管幕法預(yù)制箱涵頂進(jìn)施工技術(shù)探析

鮑建新 （安徽省路橋工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230031）

1 工程概況

花園大道位于合肥濱湖科學(xué)城，橫穿生態(tài)公園及錦繡湖，是合肥駱崗生態(tài)公園區(qū)域三橫兩縱骨架路網(wǎng)中重要的一條橫向道路。項(xiàng)目西起徽州大道，東至包河大道，全長(zhǎng)約3km，其中箱涵全長(zhǎng)2262.65m，暗埋段長(zhǎng)2000m。在K3+445-K3+580段下穿現(xiàn)狀駱崗機(jī)場(chǎng)主跑道，平面交角約45°，為保留公園內(nèi)機(jī)場(chǎng)跑道原貌，需采用管幕法預(yù)制箱涵頂進(jìn)施工。箱涵主體全長(zhǎng)為135m，箱涵結(jié)構(gòu)總高度9m，結(jié)構(gòu)凈高5.85m，頂板厚1.6m，底板厚1.6m，邊墻厚為1.3m。管幕采用46根壁厚16mm外徑1.6m長(zhǎng)的定制鋼管組成四周口字形結(jié)構(gòu)，頂排鋼管最大埋深6m，頂進(jìn)長(zhǎng)度為135m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長(zhǎng)度選用9m（重約8t）。

2 施工方案

管幕頂進(jìn)先進(jìn)行工作井施工，待工作井施工完成后進(jìn)行管幕結(jié)構(gòu)、滑板、后背梁、箱涵預(yù)制及頂進(jìn)施工，鋼管頂進(jìn)采用2臺(tái)直徑1.6m的泥水平衡頂管機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)施工，箱涵在滑板上預(yù)制，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后開(kāi)始頂進(jìn)。

3 施工工藝流程

圖1 管幕法預(yù)制箱涵頂進(jìn)平面圖

圖2 管幕鋼管橫斷面布置圖

管幕法預(yù)制箱涵頂進(jìn)施工工藝流程為：工作坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工→工作坑開(kāi)挖及支護(hù)→管幕結(jié)構(gòu)施工(同步進(jìn)行135m預(yù)制箱涵框架施工并回填)→管幕施工完畢后拆除斜坡?lián)危瑢?duì)基底進(jìn)行回填夯實(shí)并進(jìn)行承載力實(shí)驗(yàn)，滿足要求后方可進(jìn)行滑板施工，并施工隔離層→箱涵框架分節(jié)預(yù)制→安裝網(wǎng)格機(jī)具頭、破除洞門圍護(hù)樁→頂進(jìn)施工→工作井段箱涵主體施工。

4 施工控制要點(diǎn)

4.1 工作坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工

4.1.1 圍護(hù)樁施工

工作坑兩側(cè)圍護(hù)采用放坡（1:1.5）+鉆孔灌注樁（φ1000＠1300mm）+預(yù)應(yīng)力錨索的支護(hù)方式，工作坑的掌子面采用（1:1.5）+鉆 孔 灌 注 樁（φ1000＠1300mm）+鋼管斜支撐（φ609）的支護(hù)形式。

4.1.2 旋噴樁加固施工

始發(fā)井及接收井端頭地基必須預(yù)先加固，管幕施工前對(duì)工作井進(jìn)出洞段土體1.2m范圍內(nèi)施工采用φ60＠40cm的雙重管旋噴樁進(jìn)行土體加固，加固后的地基確保具有良好的均勻性和自立性，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.0MPa。加固后的地基承載力不小于250kPa，管幕施工前應(yīng)對(duì)加固范圍及質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，如不達(dá)要求應(yīng)補(bǔ)強(qiáng)加固。

4.2 工作坑開(kāi)挖及支護(hù)

4.2.1 工作坑降排水

在基坑開(kāi)挖前，需做好場(chǎng)地上排水和基坑內(nèi)的排水工作，在開(kāi)挖基坑的四周或中部設(shè)排水明溝，使基坑內(nèi)滲水、施工廢水及雨水匯入其中，再用水泵抽入地表沉淀池經(jīng)沉淀等方式處理后才能排至市政管網(wǎng)。

4.2.2 工作坑開(kāi)挖支護(hù)

土方開(kāi)挖遵循“開(kāi)槽支撐，先撐后挖，分層開(kāi)挖，嚴(yán)禁超挖”的原則，基坑開(kāi)挖工作面、修理邊坡須自上而下分層分段進(jìn)行，開(kāi)挖分層厚度不大于1.5m。開(kāi)挖至每層錨索底標(biāo)高后及時(shí)施工錨索，挖至基底以上20～30cm時(shí)，為避免破壞基底改為人工配合小挖機(jī)清底。

4.3 管幕結(jié)構(gòu)施工

4.3.1 管幕施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→設(shè)備安裝→管節(jié)吊裝拼接及焊接→測(cè)量復(fù)核→頂管推進(jìn)→依次頂進(jìn)所有鋼管并進(jìn)行壓密注漿及采用混凝土泵填充鋼管內(nèi)C20微膨脹混凝土→管幕鋼管施工完成后沿鋼管一圈施工混凝土管幕梁與管幕形成整體。

4.3.2 管幕始發(fā)施工

鋼管幕掘進(jìn)機(jī)始發(fā)施工之前，需要通過(guò)開(kāi)孔觀察等手段，確認(rèn)加固后的土體的止水性能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，否則需要進(jìn)行二次加固處理，直到確認(rèn)安全后，才可進(jìn)行頂管的始發(fā)施工。

4.3.3 管幕接收施工

當(dāng)頂管機(jī)將要到達(dá)接收井時(shí)，必須對(duì)鋼管軸線進(jìn)行測(cè)量并作調(diào)整，精確測(cè)出機(jī)頭姿態(tài)位置，保證頂管機(jī)準(zhǔn)確進(jìn)入接收洞門，并控制掘進(jìn)速度和開(kāi)挖面壓力。在接收工作井一側(cè)，當(dāng)洞門混凝土清除后，管道應(yīng)盡快向前推進(jìn)，縮短進(jìn)洞時(shí)間。

4.3.4 管幕頂進(jìn)

導(dǎo)向管(第一節(jié)管)的高程和方向制約著頂進(jìn)質(zhì)量，因此，在正式頂進(jìn)前，必須都采取試頂，導(dǎo)向管落軌及入土脫軌的高程和方向應(yīng)嚴(yán)格控制在5mm范圍內(nèi)。后續(xù)以基準(zhǔn)管為軌進(jìn)行頂進(jìn)。經(jīng)計(jì)算，選用2臺(tái)250T(5000kN)雙沖程千斤頂左右對(duì)稱布置，其提供的頂力可以滿足一次頂進(jìn)135m的要求。

4.3.5 頂進(jìn)過(guò)程測(cè)量控制

由于管幕是由許多獨(dú)立的鋼管連接而成，頂管的精度在管幕施工中是一個(gè)重要的因素，鋼管頂進(jìn)精度由導(dǎo)軌安裝精度、頂進(jìn)施工測(cè)量、頂管機(jī)激光測(cè)量導(dǎo)向及三級(jí)報(bào)警機(jī)制保證，否則頂進(jìn)方向偏差會(huì)影響后續(xù)頂進(jìn)閉合及管幕尺寸誤差大。

4.3.6 觸變泥漿減阻

為了減小頂壓進(jìn)阻力，增大頂進(jìn)力，并且為了防止出現(xiàn)塌方，頂管過(guò)程中，根據(jù)需要應(yīng)考慮采用在管壁與土壁的縫隙間注入觸變泥漿，形成泥漿護(hù)套，減少管壁與土壁之間的摩擦力。

4.3.7 管幕鋼管拼接

本工程管幕暗挖段總長(zhǎng)135m，鋼管幕鋼管采用焊接鋼管，管徑1.6m，壁厚16mm，鋼管間采用鋼管管節(jié)焊接對(duì)接在導(dǎo)軌上進(jìn)行，橫向采用管內(nèi)開(kāi)孔后連接。

4.3.8 置換觸變泥漿

當(dāng)相鄰兩根鋼管頂進(jìn)結(jié)束后，必須用惰性漿液將頂進(jìn)過(guò)程中的觸變泥漿置換掉。

4.3.9 管幕鋼管端部與預(yù)埋鋼板連接

管幕頂進(jìn)施工時(shí)，防止正在頂進(jìn)鋼管對(duì)已頂進(jìn)結(jié)束的管幕鋼管產(chǎn)生影響，沿鋼管一圈在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上設(shè)置鋼板，已施工結(jié)束鋼管與鋼板采用牛腿焊接，保持整體穩(wěn)定，鋼板與圍護(hù)結(jié)構(gòu)間采用植筋的方式進(jìn)行連接。

4.3.10 管幕填充及管幕梁施工

①管內(nèi)填充

當(dāng)管幕頂進(jìn)完成，并對(duì)鎖口部位壓注止水材料后，對(duì)鋼管幕內(nèi)填充C20微膨脹補(bǔ)償收縮免振搗混凝土，以加大管幕縱向的剛度，和避免管幕局部出現(xiàn)應(yīng)力集中而屈服。

②管幕梁施工

管幕梁采用C35鋼筋混凝土與鋼管連為整體，鋼管與管幕梁接觸部分采用焊接方式連接，焊縫高度3mm。

4.4 后背、滑板及導(dǎo)向墩施工

4.4.1 滑板及導(dǎo)向墩制作

工作坑夯填密實(shí)后施做滑板，滑板結(jié)構(gòu)由上到下為塑料薄膜層+石蠟(摻25%機(jī)油)一層、滑石粉一層+M10水泥砂漿抹面+2cm+30cm厚C35鋼筋混凝土+10cm厚碎石墊層；為增加滑床板與基坑底的摩擦力，在滑板內(nèi)設(shè)置間距為1.6m的錨梁，滑板內(nèi)設(shè)置鋼筋網(wǎng)，防止頂進(jìn)過(guò)程中滑板開(kāi)裂。

為了消除箱涵啟動(dòng)后與進(jìn)入土體前的空頂階段的方向偏差，在滑板兩側(cè)設(shè)導(dǎo)向墩，方向墩為素混凝土結(jié)構(gòu)，與滑板同時(shí)澆筑，每隔1.6m立一個(gè)，墩與箱涵間10cm的空隙，以便導(dǎo)向。

4.4.2 后背梁

后背梁采用C35鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),截面尺寸為1.0×2.0m，后背梁與滑板采用鋼筋連接成整體，并一次澆筑混凝土。

4.5 箱涵框架預(yù)制

在工作坑底板潤(rùn)滑隔離層上預(yù)制鋼筋混凝土箱涵框架，首先要做好測(cè)量定位工作，應(yīng)使箱涵中心線、工作坑底板中心線和頂進(jìn)箱涵位置的中心線三者均在直線上。為了減少頂進(jìn)阻力，在箱涵結(jié)構(gòu)外表面噴涂石蠟兩層，并在結(jié)構(gòu)內(nèi)表面、結(jié)構(gòu)外表面(除底板外)表面噴涂水泥基滲透結(jié)晶防水材料。

4.6 箱涵頂進(jìn)

本項(xiàng)目箱涵分三節(jié)預(yù)制頂進(jìn)(45+45+45)m，最大頂力為103950kN，設(shè)計(jì)配置90臺(tái)250T的千斤頂(其中2只備用)，實(shí)際儲(chǔ)備頂力為2200000kN。

4.6.1 網(wǎng)格機(jī)具頭設(shè)置

箱涵頂進(jìn)過(guò)程前在首節(jié)箱涵前端安裝網(wǎng)格機(jī)具頭，掌子面穩(wěn)定依靠網(wǎng)格式機(jī)具頭進(jìn)行控制，在箱涵頂進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際土質(zhì)情況對(duì)網(wǎng)格機(jī)械頭網(wǎng)格大小進(jìn)行調(diào)整，但網(wǎng)格大小不應(yīng)大于2.5m×3m。不作業(yè)時(shí)及時(shí)對(duì)掌子面進(jìn)行硬化處理。

4.6.2 頂進(jìn)方向和高程控制

頂進(jìn)時(shí)箱涵框架前方挖土保留底板以上10cm，保持使箱涵持續(xù)平坡前進(jìn)，及時(shí)監(jiān)控觀測(cè)。在每個(gè)框架的四個(gè)角設(shè)置水準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)，在箱涵頂板前后端中心線設(shè)置中心觀測(cè)刻度尺。箱涵框架每前進(jìn)一頂程即觀測(cè)軸線和高程，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)糾正。

4.6.3 箱涵始發(fā)

①始發(fā)洞口圍護(hù)樁鑿除

在箱涵預(yù)制主體澆筑均完成后，將網(wǎng)格機(jī)具頭吊裝入工作井，并在工作井安裝調(diào)試，隨后進(jìn)行始發(fā)拆除施工，工作井圍護(hù)結(jié)構(gòu)為120cm厚圍護(hù)樁，首先鑿除表層混凝土層，先暴露內(nèi)排鋼筋，然后割除。

②止水裝置安裝

箱涵洞口止水裝置安裝在管幕圈梁上，止水裝置的預(yù)埋鋼板與管幕圈梁用鋼筋錨固牢，用螺栓沿管幕圈梁一周固定，為了能達(dá)到良好的止水效果，箱涵洞口止水裝置采用簾布橡膠板。

③機(jī)具頭推入洞口

箱涵始發(fā)前再一次復(fù)核丈量洞口尺寸，并確定始發(fā)洞口無(wú)異物，止水裝置均正常后，啟動(dòng)后靠千斤頂油缸，使機(jī)具頭與第一節(jié)箱涵朝始發(fā)洞門推進(jìn)。

4.6.4 箱涵頂進(jìn)及出土

①試頂

試頂工作以頂動(dòng)箱涵為止。因此在試頂時(shí)要加強(qiáng)箱涵中線、水平和縱向位移的觀察，同時(shí)還要注意觀察后背和底板的變化。

②頂進(jìn)

頂進(jìn)前主體結(jié)構(gòu)及后背梁混凝土強(qiáng)度、頂進(jìn)設(shè)備必須滿足要求。頂進(jìn)時(shí)箱涵前進(jìn)一鎬后在空擋處填放C30素混凝土塊，如此循環(huán)反復(fù)，直到箱涵就位為止。在頂進(jìn)過(guò)程中，箱涵每頂進(jìn)一個(gè)頂程，應(yīng)對(duì)箱涵軸線和高程進(jìn)行觀測(cè)，并做好詳細(xì)記錄，如發(fā)現(xiàn)偏差應(yīng)及時(shí)糾正偏差。

③挖運(yùn)土

頂進(jìn)時(shí)挖土傳遞分別采用每孔2臺(tái)1m挖機(jī)進(jìn)行，頂進(jìn)開(kāi)始后挖機(jī)在箱涵內(nèi)通過(guò)機(jī)具頭進(jìn)行挖土、翻土并裝車，局部邊角處由人工配合清理。

4.6.5 頂進(jìn)過(guò)程的監(jiān)測(cè)

頂進(jìn)過(guò)程監(jiān)控主要包括：頂進(jìn)箱體方向的測(cè)量及預(yù)測(cè)；箱體頂進(jìn)過(guò)程的頂力、滑板及后背監(jiān)控；頂進(jìn)前端土質(zhì)的監(jiān)控。

4.6.6 觸變泥漿減阻

箱涵推進(jìn)過(guò)程中，在箱涵與管幕之間注入泥漿或加入止水劑的泥漿，使得箱涵與管幕之間的建筑空隙得到及時(shí)填充，保持箱涵與管幕支撐、潤(rùn)滑、止水，控制箱涵推進(jìn)引起的地表變形，同時(shí)有效減少頂進(jìn)阻力。

4.6.7 箱涵接收及泥漿固化

①箱涵掘進(jìn)機(jī)接收

當(dāng)掘進(jìn)機(jī)距離接收洞口10m時(shí)，對(duì)箱涵全線作測(cè)量定向用以糾正推進(jìn)軸線。箱涵進(jìn)入接收井洞口加固區(qū)后，每前進(jìn)50cm，對(duì)箱涵掘進(jìn)機(jī)左右姿態(tài)進(jìn)行復(fù)核；當(dāng)箱涵機(jī)具頭距離接收洞口0.3m時(shí)，再次放慢推進(jìn)速度，緩緩靠上接收井圍護(hù)樁外側(cè)。此時(shí)對(duì)箱涵全段箱涵內(nèi)的補(bǔ)漿孔進(jìn)行補(bǔ)漿，確保箱涵外周泥漿壓力，鑿除接收井地下墻，當(dāng)接收井洞門內(nèi)混凝土和鋼筋清理完后，機(jī)具頭以最快速度切入洞口，完成進(jìn)洞接收。

②注漿固化

箱涵頂進(jìn)完成后，為了加固管壁及箱涵周圍被擾動(dòng)土層，需將箱涵與管幕間的泥漿置換出來(lái)，置換泥漿可采用水泥和粉煤灰混合。

5 注意事項(xiàng)

5.1 管幕頂進(jìn)注意事項(xiàng)

①水平向鋼管幕順序?yàn)椋合壬吓?、后兩?cè)、再下排，側(cè)向鋼管幕頂進(jìn)順序?yàn)椋簭纳贤隆?/p>

②頂排及底排鋼管自中間至兩邊對(duì)稱頂進(jìn)施工，嚴(yán)格按照先基準(zhǔn)管后普通管，最后閉合管的順序進(jìn)行頂進(jìn)。

③由于鋼管頂進(jìn)施工完成后，支護(hù)樁上下均已切斷，頂進(jìn)前拆除斜撐，應(yīng)考慮臨時(shí)支護(hù)措施，具體措施為1：1放坡上部土體挖除、下部堆土的臨時(shí)支護(hù)措施。

5.2 箱涵頂進(jìn)注意事項(xiàng)

①后靠背鋼筋混凝土分配梁按設(shè)計(jì)尺寸灌注，并與框構(gòu)頂進(jìn)方向垂直。

②頂進(jìn)及挖土

a.頂進(jìn)前主體結(jié)構(gòu)、后背梁混凝土強(qiáng)度100%后方可進(jìn)行施工。

b.頂進(jìn)中，傳力塊、后背處不許站人，停頂后方可進(jìn)行補(bǔ)換頂塊等作業(yè)。頂進(jìn)方向及頂鎬中心線方向一致，并與橫梁垂直。

c.吊機(jī)更換頂鐵時(shí)，作業(yè)人員要戴安全帽，起重臂下嚴(yán)禁站人；人工搬動(dòng)小頂鐵時(shí)，防止擠手?jǐn)D腳。

d.挖土人員必須戴安全帽，所用工具必須安全可靠，操作司機(jī)嚴(yán)禁酒后作業(yè)。

6 結(jié)語(yǔ)

管幕法預(yù)制箱涵頂進(jìn)施工作為穿越道路、鐵路、機(jī)場(chǎng)的非開(kāi)挖技術(shù)，合理確定施工工藝，并需在管幕、箱涵頂進(jìn)各施工階段采取相應(yīng)的技術(shù)措施，以使基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工、管幕-箱涵的施工精度、管幕-箱涵的注漿及路面沉降達(dá)到設(shè)計(jì)要求。