曹 勇
(朔州路橋建設(shè)有限責(zé)任公司,山西 朔州 036000)
箱涵頂進法可充分發(fā)揮空間的立體作用,促進城市交通網(wǎng)的建設(shè)。目前,箱涵頂進法解決了多處下穿工程的施工難題,但施工技術(shù)難度高,過程十分繁瑣,必須控制住施工對上部結(jié)構(gòu)和建筑物的影響。箱涵頂進施工的沉降量監(jiān)測和實時定位仍值得進行關(guān)注。因此,結(jié)合箱涵頂進施工具體項目,深入分析箱涵頂進施工中存在的沉降和定位問題,并有針對性地采取了一系列措施,避免施工對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負面作用。
在下穿工程中,基坑往往只在既有建筑的一側(cè)開挖。隨著開挖深度的加深和面積的擴大,基坑周圍會因地下水結(jié)構(gòu)、土層受力、施工設(shè)備的影響而發(fā)生沉降、偏移、塌陷。在基坑開挖的過程中,必須采用圍護樁進行人工圍護,以鉆孔注漿的方式控制基坑對地表變形的影響。但這些保護措施也無法對冠梁的水平、垂直位移,基坑周邊的地表沉降以及基坑內(nèi)外水位變化進行精確地控制,一旦超過形變報警值就會對既有路基產(chǎn)生不可挽回的影響。
滑板是箱涵頂進的潤滑層,與基坑底直接相連;后背梁位于基坑后部,為箱涵頂進提供作用力。二者相互配合便可將箱涵頂進,完成下穿任務(wù)。本工程滑板沿頂進方向設(shè)定0.2%縱坡,后背梁采用整體澆筑式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),后靠分配梁,與滑板相連,構(gòu)成倒三角整體,以保證推進速度可控,方向可控。但是,在頂進的整個過程中,路基沉降變化未知、經(jīng)過鐵路的車次未知、出土速度也存在不確定性。這些情況使滑板與后背梁操作復(fù)雜化,多次調(diào)節(jié)中的操作不當(dāng)很容易影響到推進方向及速度,引發(fā)地上局部區(qū)域意外沉降。
在頂進過程中,實時跟蹤定位十分關(guān)鍵,對技術(shù)的要求十分高。邊挖邊頂進是常用的施工方式,其難點在于出土速度與頂進速度之間的匹配。若挖掘機出土速度過快,路基下部懸空,容易出現(xiàn)塌方;若出土速度過慢,涵身帶土頂進,整個挖面出現(xiàn)漏挖、欠挖現(xiàn)象,對頂進速度、方向的控制都極為不利。箱涵頂進是整個施工的重中之重,考慮土層變化和外部環(huán)境變化對挖土面范圍、頂進前端與挖土面距離的影響,將頂進前端的實時位置都需要與既定路線進行對比,密切關(guān)注二者匹配程度,避免超挖和漏挖情況。
工程路段以粉土、粉質(zhì)粘土以及其混合土為主,需在頂進中對路基部分進行加固。采用高壓旋噴樁和鋼筋混凝土條基作便梁,在混凝土支墩上設(shè)支座,對路基進行限位。在施工中,先便梁架設(shè),后插入限位裝置,進行固定。整個下穿工程采用7條便梁對路基進行獨立限位互不影響。加固路線一來緩解頂進對既有路基的偏離影響,二來能夠為頂進操作不當(dāng)提供補救時間。加固路線直接控制地上部分的沉降和形變,對日沉降量、累計沉降量的觀測要求非常高,且安全操作規(guī)范明確了最大沉降量。因此,地上部分的沉降問題必須處理好。
箱涵頂進施工結(jié)束后,箱涵代替原有土地結(jié)構(gòu)成為地上部分和既有路基部分的主要承載者。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的變化、地下水流向的改變以及周圍土體的積壓都會引起地表形變。根據(jù)應(yīng)力計算、自然條件的結(jié)果,工程采用了遠大于地上部分負荷的整體澆筑混凝土結(jié)構(gòu),并對基坑一側(cè)進行了加固和還原,有利于維持路基長期通車而不發(fā)生形變。出于安全的考慮,仍有必要開展長期觀測,當(dāng)沉降偏離預(yù)測時,進行及時止損。
充分利用路基施工沉降觀測點、圍護結(jié)構(gòu)觀測點以及坑內(nèi)觀測點,將基坑挖掘?qū)Φ叵滤蛔兓?、路基沉降的影響精確到毫米級。首先,以遠處固定點為后視點,對基坑影響范圍內(nèi)的各個觀測點進行定期觀測;然后,將基坑周圍地表的觀測點進行加密,觀測頻率加大,對每天的數(shù)據(jù)進行分析,確定基坑挖掘?qū)扔需F路一側(cè)各個位置的沉降影響;最后,對路基的水平橫向位移和高程差數(shù)值進行監(jiān)測,結(jié)合路基監(jiān)測控制網(wǎng)的分析結(jié)果,調(diào)整基坑施工的圍護工作和重點圍護區(qū),使基坑地下水位變化、周圍地表沉降、路基位移三項內(nèi)容呈現(xiàn)在一張圖中,全面監(jiān)測基坑對沉降的影響。
滑板與后背梁相互配合為箱涵頂進提供作用力,為時刻監(jiān)測頂進情況,在箱涵頂進前端安裝了定位傳感器,記錄起動、頂進、再次頂進、就位的全過程。首先,明確了多結(jié)構(gòu)頂進施工的定位要點,即保證涵身不偏離軸線、涵身高程符合既定路線;然后,以四周頂部監(jiān)測點來確定頂進過程的高低偏差,以箱涵軸線兩個監(jiān)測點來確定,并通過后背梁固定位置進行全程觀測;最后,將傳感器與監(jiān)測點數(shù)據(jù)結(jié)合起來看,以1 m為單位對箱涵頂進的方向、速度進行分析,得到了中線偏離控制在±94 mm內(nèi),高差控制在+45 mm內(nèi)的結(jié)果,滿足施工要求。
滑板與后背梁的操作、出土與頂進速度的觀測都可借助Flace3D軟件的三維模擬差分近似模型,根據(jù)傳感器返回數(shù)據(jù),對運動過程、各部件應(yīng)力變化、節(jié)點平衡力進行深層次分析。首先,在X,Y,Z方向建立三維模型,以網(wǎng)格為劃分單位,設(shè)定地質(zhì)條件參數(shù),為研究頂進底部、左右兩側(cè)的位移變化提供基礎(chǔ)模型;然后,傳入傳感器在監(jiān)測點獲取的位置數(shù)據(jù),給出具體運動時的受力狀態(tài);最后,結(jié)合全站儀、水準(zhǔn)儀的觀測數(shù)據(jù),調(diào)整后背梁的作用力、出土速度以及頂進速度,確保頂進施工變形的可控性。
為獲取路基在箱涵頂進施工中的具體沉降情況,采用“一頂孔8監(jiān)測點”方案,以精力水準(zhǔn)測量儀獲取加固路線的沉降變化。首先,設(shè)定了橫向跨越路基的監(jiān)測方案,在便梁的兩邊端口設(shè)置監(jiān)測儀,選擇其中一穩(wěn)定點作基點,與其他檢測儀相連;然后,每隔30 min對8個監(jiān)測觀察點進行監(jiān)測,相鄰兩次位移偏移量超過10 mm,則暫停施工進行加固;最后,通過靜力水準(zhǔn)儀的數(shù)據(jù)處理,對沉降量的變化情況進行成因分析,為加固路線的穩(wěn)定提供基礎(chǔ)材料,為挖進速度、是否帶土頂進提出建議。線路上行累計沉降1.4 mm,下行線沉降1 mm,遠小于警戒值,加固路線具有可靠性。
箱涵頂進施工結(jié)束后,工程范圍內(nèi)土體結(jié)構(gòu)必然發(fā)生變形。為此,在下穿工程的外圍進行土體變形的長期監(jiān)測。首先,先觀測涵身頂進后的底部、左右兩側(cè)產(chǎn)生的變形,明確土體對涵身的擾動幅度,尤其在前三個月其變形比較明顯;其次,沿地下水流向?qū)ζ渲車馏w的沉降進行周期性觀測,明確施工后地下水是否仍保持原有特性;最后,在涵身布設(shè)多個監(jiān)測點,分析各剖面地質(zhì)條件的差異,對地上部分沉降較大的剖面進行二次加固,改良土體結(jié)構(gòu),確保路基、涵身變形符合要求。
箱涵頂進施工的沉降與定位研究能夠為安全施工提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)材料,為施工過程提供科學(xué)建議。在施工的過程中,測量人員還應(yīng)對監(jiān)測技術(shù)、定位技術(shù)進行深化,不斷增強操作能力,以便能夠為施工過程提供更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。