高速公路下大断面箱涵顶进施工技术--中国期刊网

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高速公路下大断面箱涵顶进施工技术

发表时间：2020/12/29 来源：《基层建设》2020年第24期作者：胡宝成

[导读] 摘要：主要介绍了箱涵施工技术在道路的施工过程中的钢盾构顶进施工技术和特点。

        中铁上海工程局集团有限公司上海市 200000
        摘要：主要介绍了箱涵施工技术在道路的施工过程中的钢盾构顶进施工技术和特点。
        关键词：高速公路下；箱涵顶推；技术
        1 工程概况
        本工程为穿越襄荆高速K1677+850~K1677+900里程段下穿箱涵，下穿箱涵与襄荆高速斜交角度为97°10′27″，蒙华铁路已建成2-32m简支T梁桥，道路自桥下穿过。
        顶进箱涵结构为C40钢筋混凝土结构，采用两个箱涵左右分幅顶进施工，箱涵顶进施工采用钢盾构法施工。下穿襄荆高速顶推段长49m，桩号为K1+175～K1+224，采用0.3%的单向下坡，单个顶推箱涵断面宽度19.8m，高度7.6m，其中结构顶板厚1.1m，底板厚1.2m，侧墙厚0.9m，中墙厚0.6m。箱涵顶进采用管幕法进行超前支护，管幕采用直径245mm，壁厚10mm的钢管。
        2 施工工艺
        2.1 顶进区土石方施工
        洞口开挖时为确保洞口掌子面安全及高速路基安全，管幕施工不开挖襄荆高速边坡，管幕机具在坡脚架设，具体施工工序如下：①施工洞口灌注桩及冠梁→②管幕梁底回填土→③打设顶部管幕→④施作管幕梁及挡墙→⑤打设侧墙管幕→⑥管幕顶部回填土→⑦施作洞口边沟。
        顶涵洞口土方开挖时采用机械开挖，人工修整。施工范围外侧高速护坡植物施工时注意保护，防止高速护坡水土流失。如施工损坏予以恢复。洞口开挖时，因环框梁垂直于高速土体，为防止环框梁施工时及施工完成后箱涵未顶进期间高速土体垮塌，洞口土方采用留核心土法进行施工。
        2.2 滑板及后靠背施工
        为确保箱涵预制及顶进，需在场地设置预制场，预制场地既是箱涵预制区，又是框架结构顶推滑行面，框架滑板采用钢筋混凝土板结构，要求顶推滑面平整，并采取措施保证滑板稳定，不被前顶的框架带走。箱涵结构在预制场地内进行预制，预制场地坑底滑板设置为30cm厚C25钢筋混凝土，按间距5m*4m设置通长纵横加劲梁。顶进工作区开挖完成后，进行地基承载力检测，符合要求后进行抗滑梁及滑板施工。
        2.3 人工挖孔桩施工
        灌注桩施工为洞口防护桩基及后靠系统桩基，其中箱涵后背为33根5m长φ1200桩基，洞口防护桩设计采用32根φ1200桩基础，桩长为深入风化岩0.5m。因洞口防护桩位于高速边坡坡面之上，坡面倾斜较大，无施工作业面。无法采用大型机械施工。为确保高速路基安全，灌注桩施工方法采用人工挖孔桩进行施工。
        2.4 预制箱涵施工
        下穿通道箱涵左右幅分开预制，箱涵长49m，单个顶推箱涵断面宽度19.8m，高度7.6m，左右幅各分3节预制，其长度为13m+18×2m。箱涵结构采用C40混凝土预制，结构顶板厚1.1m，底板厚1.2m，侧墙厚0.9m，中墙厚0.6m，机动车道箱涵净宽11.9m，人非混合道箱涵净宽4.8m。
        因结构尺寸较大，预制时分三次浇筑混凝土，第一次浇筑至下八字以上1.2m处；第二次侧墙浇筑至底板以上3.3m处；第三次浇筑剩余侧墙及顶板，预制完成。
        2.5 管幕施工
        箱涵顶进采用管幕进行超前支护，管幕采用直径245mm，壁厚10mm的钢管，根据场地条件及施工条件，钢管节长采用3m、6m，管幕施工插打角度同箱涵纵坡坡度，为0.3%；箱涵顶部及左右侧钢管之间采用锁口连接。锁口采用四块75×50×8mm的角钢与钢管焊接而成。锁口宽度为5cm，高19.2cm。
        管幕填充：为了提高管幕的刚度，管幕出土完成之后，在出露端封堵并焊接砂浆灌注管，同时安设排气管，管口要求高于管幕10cm。在钢管内设置4根Φ25钢筋通长埋于钢管内，钢管内部填充M30水泥砂浆，直到压力达到0.5MPa，并稳定5～10min，灌满后封堵端口。
        2.6 箱涵顶进施工
        箱涵顶进总体施工方案为确保施工安全先进行右幅箱涵顶进，待顶进成功后土体加固完成稳定后再进行左幅箱涵顶进箱。箱涵顶进采用钢盾构法进行施工。
        顶进设备主要为千斤顶，下穿箱涵均采用320t油压千斤顶，千斤顶每节段箱涵布置30个，2个备用，顶长1.8m，设计行程1.2m，有效行程1.0m顶镐；顶铁采用钢板及型钢焊接，外形尺寸为500*500*200mm，传力柱采用钢筋混凝土预制，混凝土强度等级为C30，尺寸为1000*600*500mm，其中每个千斤顶计划使用60块传力柱及5块顶铁；钢盾构，箱涵采用顶推施工，路面以下土体采用管幕、钢盾构分割土体支护技术，稳固掌子面；同时将钢盾构刃脚做成斜面型，以适应土体自身稳定坡面，最大限度防止土层正面失稳。控制地表沉降。箱涵钢盾构结构图如下图所示。

        图1 箱涵钢盾构结构图
        2.6.1 钢盾构作用
        钢盾构法是在保留传统顶涵施工方法工艺的基础上，对箱涵顶进路基支护采用平刃切土，用钢构支撑架来保持公路坡比，提高了施工的安全性和适用性，特别是对于大跨度箱涵顶进施工更具有可靠性，最大限度地减少浅覆盖层顶进施工过程中对公路路基的扰动。

        图2 顶进区高速横断面布置图
        钢盾构法采用了网格式的原理，化整为零，具有如下三个作用：
        （1）掘进面支护
        在第一节箱涵前装配盾构，作为箱涵带土顶进时掘进面与路基的支护。掘进开挖分为子盾构内开挖、墩柱开挖、中心土开挖等三部分多个格构，能保证开挖面的稳定。
        （2）顶进过程中导向
        顶进时盾构的墩柱对通过的土体进行了预压，盾构在前方走出一道轨迹，箱涵沿着这条轨迹前行。盾构的走向完全取决于人工超挖的方向，可高可低，可左可右。当上托板的角度增大时，在中心土的反力作用下，盾构被迫抬升。反之盾构降低。每个立柱的两侧都安装了剪力板，中心土左侧超挖，右侧欠挖时，盾构向左偏转。
        （3）高速公路路基路面保护
        在箱涵顶进期间，对高速公路产生两种不利影响：沉降和水平位移。要保证顶进期间高速公路畅通，不断道就必须严格控制沉降和水平位移。
        1）沉降控制
        高速公路沉降主要由两个原因产生：箱涵基底沉降和土体损失。盾构法顶进能有效减少土体损失造成的沉降。因土石方开挖在盾构的支护下作业，路基开挖的高度和宽度均和箱涵相同，甚至是由盾构周边的刃角切入，不会造成超挖和土体坍塌。同时在每节箱涵之间接缝处，四周均采用护套钢板进行了封闭，减少了上部土体的损失，也就减少了高速公路路面的沉降。在顶进就位后，立即对箱涵顶部和两侧的缝隙进行注浆填充，能最大程度减少路面的短期和长期沉降。
        2）水平位移控制
        在箱涵的整体顶进过程，箱涵顶面与土体的摩擦力逐渐增加，当超过路基的抗剪能力时，高速公路被拉裂，甚至带着整个路基偏移。如果能减少箱涵顶进时的摩擦阻力，就可以减轻顶进时箱涵对上部覆盖土的破坏。在盾构顶进中控制水平位移有几项关键措施：
        ①隔离卷板隔离路基土体
        盾构上部设有17个子盾构，每个子盾构由两台100t 的千斤顶控制。在每个子盾构伸缩框内安装了一卷与子盾构等宽、厚度5mm、与箱涵等长的隔离卷板，卷板尾部固定在路基外。当单个子盾构向前顶进时，隔离卷板即铺设在箱涵及盾构顶部，有效隔离了盾构（箱涵）与上部覆盖层（土体）的直接接触；润滑脂涂布器在隔离卷板的下方涂布润滑脂，均匀充满在减阻隔离卷板与隔离钢板之间，从而大幅度减小了顶进阻力；隔离卷板尾部固定体将其尾部限制定位，由于隔离卷板的拉结作用及它与土体的摩擦阻力作用，隔离卷板与上方覆盖层形成整体，有效避免覆盖层随箱涵顶进的跟随移动，保证覆盖层上方的结构物免遭破坏；隔离卷板铺设后相对土体是固定不动，不存在对上部土体的二次扰动，因此采用本方法能有效控制高速公路下沉。
        ②多层钢板减阻
        在箱涵顶部，除了减阻板之外，沿顶进轴线方向通长设置5mm厚减阻钢板。其前端与盾壳尾端焊接，后端摆放于箱涵顶板上。箱涵顶板顶部预埋50mm宽扁铁，间隔50mm布置，与顶板顶面平齐。这样，箱涵顶部与土层被减阻钢板与隔离卷板隔开，当子盾构牵引隔离卷板铺设在顶部后，隔离卷板不再移动，第一节箱涵与盾构带着减阻钢板在隔离卷板下运动，第二、三节箱涵顶进也在减阻钢板下运动。摩擦系数由混凝土与土的0.5～0.7下降到了钢与钢的0.1～0.2。顶进前，在隔离卷板与减阻钢板间涂抹润滑脂，箱涵喷涂石蜡润滑层，降低周边土体的摩擦力。
        ③环框梁
        在公路对面，各箱涵出口边坡上部设置钢筋混凝土环框一条，用以支撑出口门框梁，抗推梁两端与支承桩系梁相连，上部用填土反压，用以抵抗子盾构及减阻板上部土出洞时的纵向推力，以保护路基边坡。
        2.6.2 顶进时高速公路安全防护
        （1）钢盾构顶进时高速公路不封闭交通，但施工段需要限速60km/h通行。为减少路面变形对行车安全的影响，需要在路面采取封闭车道，车辆限速通行的交通组织措施。即顶进时当钢盾构前进到某一车道下方时，该条车道即临时封闭，实行单向单车道限速通行到顶进施工完成，以确保交通与施工安全。具体交通组织措施需要根据高速管理处及相关规范的要求进行。
        （2）为避免中断交通，做好立即加铺沥青混凝土修补路面的施工准备。当发生较大的路面沉降时（路面沉降大于30mm），或者高速公路路政、交警部门要求进行路面修补时进行。顶进之前，联系好具有高速公路路面作业资格的单位，一旦出现问题，即上路进行刨铣，加铺沥青作业，4h左右即可完成半幅路面或单条车道的修补。
        （3）公路路面上按规范布置施工警示标牌，警示灯，安排专人24h值守，巡视高速公路路面，维护交通安全。
        2.6.3 施工临时排水
        箱涵施工期间，需要避免高速公路既有排水系统被破坏，影响路基安全；避免工作坑被水浸泡，降低承载力，影响顶进施工。
        （1）高速公路排水系统
        施工时会影响到既有高速公路排水系统。因此，施工前，凡是排向施工范围内的水沟进行封闭或改道，保持高速公路排水通畅，减小对周边环境的影响。顶进完成后，对水沟进行整修，恢复原状。
        （2）施工范围内的排水
        顶进工作坑周边设置排水沟，集水井，保持坑内干燥不积水，即使遇到大雨也不至于长期泡水。
        施工范围内设置临时集水井、排水沟，保证场地排水通畅，确保基底稳定。
        2.6.4 施工注浆
        为保证顶进过程中减小顶进阻力，在每节箱涵前部布置2排注浆孔，注浆管在箱涵内侧连接压浆机，管道用高压橡胶管。在顶推全过程中要不断地补浆，使顶推过程中箱体顶部和边墙充满泥浆来减少箱涵与土间的阻力。
        3 结束语
        穿越襄荆高速K1677+850~K1677+900里程段下穿箱涵采用钢盾构顶进施工方法后，按期顺利完工，质量优秀、造价不高。可见，此施工方法适宜于高速公路下顶进地道的工程，值得推广。
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