箱涵下穿高速公路頂進(jìn)施工關(guān)鍵技術(shù)

侯有權(quán) 張新海 孫夫強(qiáng)

(1．張家口市地方道路管理處，河北張家口 075000;2．北京方達(dá)工程管理有限公司，北京 100044;3．北京交通大學(xué)，北京 100044)

1 工程概況

南水北調(diào)中線1期工程天津干線天津市1段工程施工TJ5-2標(biāo)段。設(shè)計(jì)流量為45 m3/s，加大流量為55 m3/s。為3孔4．4 m×4．4 m鋼筋混凝土箱涵。樁號(hào)為135+759～136+167，全長(zhǎng)408 m，其中頂進(jìn)箱涵長(zhǎng)度為72 m。與京滬高速公路交匯里程為DK93+600。

2 工程地質(zhì)

本標(biāo)段地勢(shì)平坦，地面高程4．8 m～4．9 m，地層均為第四系松散堆積物，由老至新簡(jiǎn)述如下:

①全新統(tǒng)下段。

沖積堆積:勘探深度范圍內(nèi)以淺黃、桔黃色壤土為主，粘土次之，頂板埋深一般13．0 m ～14．0 m。

②全新統(tǒng)中段。

a．淺海堆積:由灰色、淺灰色壤土組成，含有機(jī)質(zhì)及貝殼碎屑，具有微細(xì)層理，個(gè)別夾砂壤土薄層，厚2 cm左右。該層層厚一般3．8 m ～4．4 m，頂板埋深一般9．3 m ～9．9 m，分布連續(xù)穩(wěn)定。

b．湖沼堆積:由灰黑色、灰綠色、灰黃色等粘土組成，局部分布淤泥質(zhì)粘土透鏡體，含銹斑及有機(jī)質(zhì)，可見小的平卷螺和尖臍螺。一般層厚3．8 m～4．6 m，最大厚度5．8 m。頂板埋深一般3．6 m ～4．4 m。該層分布連續(xù)。

③全新統(tǒng)上段。

沖積堆積:巖性以黃褐色、灰黃色砂壤土為主，該層厚度一般3．6 m ～4．4 m。

3 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

1)穿越施工采用管幕支護(hù)、箱涵頂進(jìn)施工工藝技術(shù)，為保證京滬高速公路的安全運(yùn)行，對(duì)施工前期的策劃、技術(shù)儲(chǔ)備、施工過程的嚴(yán)密控制都提出了很高的要求。

2)穿越施工中頂進(jìn)坑、接收坑的支護(hù)工程是本工程的重點(diǎn)。施工過程既要保證垂直開挖時(shí)圍護(hù)樁的穩(wěn)定，又要保證京滬高速路的運(yùn)行安全。

3)降排水是本工程順利施工的首要問題。施工區(qū)域地下水埋藏較淺，含水量豐富，為基礎(chǔ)邊坡的穩(wěn)定以及施工干場(chǎng)作業(yè)帶來困難。

4)工期短，工序較多，必須采取嚴(yán)密的施工進(jìn)度安排，才能保證按合同工期完成。

4 箱涵頂進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)

4．1 管幕支護(hù)技術(shù)

箱涵穿越京滬高速公路段采用大管幕超前支護(hù)。箱涵四周鋼管幕設(shè)計(jì)使用φ970mm鋼管，管幕施工是關(guān)鍵工序，與頂進(jìn)段箱涵預(yù)制平行施工。管幕工作坑位于高速公路東側(cè)，而箱涵工作坑位于高速公路西側(cè)，箱涵預(yù)制和鋼管帷幕可以同時(shí)施工。φ970 mm鋼管采用泥水平衡掘進(jìn)機(jī)為先導(dǎo)頂進(jìn)，施工順序是先頂排、后兩側(cè)、再底排。

4．2 施工降水技術(shù)

4．2．1 基坑降水

根據(jù)施工圖地質(zhì)資料顯示，本工程區(qū)地下水為第四系孔隙潛水，主要賦存于第四系全新統(tǒng)粘性土地層中，地下水埋深1．2 m～2．8 m。因此，地下水對(duì)渠道段開挖影響較大;必須降低地下水水位保證基坑干場(chǎng)作業(yè)。

4．2．2 降水井布置

施工過程中以大口井降水為主，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)明排的方式進(jìn)行降水。為達(dá)到最佳降水效果，在馬道位置各打設(shè)一排大口井，對(duì)稱于基槽中心線，兩排井的軸線距離約38．2m，單排井距15m，上井口最終設(shè)在二級(jí)馬道高程上，大口井在表層土方開挖完成后的高程上鉆設(shè)，用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成井。大口井的結(jié)構(gòu)選用無砂混凝土管井壁，設(shè)計(jì)井管內(nèi)徑300 mm，井管底部外壁包一層200 g/m2土工布，其外井身填級(jí)配濾料，每個(gè)井內(nèi)配置一臺(tái)2寸潛水泵抽取井內(nèi)滲水，潛水泵出水用φ50膠管放在邊坡上就近將滲水經(jīng)進(jìn)水口排放到基坑外側(cè)的排水溝內(nèi)。

4．3 滑板及后背

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，滑板采用25 cm厚C30混凝土，內(nèi)置鋼筋網(wǎng)。滑板混凝土澆筑到位進(jìn)行拉毛，以利于抄平層粘結(jié)，抄平層抹后平整度要求不大于3 mm。潤(rùn)滑隔離層的作用是防止箱涵與滑板粘連并起到潤(rùn)滑作用以減小頂力。常用石蠟摻入機(jī)油作隔離層，施工繁瑣，本基坑采用兩油一氈一布作潤(rùn)滑隔離層。

4．3．1 滑板施工技術(shù)

基坑滑板制作后退5 m，為管幕施工留出5 m接受坑位置，待管幕施工結(jié)束后，用灰土回填接受坑補(bǔ)齊滑板?；邋^梁溝槽采用人工開挖，與工作坑開挖交叉進(jìn)行，滑板設(shè)1．5‰上坡前端標(biāo)高與橋體底板底標(biāo)高相同。工作坑開挖結(jié)束后對(duì)工作坑土質(zhì)進(jìn)行注漿加固，并在工作坑內(nèi)設(shè)置標(biāo)高控制網(wǎng)，間距2 m，以便使用刮杠找平，滑板采用25 cm厚C30混凝土，內(nèi)置鋼筋網(wǎng)?；寤炷翝仓轿缓筮M(jìn)行拉毛，以利于抄平層粘結(jié)，抄平層抹后平整度要求不大于3 mm?；鍧仓戤吅?，在滑板兩側(cè)設(shè)排水溝，以排除雨水?；寤炷翉?qiáng)度達(dá)到2．5 MPa后，再施作潤(rùn)滑隔離層，先涂一層黃油后，粘鋪一層油毛氈，再涂黃油鋪塑料布，防止綁扎鋼筋時(shí)損壞隔離層，灌注混凝土?xí)r出現(xiàn)漏漿，造成啟動(dòng)困難。

4．3．2 后背施工技術(shù)

后背設(shè)計(jì)承受頂力為不小于3 300 t。

后背樁采用雙排φ1．2 m灌注樁，樁距1．40 m，基坑開挖前已施工完畢，樁后是水泥攪拌樁止水帷幕。后背梁采用設(shè)計(jì)尺寸:寬×高×厚=20 m×2 m×1 m，為C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，后背梁緊貼后背樁澆筑，將后背梁與滑板連為一體，防止滑板跟進(jìn)。

4．4 箱涵頂進(jìn)技術(shù)

4．4．1 頂進(jìn)施工方法

箱體預(yù)制成型后，當(dāng)框架主體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再進(jìn)行正式頂進(jìn)作業(yè)，箱橋的頂進(jìn)采用吃土頂進(jìn)法施工，邊頂進(jìn)邊出土，箱體底、側(cè)、頂刃腳始終吃土頂進(jìn)。

4．4．2 頂進(jìn)設(shè)備及頂鎬布置

1)根據(jù)設(shè)計(jì)頂力(設(shè)計(jì)頂力比計(jì)算頂力大)布置千斤頂，設(shè)計(jì)頂力:第一節(jié)最大頂力為2 800 t，第二、三、四節(jié)最大頂力為3 000 t，后背梁最大頂力3 300 t。中繼間兩端留有3．5 m鎬窩，可以安裝7臺(tái)頂鎬，每個(gè)鎬窩安放5臺(tái)500 t頂鎬(預(yù)留7臺(tái)位置)，每個(gè)中繼間10臺(tái)，使用一臺(tái)高壓油泵加壓供油，一臺(tái)高壓油泵可以為幾個(gè)中繼間頂鎬供油，通過分配法調(diào)節(jié)。

2)中繼間的千斤頂安裝，在安裝前先在槽內(nèi)鋪塑料布，防止液壓油泄露到混凝土表面。千斤頂放置在槽內(nèi)，固定時(shí)一定要將千斤頂?shù)牡鬃c預(yù)埋件表面相平行，然后在千斤頂和預(yù)埋件之間塞上鋼板使之沒有縫隙，安裝完畢后在放置千斤頂?shù)奈恢糜靡炎龊玫匿摪迳w上，防止箱涵內(nèi)的土掉入槽內(nèi)，以利于車輛通行。

3)頂鎬與頂鐵之間安放一道分配橫梁，保證頂鐵共同受力，分配橫梁用55號(hào)工字鋼平臥安放，并用鋼板焊成整體;頂鐵與后背之間也應(yīng)安放一道橫梁，以便后背梁受力更均勻，頂鐵位于分配橫梁和后背之間，臥放在滑板上，它的不斷接長(zhǎng)使箱身不斷前移。頂鐵用鋼軌作成 10 cm，20 cm，30 cm，60 cm，120 cm，200 cm及400 cm七種不同長(zhǎng)度;為保持頂鐵的穩(wěn)定，分隔6m～8 m設(shè)一道橫梁，以提高頂鐵整體穩(wěn)定性，橫梁安設(shè)在已換成長(zhǎng)頂鐵的固定段內(nèi)。

4．4．3 頂進(jìn)作業(yè)

為了加快進(jìn)度、減少頂進(jìn)流程，箱涵頂進(jìn)優(yōu)先四節(jié)一起頂進(jìn)，只有頂力太大威脅后背安全時(shí)或方向出現(xiàn)偏移糾正困難時(shí)才啟用中繼間頂進(jìn)，首先啟用第一道中繼間頂進(jìn)，中繼間啟用越少頂進(jìn)效率越高。流程見圖1。

圖1 箱涵頂進(jìn)流程

4．4．4 涵內(nèi)出土

1)箱涵為一箱三室結(jié)構(gòu)，每室孔徑4．4 m×4．4 m，空間太小不能使用大型機(jī)械作業(yè)，每箱內(nèi)使用一臺(tái)0．3 m3微型挖掘機(jī)挖土和3 m3裝載機(jī)運(yùn)土，自制背鍋運(yùn)土。

2)在挖土過程中一定要控制好挖土量和掌子面坡度。保持吃土頂進(jìn)，始終保證鋼刃腳對(duì)土體的支撐作用。每次頂進(jìn)量和挖土量要一致，不得超挖。

3)開挖面含水量大時(shí)會(huì)影響前端土體自穩(wěn)性，需要在開挖面上設(shè)置水平的排水管。排水管采用φ108鋼管，鋼管上交錯(cuò)布設(shè)滲水孔。

4)開挖面遇到砂質(zhì)土?xí)r，由于自穩(wěn)性差無法保持開挖面穩(wěn)定，采用超前小導(dǎo)管注漿法加固開挖面，導(dǎo)管使用φ42鋼管，每次加固長(zhǎng)度可達(dá)3 m～5 m，漿體采用水泥—水玻璃混合漿。導(dǎo)管與孔口處采取密封措施進(jìn)行壓力注漿，使?jié){體向孔外擴(kuò)散。初凝后拔出導(dǎo)管。

4．4．5 測(cè)量控制

箱身中線的控制，在箱涵內(nèi)頂板上標(biāo)出中線標(biāo)記，安裝上測(cè)量靶盤，在箱身前后中線延長(zhǎng)線上設(shè)固定觀測(cè)控制點(diǎn)，控制點(diǎn)不少于4個(gè)，觀測(cè)時(shí)以固定中線點(diǎn)核對(duì)箱身上的中線位置判斷其方向偏差。

箱身高程采用水準(zhǔn)儀控制。在頂進(jìn)前在每節(jié)箱涵內(nèi)四角頂?shù)装逶O(shè)觀測(cè)點(diǎn)，在頂進(jìn)前測(cè)好原始記錄，以此作為箱涵標(biāo)高變化依據(jù)。

糾偏的決策來源于測(cè)量數(shù)據(jù)，每頂一鎬必須進(jìn)行方向和標(biāo)高測(cè)量。用經(jīng)緯儀、水平儀測(cè)量頂進(jìn)過程中箱體位置和標(biāo)高偏差，提前放出箱體就位線，做好箱體頂進(jìn)記錄。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)繪制頂程與頂力關(guān)系曲線和頂程與方向高差的關(guān)系曲線，用控制圖控制頂進(jìn)質(zhì)量。

5 施工控制及預(yù)防措施

要使箱身頂進(jìn)方向不致偏斜，布置千斤頂時(shí)應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)箱身正交情況計(jì)算的千斤頂布設(shè)位置進(jìn)行布設(shè)，使千斤頂合力作用線與道路中線平行，并與箱身阻力的作用線重合。

1)在滑板上頂進(jìn)時(shí)，為了防止箱涵方向偏移，在箱涵兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置20個(gè)導(dǎo)正墩，保證箱涵進(jìn)洞前軸線不發(fā)生偏移。

2)在頂進(jìn)過程中，方向由首節(jié)箱涵控制，在正常頂進(jìn)時(shí)保持所有千斤頂同時(shí)頂進(jìn)，當(dāng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)可以調(diào)節(jié)相應(yīng)位置千斤頂數(shù)量和時(shí)間來調(diào)整箱涵方向，比如首節(jié)箱涵發(fā)生向右偏轉(zhuǎn)，在箱涵頂進(jìn)時(shí)就可以先開中繼間右側(cè)的千斤頂頂進(jìn)，進(jìn)行糾偏。用定位儀器測(cè)量糾偏是否有效，如果箱涵正位后就可以啟動(dòng)其他千斤頂同時(shí)頂進(jìn)。當(dāng)首節(jié)頂進(jìn)結(jié)束一個(gè)行程時(shí)，其后兩節(jié)箱涵跟進(jìn)，在后兩節(jié)箱涵頂進(jìn)時(shí)首節(jié)箱涵的前方挖土工作可以一直繼續(xù)。

3)在箱涵的頂進(jìn)過程中測(cè)量?jī)x器要隨時(shí)監(jiān)測(cè)頂進(jìn)時(shí)的位移情況，發(fā)現(xiàn)偏移要隨時(shí)糾偏。箱體完全進(jìn)入土體后單靠千斤頂調(diào)節(jié)往往效果不佳，糾正方向時(shí)需要挖土配合，如箱體左偏時(shí)左側(cè)箱體多挖土，減少左側(cè)底板、側(cè)墻吃土量，使左側(cè)箱體頂進(jìn)快于右側(cè)，反之亦然。

4)首節(jié)箱涵進(jìn)土后要及時(shí)開始注漿以減少摩擦力。

6 結(jié)語(yǔ)

采用該方法施工，有效減少了地層擾動(dòng)，控制了路面沉降，箱涵頂進(jìn)施工順利，其位置、高程均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，保證了施工質(zhì)量和施工安全。

［1］商海明．下穿鐵路地道橋頂進(jìn)施工技術(shù)［J］．山西建筑，2011，37(32):155-156．