高速公路盾構(gòu)法施工研究

鄧　鯤

[摘要]盾構(gòu)法可以有效的保證施工過(guò)程中高速公路路面的平整度和整體穩(wěn)定性，因而得到廣泛應(yīng)用。詳細(xì)闡述高速公路工程盾構(gòu)主要施工工藝、工藝流程，并對(duì)框架頂進(jìn)進(jìn)行精確地計(jì)算，事實(shí)證明，本施工方案正確，施工工藝先進(jìn)，計(jì)算準(zhǔn)確無(wú)誤。

[關(guān)鍵詞]盾構(gòu)頂進(jìn)施工施工工藝

中圖分類號(hào)：TU7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671-7597(2009)0610105-02

為了施工能順利安全進(jìn)行，建設(shè)方、設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)控方、交警、路政部門經(jīng)過(guò)多次研討和論證，決定長(zhǎng)沙市環(huán)保大道下穿京珠高速公路地道橋施工采用盾構(gòu)法施工。

一、工藝流程

長(zhǎng)沙市環(huán)保大道下穿京珠高速公路地道橋主要工藝流程見(jiàn)圖1。

二、主要施工工藝

(一)工作坑的施工

工作坑置于京珠高速公路西側(cè)，工作坑作為地道橋預(yù)制和鋼構(gòu)件設(shè)備的加工場(chǎng)地，按設(shè)計(jì)斜交角度布置。路基施工清淤清表后達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，工作坑土方采用挖掘機(jī)挖土、汽車運(yùn)土，一部分土方置于后背上分層碾壓，多余土方外棄；在工作坑兩邊分別挖掘一條排水溝，溝底標(biāo)高低于工作坑0.5m：工作坑邊坡坡比為1：1，在工作坑兩對(duì)角處各設(shè)一深2m的集水井，并澆灌混凝土護(hù)壁防止土方塌落，每個(gè)集水井中至少安裝兩臺(tái)中50抽水泵隨時(shí)排水，保證工作坑內(nèi)呈無(wú)水狀態(tài)。

(二)滑板的制作

滑板長(zhǎng)50.0m，寬18m，基底換填后，再灌注40cm厚的C25鋼筋混凝土滑板：在滑板底部設(shè)置寬0.4m，高0.35m，長(zhǎng)與混凝土滑板寬相同的縱向及橫向混凝土錨梁，間距為2.0×2.0m。框架底順向的錨梁中預(yù)埋十根12.5m的P50舊鋼軌，其中8.5m伸入滑板底，其余伸入后背墻內(nèi)使底板與后背連成一個(gè)整體；滑板混凝土中鋪設(shè)一層φ10@15×15cm的鋼筋網(wǎng)；滑板面按縱向2米格操作，以保證滑板面的平順。為防止箱體重心在頂進(jìn)過(guò)程中離底板時(shí)易扎頭，滑板面做成差，在底板兩側(cè)設(shè)導(dǎo)向墩，導(dǎo)向墩與底板同時(shí)灌溉；滑板面從下至上依次為混凝土原漿抹面、3mm厚滑石粉一層、5mm厚石蠟(摻25％機(jī)油)一層、塑料薄膜三層，塑料薄膜必須保證完好無(wú)損，搭接時(shí)必須重疊1／3塊，以防灌注箱體混凝土?xí)r損壞。

(三)框架的預(yù)制

框架的制作分為三個(gè)工程：鋼筋工程、模板工程以及混凝土灌筑工程。

1、鋼筋工程。框架鋼筋布置嚴(yán)格按框架鋼筋布置圖注明的排列順序循環(huán)配置；鋼筋布置時(shí)要確?；炷羶舯Ｗo(hù)層厚3—5cm，框架橋強(qiáng)身部位的水平鋼筋先間隔綁扎，隨混凝土灌注時(shí)再逐一綁上，便于混凝土的震搗；箱身底板鋼筋焊接時(shí)應(yīng)在施焊地點(diǎn)鋪設(shè)一塊石棉板，隨著焊接位置而移動(dòng)，以免燒壞塑料薄膜隔離層。

2、模板工程。為保證框構(gòu)外形尺寸準(zhǔn)確、線條平直和混凝土內(nèi)實(shí)外美，內(nèi)外模板均采用1.5m×0.9m的大塊鋼模，邊墻倒角采用特制的整塊角模，以保證混凝土灌溉質(zhì)量和外觀；模板支架采用鋼管支柱式支撐，左右前后間距為1m，柱子間上下縱橫平撐各三道，縱橫剪刀撐一道。每一塊模板設(shè)2根φ14的對(duì)拉鋼筋將內(nèi)外側(cè)支撐鎖緊，確保模板支立直順平整，不出現(xiàn)鼓肚、錯(cuò)茬現(xiàn)象。

3、混凝土灌筑工程?？蚣苌砘炷翝仓秩芜M(jìn)行施工：第一層澆筑框構(gòu)底板到邊墻倒角上高5cm處，第二層澆筑至框構(gòu)上倒角下5cm處，第三層澆筑框構(gòu)上倒角下5cm處以上邊墻及頂板；框架身C30混凝土(抗?jié)B等級(jí)為S6)采用商品混凝土泵送，并按試驗(yàn)配合比摻入早強(qiáng)劑以縮短工期，插入式震動(dòng)棒搗固；框架邊墻的施工縫不設(shè)在同一水平線上，施工縫在下一層混凝土灌筑前必須鑿毛、沖洗干凈再灌筑一層與混凝土同標(biāo)號(hào)的砂漿后，才能灌筑下層混凝土，以利施工縫處混凝土的結(jié)合；澆灌混凝土前嚴(yán)格檢查模板與鋼筋以及預(yù)埋件、施工平臺(tái)、抗剪力鋼搭樺等預(yù)埋件的位置與數(shù)量，征得現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理認(rèn)可后才澆灌。澆灌混凝土?xí)r為防止內(nèi)外層主鋼筋變形，確保內(nèi)外層主筋的間距和混凝土的保護(hù)層厚度，預(yù)板底模的拆除是在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的8096后才進(jìn)行的。

在框架的中繼間及前端進(jìn)行預(yù)埋，以便“鋼盾構(gòu)”的安裝及中繼間的制作需要，由于本地道橋箱體為斜交，為了施工頂進(jìn)的可行性，所以在箱體預(yù)制的同時(shí)在箱體的尾端制作一三角形混凝土底板，配筋同箱體一致，與箱體連成一個(gè)整體。

(四)地基梁的制作

在頂進(jìn)施工過(guò)程中，為防止頂進(jìn)出口時(shí)由于頂板的摩擦力過(guò)大而帶動(dòng)公路的整體位移及路面的局部拉裂，從而導(dǎo)致高速公路開裂變形影響行車安全，因此在地道頂進(jìn)之前在高速公路東面坡頂并高于地道橋頂標(biāo)高位置設(shè)計(jì)了一地基梁，以防作用的摩擦力過(guò)大而對(duì)公路帶來(lái)的破壞性。地基梁設(shè)計(jì)長(zhǎng)×寬×高為：32米×0.8米×1.5米。順高速公路縱向布置，地基梁采用C25鋼筋混凝土澆注。鋼筋籠主筋采用φ25@15×15cm布置。

(五)中繼間施工

本地道橋采用中繼法頂進(jìn)施工，在項(xiàng)進(jìn)作業(yè)的過(guò)程中，為防止箱體以外的路基土方流失而形成空洞及凌空面，中繼間寬度設(shè)置為0.75米：在兩個(gè)中繼間的箱體外側(cè)預(yù)埋及安裝＆16mm鋼板設(shè)置在前節(jié)箱體上做為擋板，鋼板寬度均設(shè)置為2.75米，中繼間底鋼板后節(jié)與前節(jié)箱體必須進(jìn)行相互搭接，后節(jié)箱體底鋼板長(zhǎng)度為1.75米，與后節(jié)箱體施工時(shí)預(yù)埋焊接形成一個(gè)整體，在頂推施工過(guò)程中中繼間底板的摩擦為鋼板與鋼板的摩擦，最大限度地減少施工頂進(jìn)的阻力，為防止中繼間頂進(jìn)過(guò)程中箱體節(jié)與節(jié)之間的錯(cuò)位，因此在施工箱體混凝－E，時(shí)預(yù)埋一定數(shù)量的限位導(dǎo)向架(采用工29a工字銅作材料)。

(六)后背施工

本方案采用后背墻重力式后背。其組成為挖孔樁、混凝土后背墻、分配梁、后背填土三部分。后背填土盡量加高及延長(zhǎng)，并且分層夯實(shí)壓密，以保證填土內(nèi)摩擦角大于300：滿足頂進(jìn)反作用力的需要。頂進(jìn)完成后，將其機(jī)械拆除，保證路基施工不受影響。

(七)減阻與潤(rùn)滑

減阻和潤(rùn)滑的對(duì)象是框構(gòu)，給框構(gòu)頂板、框構(gòu)邊墻和框構(gòu)底板潤(rùn)滑，以減小頂進(jìn)阻力。

1、框構(gòu)頂板的減阻與潤(rùn)滑：為防止磨損，減少阻力，并防止頂進(jìn)帶動(dòng)路基，使之與土體不摩擦，在箱框頂部沿項(xiàng)進(jìn)軸線上間隔設(shè)置扁鐵，前端與鋼構(gòu)群相焊接，后端懸掛于箱框頂板尾端，由于頂進(jìn)距離較長(zhǎng)，為了減少頂進(jìn)阻力，在每座箱框頂部均拖掛5mm厚鋼板與掘進(jìn)機(jī)構(gòu)等寬、同長(zhǎng)并隨箱框運(yùn)動(dòng)，使盾構(gòu)與箱框上部混凝土不與土層接觸，在拖板以下推進(jìn)，達(dá)到減少推進(jìn)摩擦阻力和有效保護(hù)地道箱體的作用。并采用在頂板的拖板頂涂抹黃油及油泥的辦法來(lái)盡量減阻。當(dāng)拖板穿過(guò)路基時(shí)用氧焊割斷，使拖板不再隨框箱的推進(jìn)而運(yùn)動(dòng)，同時(shí)保證了已穿公路路基的穩(wěn)定，有效地防止公路的橫移與沉降。

2、框構(gòu)邊墻和底板的減阻與潤(rùn)滑：基礎(chǔ)開挖后，在未頂進(jìn)之前，噴射或涂抹一定的潤(rùn)滑劑以減阻；邊墻減阻采用涂抹油泥的方法以減少摩擦，并且邊墻在頂進(jìn)入土之前首先進(jìn)行邊墻涂抹潤(rùn)滑劑處理。在中繼間底

板設(shè)置潤(rùn)滑油注入盒，底鋼板開小孔，將潤(rùn)滑油盒安裝在小孔之上，每一行程時(shí)讓潤(rùn)滑油自動(dòng)流入路基，有效地進(jìn)行了減阻。

(八)頂進(jìn)基礎(chǔ)的檢查與處理

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的勘測(cè)情況以及處理圖紙，對(duì)地質(zhì)情況的勘測(cè)不明確，故無(wú)法對(duì)地基情況作準(zhǔn)確無(wú)誤的判斷，但知道地基承載力低很容易引起栽頭，因此對(duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行了適當(dāng)處理，處理方法為：在開挖基礎(chǔ)的過(guò)程中，把C30混凝土分批預(yù)制好成60×50×100cm的方塊，基礎(chǔ)開挖完成后立即進(jìn)行置換，留下的空洞部分用細(xì)砂加入滑石粉滿鋪，并讓頂進(jìn)箱體及“鋼盾構(gòu)”殼帶砂前進(jìn)，可有效處理基礎(chǔ)及防止“栽頭”；對(duì)于特殊情況，還打入一定的木樁以擠密地基的方法加以處理；每行走一米取樣均做了路基承載力試驗(yàn)，做到了發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行有效預(yù)防及處理。

基底清出整平后，仔細(xì)檢查地基土層性質(zhì)，地基承載力滿足應(yīng)力要求。施工中基底有水，及時(shí)作好基底排水及降水，不帶水頂進(jìn)。

基底開挖的標(biāo)高原則上同框構(gòu)底板保持一致，但根據(jù)框構(gòu)頂進(jìn)后的高程情況進(jìn)行超欠處理，以達(dá)到糾偏的目的。

三、框架頂進(jìn)

前面所做的一系列工作都是為了整個(gè)框架頂進(jìn)工作能順利進(jìn)行。本工程采用盾構(gòu)法頂進(jìn)施工，它屬于切削泥土，人力定位出土，帶公路坡比頂進(jìn)，掘進(jìn)時(shí)，各掘進(jìn)機(jī)構(gòu)相繼推進(jìn)20cm后，將鋼架橋底板前滯后的坡比土轉(zhuǎn)出相同距離，并推進(jìn)框架為一工作循環(huán)，轉(zhuǎn)運(yùn)土方與頂進(jìn)工作循環(huán)交替進(jìn)行。上部土方由掘進(jìn)機(jī)構(gòu)前刃切割下落?？蚣茼斶M(jìn)施工主要有以下幾個(gè)方面：

1、施工及頂進(jìn)掘土。

2、試頂作業(yè)。正式頂進(jìn)施工前。進(jìn)行了試頂作業(yè)是非常必要的，做好路基的檢查、頂進(jìn)設(shè)備的檢查；將油壓頂布置在框架尾部底板上，安裝頂柱、液壓油泵，調(diào)試液壓系統(tǒng)，檢查千斤頂功能無(wú)異常，管路沒(méi)有泄露，逐步加大油壓力推動(dòng)箱身，測(cè)定起動(dòng)力，有效的檢查后背和公路路基的變化情況是否正常。

3、傳力柱的制作及接長(zhǎng)傳力柱。由于施工水平頂力較大，利用千斤頂較多，頂進(jìn)距離又長(zhǎng)，情況比較復(fù)雜，所以傳力柱數(shù)量較多，總長(zhǎng)約24×60=1440米：框構(gòu)頂進(jìn)每走一個(gè)循環(huán)后，接長(zhǎng)傳力柱，頂進(jìn)距離較長(zhǎng)，約50米，傳力柱的穩(wěn)定性顯得尤為重要，如果處理不當(dāng)很容易發(fā)生起拱、頂拱等情況，甚至引起傷人事故。因此，在實(shí)際操作中，箱體頂進(jìn)一定的長(zhǎng)度后，在頂進(jìn)后座的頂鐵處覆蓋了土方并加以壓實(shí)，解決了傳力柱穩(wěn)定性的問(wèn)題。

4、頂進(jìn)糾偏。左右糾偏為利用油頂非均勻布置來(lái)完成，在頂進(jìn)過(guò)程中，盡量使整個(gè)框架受力均勻，左右頂進(jìn)保持一致，保持做到兩側(cè)土壓力均衡，勤觀測(cè)和檢查，找出偏差趨勢(shì)和出現(xiàn)偏差原因，及早處理；降坡為鋼構(gòu)支撐架底板下超挖控制，爬坡采用木樁或鹼塊，由盾構(gòu)座的升降控制適合于硅箱框的尺寸高程。頂進(jìn)時(shí)要做好中線和水平的控制：

(1)中線的控制。在頂進(jìn)過(guò)程中，油頂按框構(gòu)受力的軸線均勻布置于框架底板尾部，使整個(gè)框架受力均勻，左右頂程保持一致，挖土?xí)r兩側(cè)保持對(duì)稱，兩側(cè)土壓力基本均衡。頂進(jìn)時(shí)勤觀測(cè)和檢查，出現(xiàn)了偏差趨勢(shì)則找出偏差原因，及早進(jìn)行處理，處理的方法是(以沿頂進(jìn)方向?yàn)闇?zhǔn))：當(dāng)左則偏移時(shí)，千斤頂?shù)淖髠?cè)緩慢頂進(jìn)，而右側(cè)的千斤頂鎖定油壓，直到符合測(cè)量的中線為止，右側(cè)則相反：

(2)水平控制。在頂進(jìn)過(guò)程中控制好底部基礎(chǔ)的挖土，防止“抬頭”和“扎頭”的現(xiàn)象，當(dāng)出現(xiàn)“抬頭”時(shí)，采用超挖的方法進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)出現(xiàn)“扎頭”時(shí)，采用欠挖基礎(chǔ)上方或通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行一定的處理，并采用調(diào)節(jié)前盾構(gòu)座底板的挖土來(lái)消除出現(xiàn)的偏差。