頂推箱涵在下穿既有運(yùn)營(yíng)高速公路中的應(yīng)用

文章對(duì)頂推箱涵下穿改擴(kuò)建高速公路施工進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)該施工方式能在保證公路暢通的前提下，展現(xiàn)出其微小的環(huán)境干擾、安全的操作流程以及高效率等特點(diǎn)，適用于高速公路、市區(qū)街道、橋隧建設(shè)等項(xiàng)目中。為保障穿越高速公路的箱涵作業(yè)的安全性和成本效益，依據(jù)設(shè)計(jì)圖、地形探查結(jié)果并參考附近的環(huán)境狀況，融合當(dāng)前的技術(shù)能力、可用物資、施工管理的實(shí)踐與經(jīng)歷，提出了無(wú)須阻斷交通或調(diào)整路線就能實(shí)施的項(xiàng)目方案。經(jīng)桂柳改擴(kuò)建高速公路應(yīng)用后可知，該方案可在確保施工和交通安全的同時(shí)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(jiǎn)介：

向程彬（1986—），工程師，主要從事高速公路建設(shè)管理工作。

0" 引言

下穿高速公路的箱涵施工是一項(xiàng)復(fù)雜而關(guān)鍵的工程任務(wù)。由于施工環(huán)境位于重載交通改擴(kuò)建高速公路下方，因此面臨著諸多挑戰(zhàn)。高速公路的車流量大且車速快，要求施工過(guò)程中必須確保既有道路的安全與暢通，對(duì)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(tài)，以確保施工質(zhì)量和高速公路的安全運(yùn)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(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)、安裝監(jiān)控系統(tǒng)等，這些措施不僅增加了施工的復(fù)雜性，也提高了施工成本。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)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(jiān)測(cè)和方案優(yōu)化等方面。通過(guò)對(duì)這些方面的深入研究，探索如何優(yōu)化施工方案、提高施工效率、降低施工成本，并確保施工過(guò)程中的安全和質(zhì)量。通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，能夠?yàn)橄麓└咚俟废浜氖┕ぬ峁└涌茖W(xué)、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(kuò)建高速公路主線K1200+733.68處，屬于過(guò)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(xì)砂，地下水穩(wěn)定水位為地面向下1.2 m。箱涵采用鋼筋混凝土箱涵，全長(zhǎng)91.3 m，軸線與高速公路斜交夾角83°，箱涵一側(cè)接匝道處新建蓋板涵，另一側(cè)與既有溝渠連接，箱涵截面凈尺寸為2 m×2 m，頂板及側(cè)板厚1 m，底板厚1.2 m，箱涵采用預(yù)制吊裝，現(xiàn)場(chǎng)拼接頂推施工，按2 m一節(jié)進(jìn)行預(yù)制，在工作坑內(nèi)每1節(jié)進(jìn)行一次頂推。箱涵首節(jié)為3 m長(zhǎng)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(duì)刃角進(jìn)行現(xiàn)澆補(bǔ)齊。見(jiàn)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(tái)搭設(shè)→測(cè)量放樣→鉆機(jī)就位、校準(zhǔn)→開(kāi)設(shè)導(dǎo)向孔→管棚鋼管與鉆機(jī)連接→鉆進(jìn)→清孔、注漿。

2.1.2" 測(cè)量放樣

鉆進(jìn)施工前，測(cè)量組采用全站儀按照設(shè)計(jì)要求對(duì)管棚鋼管中心位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位放樣，確保管線安全并保證頂管通道凈空，要求管節(jié)外輪廓外放300 mm為管棚中心。

2.1.3" 開(kāi)設(shè)導(dǎo)向孔

大管棚施工利用出入口明挖基坑圍護(hù)樁作為管棚施工導(dǎo)向，在圍護(hù)樁上用水鉆打孔機(jī)開(kāi)設(shè)導(dǎo)向孔，導(dǎo)向孔傾角滿足設(shè)計(jì)外插角范圍，導(dǎo)向孔中心應(yīng)與管棚設(shè)計(jì)中心位置重合。

2.1.4" 鉆進(jìn)

在進(jìn)行管棚施工時(shí)，使用了非開(kāi)挖導(dǎo)向和管鉆技術(shù)。通過(guò)專門的管棚導(dǎo)向設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆進(jìn)的角度，并在發(fā)現(xiàn)角度偏離時(shí)立即進(jìn)行矯正，直到確保鉆入的長(zhǎng)度達(dá)到預(yù)定的設(shè)計(jì)。

2.1.5" 注漿

當(dāng)管道支架被成功設(shè)置之后，需要在其末端用閥門封住并確保無(wú)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(zhí)行。先給1～2個(gè)管道注射漿料，施壓范圍設(shè)定在1～3 MPa，視具體情況而定，以獲得關(guān)于管道灌漿操作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，盡可能擴(kuò)大漿料的散播區(qū)域，構(gòu)建防護(hù)層。

2.2" 路基坡腳加固

箱涵頂推施工前應(yīng)對(duì)路基邊坡進(jìn)行加固防護(hù)，加固方式為在箱涵兩側(cè)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(zhǎng)度可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)進(jìn)行調(diào)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(yùn)營(yíng)高速公路中的應(yīng)用/向程彬，唐" 明，時(shí)瑤生

2.3" 始發(fā)工作井

為保證滿足頂推箱涵施工始發(fā)頂進(jìn)的要求，工作井內(nèi)空尺寸要求7.5 m×6.8 m；靠近路基坡腳側(cè)設(shè)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(cè)設(shè)置1.0 m厚混凝土墻。

2.4" 后靠背

箱涵頂進(jìn)按照45 m+46 m設(shè)置中繼間，計(jì)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(tái)+1.5 m厚的后背墻+50 mm厚鋼板的結(jié)構(gòu)方式并形成整體。

2.5" 滑板

通過(guò)設(shè)置錨梁避免底部滑移，同時(shí)使用導(dǎo)向支墩確保推進(jìn)方向得到精確控制。這些導(dǎo)向支墩是在底板制造之前以C20混凝土的形式預(yù)先構(gòu)建的。此外，底板和后靠背之間采用了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)連接，并借助了工作井和地基間的摩擦力增強(qiáng)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(wǎng)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(cè)向外擴(kuò)2 m，下部向外擴(kuò)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(zhǎng)度為90 m。頂推箱涵底部全斷面注漿分7個(gè)循環(huán)，45孔/循環(huán)。其中前6個(gè)循環(huán)注漿長(zhǎng)度為15 m，剩余1個(gè)循環(huán)長(zhǎng)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(yīng)在箱涵尾部配重，配重重量為600 kN，頂推過(guò)程中嚴(yán)格控制開(kāi)挖坡度，防止掘進(jìn)面坍塌?！俺酝另斖啤笔菆?zhí)行頂推工程時(shí)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(guò)程中出現(xiàn)刀口暴露的情況［1］。當(dāng)實(shí)施頂推操作時(shí)，通過(guò)頂進(jìn)系統(tǒng)推進(jìn)鋼刃角及機(jī)器頭部，每次移動(dòng)都伴隨著土體切割，并使用銑挖設(shè)備來(lái)清除廢棄物。待廢棄物被清掃干凈后，重新檢查支撐結(jié)構(gòu)，然后繼續(xù)進(jìn)行頂進(jìn)動(dòng)作，如此反復(fù)進(jìn)行。開(kāi)挖掘進(jìn)面為斜坡，可有效地防止開(kāi)挖面坍塌［2］。矩形鋼刃角+銑挖機(jī)可以全斷面機(jī)械開(kāi)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(guò)程中對(duì)道路和周邊建構(gòu)物的擾動(dòng)。如圖2所示。

2.7.2" 試頂

預(yù)先完成對(duì)于推進(jìn)裝置的所有裝配調(diào)整工作，只有確認(rèn)管道和其他相關(guān)部件沒(méi)有故障才能進(jìn)入測(cè)試階段。通常情況下，會(huì)每個(gè)監(jiān)測(cè)位置都設(shè)置專門的人員監(jiān)控其動(dòng)態(tài)。一旦開(kāi)啟水泵并且壓力上升至5 MPa或10 MPa的時(shí)候必須立即停止運(yùn)行并對(duì)異?，F(xiàn)象作出反應(yīng)。與此同時(shí)也要密切關(guān)注支撐面和平面的任何變動(dòng)跡象。初始推力的設(shè)定約為混凝土結(jié)構(gòu)自身重量的1/8，然后逐步增加，達(dá)到目標(biāo)量度之前需保持一段時(shí)間靜止?fàn)顟B(tài)以便讓工作人員檢測(cè)滑動(dòng)表面、底部平面及其他相關(guān)的設(shè)施是否正常運(yùn)作［3］。

2.7.3" 頂進(jìn)施工

只有在涵身混凝土強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)的100%之后才能開(kāi)始頂進(jìn)，采取微型挖掘和較小的推移距離來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程。每一次頂進(jìn)的深度應(yīng)≤0.5 m，并且需要使用高壓力的液壓油泵來(lái)驅(qū)動(dòng)千斤頂以產(chǎn)生推進(jìn)的力量，從而使涵身向前移動(dòng)。每完成一個(gè)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(shè)備與人力結(jié)合的方式繼續(xù)挖掘，同時(shí)要保證在涵洞的前面和兩邊都按比例進(jìn)行適當(dāng)?shù)男逼绿幚恚乙诤吹撞刻畛?0 cm厚的土壤。工序如圖3所示。

3" 施工工序質(zhì)量控制要點(diǎn)

3.1" 工作坑開(kāi)挖

施工作業(yè)區(qū)域是涵身的制作與推進(jìn)位置，其前沿靠近現(xiàn)有軌道，尾部則需配置運(yùn)輸泥土的路徑、支撐物等設(shè)施，挖掘面積的大小取決于涵身大小，邊坡的高度會(huì)依據(jù)挖掘深淺度和地層性質(zhì)來(lái)設(shè)定，同時(shí)要確保有高效的水流排放設(shè)備和防護(hù)墻體設(shè)計(jì)，并且還要考慮地下水的具體高度以實(shí)施降低水位的策略，使之保持在基礎(chǔ)底部下方至少1 m的位置。

3.2" 滑板施工

滑板為涵身預(yù)制及臨時(shí)存放的平臺(tái)，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(biāo)高根據(jù)涵身底面標(biāo)高確定。為了確保在頂進(jìn)過(guò)程中涵身和滑板能夠順利分離，對(duì)底板的表面平整度需求較高，在2 m長(zhǎng)度范圍內(nèi)平整度≤5毫米。底板上設(shè)置滑動(dòng)層，并在后續(xù)施工時(shí)需謹(jǐn)慎保護(hù)其完整性，以免與涵身粘連并導(dǎo)致無(wú)法分離。滑板和后背設(shè)置L形連接鋼筋，設(shè)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(shè)置一個(gè)臨時(shí)結(jié)構(gòu)物來(lái)抵抗頂進(jìn)反力。這種結(jié)構(gòu)需要具備足夠的強(qiáng)度、剛性和穩(wěn)定性。為了實(shí)現(xiàn)安全可靠并且便于拆卸，以及節(jié)省成本，后部結(jié)構(gòu)物的建造必須充分利用地形和地物，根據(jù)地理環(huán)境做出適當(dāng)調(diào)整。

3.4" 頂進(jìn)設(shè)備的安裝

千斤頂數(shù)量根據(jù)涵身需求的最大頂力和千斤頂最大頂力計(jì)算，千斤頂以涵身中心線為軸對(duì)稱設(shè)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(jìn)過(guò)程中可能出現(xiàn)故障，需要備用與作業(yè)數(shù)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(shè)備。

3.5" 頂進(jìn)

在涵身頂進(jìn)之前，需執(zhí)行預(yù)頂試驗(yàn)，以確保頂進(jìn)裝置的運(yùn)行狀態(tài)良好且頂推力量分布均衡，同時(shí)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(rèn)涵身能否順暢地從滑板上脫離。經(jīng)過(guò)測(cè)試無(wú)問(wèn)題后，才可以進(jìn)入正常的涵身頂進(jìn)過(guò)程［4］。在頂進(jìn)過(guò)程中應(yīng)定期監(jiān)測(cè)路面基礎(chǔ)、涵身以及后部的情況，一旦檢測(cè)出問(wèn)題立刻終止操作，找出問(wèn)題的根源并實(shí)施相應(yīng)的補(bǔ)救手段。頂進(jìn)過(guò)程中要勤測(cè)量，在出現(xiàn)偏差時(shí)及時(shí)采取糾偏措施，對(duì)偏差進(jìn)行逐步調(diào)整，以保證涵身準(zhǔn)確就位。

4" 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比分析（表2）

采用全自動(dòng)液壓系統(tǒng)頂推箱涵，實(shí)現(xiàn)了箱涵下穿高速公路時(shí)避免對(duì)原有高速公路的開(kāi)挖破壞，大幅減少了工程量。其高度自動(dòng)化的機(jī)械施工極大程度地減少了人為的不確定因素，不僅機(jī)械操作更加簡(jiǎn)便，能夠保證施工質(zhì)量，也保障了施工安全，節(jié)省了人力物力，還能有效地保證現(xiàn)場(chǎng)的施工進(jìn)度。此工藝在技術(shù)、精確度、人力、施工進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)效益各個(gè)方面都有很大的優(yōu)勢(shì)。

5" 結(jié)語(yǔ)

為了在不封閉交通、不導(dǎo)改的情況下進(jìn)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(xiàn)有資源，利用先進(jìn)技術(shù)手段，確保施工質(zhì)量和交通安全，同時(shí)避免對(duì)高速公路的正常運(yùn)營(yíng)造成影響。此方案不僅提升了施工效率，而且顯著降低了對(duì)周圍環(huán)境和交通的影響，具有重要的實(shí)用價(jià)值和社會(huì)意義。這一研究為類似工程提供了有益的參考，為推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和工程實(shí)踐提供了有力支持。在廣西區(qū)內(nèi)山嶺重丘區(qū)高速公路改擴(kuò)建施工項(xiàng)目中有較大的實(shí)用性。

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

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

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

［4］潘國(guó)榮，宋蘊(yùn)璞，李懷鋒，等.箱涵頂進(jìn)置換管幕頂推過(guò)程自動(dòng)測(cè)量技術(shù)研究［J］.大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2012，32（2）：78-81.

20240414