固定橫梁等傳力設備。

3.5" 頂進

在涵身頂進之前，需執行預頂試驗，以確保頂進裝置的運行狀態良好且頂推力量分布均衡，同時也要觀察后部、滑板以及涵身的狀況是否有任何異常情況，并且要確認涵身能否順暢地從滑板上脫離。經過測試無問題后，才可以進入正常的涵身頂進過程［4］。在頂進過程中應定期監測路面基礎、涵身以及后部的情況，一旦檢測出問題立刻終止操作，找出問題的根源并實施相應的補救手段。頂進過程中要勤測量，在出現偏差時及時采取糾偏措施，對偏差進行逐步調整，以保證涵身準確就位。

4" 經濟效益對比分析（表2）

采用全自動液壓系統頂推箱涵，實現了箱涵下穿高速公路時避免對原有高速公路的開挖破壞，大幅減少了工程量。其高度自動化的機械施工極大程度地減少了人為的不確定因素，不僅機械操作更加簡便，能夠保證施工質量，也保障了施工安全，節省了人力物力，還能有效地保證現場的施工進度。此工藝在技術、精確度、人力、施工進度、經濟效益各個方面都有很大的優勢。

5" 結語

為了在不封閉交通、不導改的情況下進行頂推箱涵下穿高速公路施工，本研究提出了一種高效、安全的施工方案。該方案充分整合現有資源，利用先進技術手段，確保施工質量和交通安全，同時避免對高速公路的正常運營造成影響。此方案不僅提升了施工效率，而且顯著降低了對周圍環境和交通的影響，具有重要的實用價值和社會意義。這一研究為類似工程提供了有益的參考，為推動相關領域的技術進步和工程實踐提供了有力支持。在廣西區內山嶺重丘區高速公路改擴建施工項目中有較大的實用性。

［1］李志偉.淺埋大斷面公路箱涵頂推施工技術［J］.施工技術，2008，37（7）：23-26.

［2］陳勇華，顏炳仁，張修和.一種鋼刃角入土頂進箱涵裝置及施工方法［P］.中國：CN201710075789.0，2024.

［3］姜立芝，李繼長，將傳華.鋼刃角改進探討［J］.山東水利，2003（8）：40.

［4］潘國榮，宋蘊璞，李懷鋒，等.箱涵頂進置換管幕頂推過程自動測量技術研究［J］.大地測量與地球動力學，2012，32（2）：78-81.

20240414