公路工程中鋼筋混凝土箱涵頂推施工技術(shù)分析

廖孝彥

(湖南建工交通建設(shè)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

1 箱涵頂推施工技術(shù)概述

現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，高速公路作為加速區(qū)域發(fā)展、促進(jìn)文化交流的重要設(shè)施，建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，據(jù)統(tǒng)計(jì)截至2020年底全國(guó)高速公路總里程達(dá)16.1萬(wàn)km。這些高速公路的修建在縮短了地域距離的同時(shí)，也導(dǎo)致部分沿線縣鄉(xiāng)級(jí)公路被阻斷，影響區(qū)域交通，在既有高速增設(shè)立體交叉公路是一個(gè)有效解決辦法[2]。

現(xiàn)代立體交通方案主要有兩種：一是通過(guò)高架橋形式上跨既有公路；二是以地道橋形式下穿既有公路。前者施工成本高，且受到城市布局規(guī)劃影響大；后者用地范圍較小，且施工成本低、施工便利，不需要中斷高速交通。結(jié)合工程實(shí)踐情況分析，箱涵頂推工法得到了廣泛運(yùn)用，且隨著工藝的改進(jìn)和完善，跨度不斷增大、頂進(jìn)長(zhǎng)度也逐漸增加，頂部覆土由厚到薄，箱涵與公路的交角由正交發(fā)展到斜交[3]。目前常用的箱涵頂推工法較多，包括一次頂入法、對(duì)頂法、對(duì)拉法、頂拉法、盾構(gòu)法等，具體需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，包括頂進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式、尺寸、機(jī)具設(shè)備能力等，綜合確定施工方法。本文以平益高速平江南互通A匝道、E匝道及6 m×5 m箱型通道頂推下穿平汝高速工程為例，圍繞公路工程中鋼筋混凝土箱涵頂推施工技術(shù)的應(yīng)用展開(kāi)詳細(xì)分析。

2 平江南互通地道橋頂推項(xiàng)目基本情況

2.1 工程概況

本工程為平益高速平江南互通A匝道、E匝道及6 m×5 m箱型通道頂推下穿平汝高速工程。其中，A匝道箱型通道位于A匝道與平汝高速交叉處，交點(diǎn)平汝主線樁號(hào)NK1+326.7，下穿通道為鋼筋混凝土箱涵，箱涵長(zhǎng)48 m，軸線與平汝高速公路成45°夾角。E匝道箱型通道位于E匝道與平汝高速交叉處，交點(diǎn)平汝主線樁號(hào)NK1+100.2；下穿通道為鋼筋混凝土箱涵，箱涵長(zhǎng)48 m，軸線與平汝高速公路成45°夾角。6 m×5 m箱型通道正交下穿平汝高速公路，交點(diǎn)平汝主線樁號(hào)NK1+410，下穿通道為鋼筋混凝土箱涵，箱涵長(zhǎng)42 m。平江南互通地道橋頂推項(xiàng)目隧道表見(jiàn)表1。

表1 平江南互通地道橋頂推項(xiàng)目隧道表

2.2 施工內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察，初步擬定A匝道箱型通道、E匝道箱型通道、6 m×5 m箱型通道三工作面，由項(xiàng)目部統(tǒng)一管理安全、質(zhì)量、進(jìn)度、技術(shù)、合同、設(shè)備、材料、協(xié)調(diào)等工作，下轄工區(qū)負(fù)責(zé)施工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)組織工作。各工作面主要施工內(nèi)容如下：(1)A匝道箱型通道工作面，涵身長(zhǎng)度48 m；(2)E匝道箱型通道工作面，涵身長(zhǎng)度48 m；(3)6 m×5 m箱型通道工作面，涵身長(zhǎng)度42 m。頂推施工計(jì)劃總工期為230 d。計(jì)劃開(kāi)工日期：2020年3月15日，計(jì)劃完工日期：2020年10月31日(先行工程可提前施工)，主要?jiǎng)趧?dòng)力配置如表2所示。

表2 頂推施工主要?jiǎng)趧?dòng)力配置情況

3 公路工程中鋼筋混凝土箱涵頂推施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 施工流程及施工難點(diǎn)

平江南互通為平益高速重點(diǎn)和難點(diǎn)工程之一。平江南互通3次下穿、2次上跨平汝高速公路，由八條匝道與武深高速連接。其中E匝道下穿平汝高速NK1+100.2箱型通道為單孔結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)48 m，斷面尺寸16.9 m×9.5 m。分三節(jié)預(yù)制，整體頂進(jìn)。

NK1+100.2箱型通道具有如下難點(diǎn)：大角度斜交，頂推夾角60°，箱型夾角45°頂進(jìn)；覆土厚度極薄，覆土厚度97～124 cm；頂進(jìn)方向左側(cè)需要破除一個(gè)老圓管涵和老蓋板通道。根據(jù)地道橋上部覆土厚度確定合適的單次頂進(jìn)長(zhǎng)度(不超過(guò)20 cm為宜)，以保證上部土體及路面不發(fā)生塌陷，開(kāi)始地道橋頂進(jìn)施工。若掌子面土體不穩(wěn)定，出現(xiàn)坍塌，采取注漿方式加固土體后再進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)。為不影響武深高速正常通行，防止因施工引起高速公路路面沉降、移位和開(kāi)裂，確保高速公路行車安全和施工人身安全，施工前項(xiàng)目部組織了相關(guān)專家進(jìn)行施工及交通組織分流專項(xiàng)方案評(píng)審會(huì)議，制定了專項(xiàng)施工方案，采用“立體支護(hù)、分部開(kāi)挖頂進(jìn)框架橋”施工方法。路面土體采用鋼盾構(gòu)立體支護(hù)，盾構(gòu)內(nèi)分部暗挖土體技術(shù)，穩(wěn)固掌子面；框架橋分為三節(jié)預(yù)制頂進(jìn)，節(jié)與節(jié)之間設(shè)中繼間。在武深高速公路西側(cè)設(shè)置頂進(jìn)工作坑，由西向東頂進(jìn)。

3.2 施工技術(shù)要點(diǎn)

(1)準(zhǔn)備工作

①工作坑測(cè)量與放線。工作坑中心線與頂推箱涵的中心線一致，是頂推過(guò)程中的基準(zhǔn)線。在工作坑內(nèi)澆筑滑板，按照預(yù)設(shè)的角度進(jìn)行箱體預(yù)制，每節(jié)箱體的長(zhǎng)度為16 m，箱體間布設(shè)中繼間，為臥式千斤頂提供頂進(jìn)支撐面。完成坑內(nèi)設(shè)備的安裝后，在坑內(nèi)兩端設(shè)置1～2個(gè)臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)。②門框梁基礎(chǔ)樁與邊坡防護(hù)樁施工。在箱型通道下穿平汝高速進(jìn)出口位置路基邊坡上進(jìn)行路基邊坡防護(hù)樁及門框梁基礎(chǔ)樁的施工作業(yè)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)平面位置進(jìn)行施工作業(yè)。③開(kāi)挖工作坑、修筑滑板。修建工作坑作為箱涵頂推工作基地，前端緊靠平汝高速、后端設(shè)置運(yùn)土車道，坑內(nèi)修筑滑板，滑板上設(shè)潤(rùn)滑層、隔離層?；舆吰?∶0.5，開(kāi)挖尺寸和位置按設(shè)計(jì)布置，坑底四周布設(shè)0.3 m×0.5 m排水溝、集水井。工作坑開(kāi)挖的同時(shí)進(jìn)行施工進(jìn)出口處門框梁及邊坡防護(hù)樁壓頂梁的施工作業(yè)。④箱型通道主體預(yù)制。本工程在滑板上預(yù)制箱涵通道涵身，采用鋼模板、扣件式鋼支架，為防止混凝土側(cè)墻澆筑時(shí)存在明顯施工縫，外模選擇插模法。整個(gè)涵身主體分兩次完成澆筑工作，第一次澆筑至全高2/3、第二次完成全部澆筑工作；底板三角塊與第三節(jié)涵身同時(shí)進(jìn)行澆筑。完成澆筑后拆模，并使用草袋覆蓋澆水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥14 d。涵身頂推施工前做好防水層施工，并對(duì)外表進(jìn)行潤(rùn)滑，有效減小頂推阻力。⑤鋼盾構(gòu)制作安裝。本工程鋼盾構(gòu)的制作材料選用5、10、16、20、40 mm厚Q235鋼板與32b工字鋼，刃角為20 mm厚鋼板。鋼盾構(gòu)與第一節(jié)涵身使用預(yù)埋螺栓進(jìn)行連接。⑥修筑后背。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，采用板樁式后背，板樁式后背主要由C25鋼筋混凝土樁基、C15素混凝土墊層、C30鋼筋混凝土承臺(tái)、C30混凝土鋼筋混凝土背板及C30混凝土鋼筋混凝土肋板構(gòu)成。⑦下穿公路加固。本工程下穿施工前與運(yùn)營(yíng)部門做好溝通交流，保證行車安全。公路加固采用鋼盾構(gòu)進(jìn)行頂進(jìn)箱涵頂部及兩側(cè)的防護(hù)，并在三個(gè)獨(dú)立箱體進(jìn)行施工期間，對(duì)周圍土體采用超前錨桿、注漿等措施進(jìn)行加固處理[4]。

(2)試頂與頂推

根據(jù)千斤頂機(jī)械性能，16臺(tái)320 t臥式千斤頂，其最大推力：N=16×3 200×0.7=35 840>34 925 kN，故可滿足設(shè)計(jì)要求。因第二沒(méi)有盾構(gòu)，頂力小于第一節(jié)，故千斤頂也按此配置。

①試頂。試頂采取逐步增壓的方法，增至一定壓力后穩(wěn)定3～5 min，檢查所有設(shè)備無(wú)誤后繼續(xù)加壓，正式頂推。②挖土與運(yùn)土。本箱涵高度較大，擬采取挖掘機(jī)進(jìn)行取土作業(yè)，要求不得超挖，挖土過(guò)程中保證土坡平衡，且做好觀測(cè)工作，根據(jù)箱涵頂推過(guò)程中的偏差情況及時(shí)調(diào)整挖土方法。③頂推。前方刃腳處挖土完成一進(jìn)尺長(zhǎng)度后，啟動(dòng)高壓油泵推動(dòng)箱涵前進(jìn)，一般情況下每一沖程頂推190～800 mm。箱涵前進(jìn)后，用反向千斤頂將主千斤頂?shù)幕钊卦?，在空檔處增放頂鐵，以待下次開(kāi)鎬。如此循環(huán)往復(fù)，直至箱涵就位[5]。④頂推方向及高程控制。頂推框架時(shí)極易發(fā)生方向、高程偏差的情況，對(duì)此必須做好實(shí)時(shí)測(cè)量，一旦發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)調(diào)整，確保準(zhǔn)確就位。⑤收尾工作。頂推完成后做好收尾，包括拆除鐵脹圈、清掃管內(nèi)雜土，逐節(jié)測(cè)量高程、中線，并做好竣工紀(jì)錄。

(3)頂推監(jiān)測(cè)與糾偏工作

①頂推監(jiān)測(cè)

頂推施工期間，嚴(yán)格控制頂推行程和速度，采取短行程、多次數(shù)的辦法加快進(jìn)度，并邀請(qǐng)第三方專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)適時(shí)觀測(cè)開(kāi)挖面土體狀況，監(jiān)測(cè)各類參數(shù)，包括盾構(gòu)應(yīng)力、地表位移、軸線偏位及老涵洞收斂觀測(cè)等，適時(shí)調(diào)整開(kāi)挖和支護(hù)方案，確保施工安全有序。因平汝高速公路路面交通量大，常規(guī)水準(zhǔn)儀路面沉降監(jiān)控時(shí)間周期長(zhǎng)，觀測(cè)過(guò)程阻礙交通且存在安全風(fēng)險(xiǎn)，中央分隔帶采用靜力水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

②箱體糾偏

在整個(gè)頂進(jìn)過(guò)程中，加強(qiáng)箱體平面位置及上下位置的偏差的調(diào)控是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)，具體如下：箱身方向偏差調(diào)整。a箱身在空頂階段發(fā)生方向偏差時(shí)，利用方向墩設(shè)專人加換左右兩側(cè)與方向墩間的滾楔鐵板；也可在邊墻外側(cè)用一臺(tái)備用的千斤頂校正空頂階段的方向。b用增減一側(cè)千斤頂?shù)捻斄Γ杭撮_(kāi)或關(guān)一側(cè)千斤頂閥門，增加或減少千斤頂頂力數(shù)。c用輪流開(kāi)動(dòng)兩邊高壓油泵調(diào)整：如向左偏就開(kāi)左側(cè)高壓油泵，向右偏就開(kāi)右側(cè)高壓油泵。d用后背頂鐵(柱)調(diào)整：在加換頂鐵時(shí)，根據(jù)偏差將一側(cè)頂鐵楔緊，另一側(cè)頂鐵楔松或留間隙，調(diào)整時(shí)摸索掌握規(guī)律性，注意箱身受力不均時(shí)產(chǎn)生的變化狀況。e前端左右兩側(cè)刃腳前，可在一側(cè)超挖，另一側(cè)少挖土或不挖來(lái)調(diào)整方向。f在箱身前端加橫向支撐來(lái)調(diào)整。支撐一端支在邊墻上，另一端支在開(kāi)挖面上，頂進(jìn)時(shí)迫使向被頂一側(cè)調(diào)整。

箱身“扎頭”、“抬頭”的糾正。a在箱身前端基底換填20～30 cm厚的卵石、碎石、混凝土碎塊加固地基，增加承載力，籍以糾正“扎頭”。b在涵身前端加木支撐，支撐頂在涵頂兩側(cè)。經(jīng)過(guò)幾次頂換，“扎頭”可以得到糾正。c箱身“抬頭”糾正：可在底板前適當(dāng)超挖。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，鋼筋混凝土箱涵頂推施工技術(shù)在現(xiàn)代公路工程中得到了普遍應(yīng)用，具有效率高、干擾小、成本低等諸多優(yōu)勢(shì)[6]。在工程實(shí)踐中，由于頂進(jìn)結(jié)構(gòu)斷面形式、跨度大小、穿越長(zhǎng)度、覆土厚度及其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)等存在區(qū)別，必須根據(jù)實(shí)際情況合理選擇頂推施工技術(shù)，嚴(yán)格控制好各項(xiàng)施工參數(shù)，嚴(yán)格按操作規(guī)程開(kāi)展施工作業(yè)，做好施工組織管理，保證施工過(guò)程安全、箱涵質(zhì)量達(dá)標(biāo)[7]。