高速公路盾構法施工研究

鄧　鯤

[摘要]盾構法可以有效的保證施工過程中高速公路路面的平整度和整體穩定性，因而得到廣泛應用。詳細闡述高速公路工程盾構主要施工工藝、工藝流程，并對框架頂進進行精確地計算，事實證明，本施工方案正確，施工工藝先進，計算準確無誤。

[關鍵詞]盾構頂進施工施工工藝

中圖分類號：TU7文獻標識碼：A文章編號：1671-7597(2009)0610105-02

為了施工能順利安全進行，建設方、設計方、施工方、監控方、交警、路政部門經過多次研討和論證，決定長沙市環保大道下穿京珠高速公路地道橋施工采用盾構法施工。

一、工藝流程

長沙市環保大道下穿京珠高速公路地道橋主要工藝流程見圖1。

二、主要施工工藝

(一)工作坑的施工

工作坑置于京珠高速公路西側，工作坑作為地道橋預制和鋼構件設備的加工場地，按設計斜交角度布置。路基施工清淤清表后達到設計標高，工作坑土方采用挖掘機挖土、汽車運土，一部分土方置于后背上分層碾壓，多余土方外棄；在工作坑兩邊分別挖掘一條排水溝，溝底標高低于工作坑0.5m：工作坑邊坡坡比為1：1，在工作坑兩對角處各設一深2m的集水井，并澆灌混凝土護壁防止土方塌落，每個集水井中至少安裝兩臺中50抽水泵隨時排水，保證工作坑內呈無水狀態。

(二)滑板的制作

滑板長50.0m，寬18m，基底換填后，再灌注40cm厚的C25鋼筋混凝土滑板：在滑板底部設置寬0.4m，高0.35m，長與混凝土滑板寬相同的縱向及橫向混凝土錨梁，間距為2.0×2.0m。框架底順向的錨梁中預埋十根12.5m的P50舊鋼軌，其中8.5m伸入滑板底，其余伸入后背墻內使底板與后背連成一個整體；滑板混凝土中鋪設一層φ10@15×15cm的鋼筋網；滑板面按縱向2米格操作，以保證滑板面的平順。為防止箱體重心在頂進過程中離底板時易扎頭，滑板面做成差，在底板兩側設導向墩，導向墩與底板同時灌溉；滑板面從下至上依次為混凝土原漿抹面、3mm厚滑石粉一層、5mm厚石蠟(摻25％機油)一層、塑料薄膜三層，塑料薄膜必須保證完好無損，搭接時必須重疊1／3塊，以防灌注箱體混凝土時損壞。

(三)框架的預制

框架的制作分為三個工程：鋼筋工程、模板工程以及混凝土灌筑工程。

1、鋼筋工程。框架鋼筋布置嚴格按框架鋼筋布置圖注明的排列順序循環配置；鋼筋布置時要確保混凝土凈保護層厚3—5cm，框架橋強身部位的水平鋼筋先間隔綁扎，隨混凝土灌注時再逐一綁上，便于混凝土的震搗；箱身底板鋼筋焊接時應在施焊地點鋪設一塊石棉板，隨著焊接位置而移動，以免燒壞塑料薄膜隔離層。

2、模板工程。為保證框構外形尺寸準確、線條平直和混凝土內實外美，內外模板均采用1.5m×0.9m的大塊鋼模，邊墻倒角采用特制的整塊角模，以保證混凝土灌溉質量和外觀；模板支架采用鋼管支柱式支撐，左右前后間距為1m，柱子間上下縱橫平撐各三道，縱橫剪刀撐一道。每一塊模板設2根φ14的對拉鋼筋將內外側支撐鎖緊，確保模板支立直順平整，不出現鼓肚、錯茬現象。

3、混凝土灌筑工程。框架身混凝土澆筑分三次進行施工：第一層澆筑框構底板到邊墻倒角上高5cm處，第二層澆筑至框構上倒角下5cm處，第三層澆筑框構上倒角下5cm處以上邊墻及頂板；框架身C30混凝土(抗滲等級為S6)采用商品混凝土泵送，并按試驗配合比摻入早強劑以縮短工期，插入式震動棒搗固；框架邊墻的施工縫不設在同一水平線上，施工縫在下一層混凝土灌筑前必須鑿毛、沖洗干凈再灌筑一層與混凝土同標號的砂漿后，才能灌筑下層混凝土，以利施工縫處混凝土的結合；澆灌混凝土前嚴格檢查模板與鋼筋以及預埋件、施工平臺、抗剪力鋼搭樺等預埋件的位置與數量，征得現場監理認可后才澆灌。澆灌混凝土時為防止內外層主鋼筋變形，確保內外層主筋的間距和混凝土的保護層厚度，預板底模的拆除是在混凝土強度達到設計強度的8096后才進行的。

在框架的中繼間及前端進行預埋，以便“鋼盾構”的安裝及中繼間的制作需要，由于本地道橋箱體為斜交，為了施工頂進的可行性，所以在箱體預制的同時在箱體的尾端制作一三角形混凝土底板，配筋同箱體一致，與箱體連成一個整體。

(四)地基梁的制作

在頂進施工過程中，為防止頂進出口時由于頂板的摩擦力過大而帶動公路的整體位移及路面的局部拉裂，從而導致高速公路開裂變形影響行車安全，因此在地道頂進之前在高速公路東面坡頂并高于地道橋頂標高位置設計了一地基梁，以防作用的摩擦力過大而對公路帶來的破壞性。地基梁設計長×寬×高為：32米×0.8米×1.5米。順高速公路縱向布置，地基梁采用C25鋼筋混凝土澆注。鋼筋籠主筋采用φ25@15×15cm布置。

(五)中繼間施工

本地道橋采用中繼法頂進施工，在項進作業的過程中，為防止箱體以外的路基土方流失而形成空洞及凌空面，中繼間寬度設置為0.75米：在兩個中繼間的箱體外側預埋及安裝＆16mm鋼板設置在前節箱體上做為擋板，鋼板寬度均設置為2.75米，中繼間底鋼板后節與前節箱體必須進行相互搭接，后節箱體底鋼板長度為1.75米，與后節箱體施工時預埋焊接形成一個整體，在頂推施工過程中中繼間底板的摩擦為鋼板與鋼板的摩擦，最大限度地減少施工頂進的阻力，為防止中繼間頂進過程中箱體節與節之間的錯位，因此在施工箱體混凝－E，時預埋一定數量的限位導向架(采用工29a工字銅作材料)。

(六)后背施工

本方案采用后背墻重力式后背。其組成為挖孔樁、混凝土后背墻、分配梁、后背填土三部分。后背填土盡量加高及延長，并且分層夯實壓密，以保證填土內摩擦角大于300：滿足頂進反作用力的需要。頂進完成后，將其機械拆除，保證路基施工不受影響。

(七)減阻與潤滑

減阻和潤滑的對象是框構，給框構頂板、框構邊墻和框構底板潤滑，以減小頂進阻力。

1、框構頂板的減阻與潤滑：為防止磨損，減少阻力，并防止頂進帶動路基，使之與土體不摩擦，在箱框頂部沿項進軸線上間隔設置扁鐵，前端與鋼構群相焊接，后端懸掛于箱框頂板尾端，由于頂進距離較長，為了減少頂進阻力，在每座箱框頂部均拖掛5mm厚鋼板與掘進機構等寬、同長并隨箱框運動，使盾構與箱框上部混凝土不與土層接觸，在拖板以下推進，達到減少推進摩擦阻力和有效保護地道箱體的作用。并采用在頂板的拖板頂涂抹黃油及油泥的辦法來盡量減阻。當拖板穿過路基時用氧焊割斷，使拖板不再隨框箱的推進而運動，同時保證了已穿公路路基的穩定，有效地防止公路的橫移與沉降。

2、框構邊墻和底板的減阻與潤滑：基礎開挖后，在未頂進之前，噴射或涂抹一定的潤滑劑以減阻；邊墻減阻采用涂抹油泥的方法以減少摩擦，并且邊墻在頂進入土之前首先進行邊墻涂抹潤滑劑處理。在中繼間底

板設置潤滑油注入盒，底鋼板開小孔，將潤滑油盒安裝在小孔之上，每一行程時讓潤滑油自動流入路基，有效地進行了減阻。

(八)頂進基礎的檢查與處理

根據現場的勘測情況以及處理圖紙，對地質情況的勘測不明確，故無法對地基情況作準確無誤的判斷，但知道地基承載力低很容易引起栽頭，因此對地基基礎進行了適當處理，處理方法為：在開挖基礎的過程中，把C30混凝土分批預制好成60×50×100cm的方塊，基礎開挖完成后立即進行置換，留下的空洞部分用細砂加入滑石粉滿鋪，并讓頂進箱體及“鋼盾構”殼帶砂前進，可有效處理基礎及防止“栽頭”；對于特殊情況，還打入一定的木樁以擠密地基的方法加以處理；每行走一米取樣均做了路基承載力試驗，做到了發現問題及時進行有效預防及處理。

基底清出整平后，仔細檢查地基土層性質，地基承載力滿足應力要求。施工中基底有水，及時作好基底排水及降水，不帶水頂進。

基底開挖的標高原則上同框構底板保持一致，但根據框構頂進后的高程情況進行超欠處理，以達到糾偏的目的。

三、框架頂進

前面所做的一系列工作都是為了整個框架頂進工作能順利進行。本工程采用盾構法頂進施工，它屬于切削泥土，人力定位出土，帶公路坡比頂進，掘進時，各掘進機構相繼推進20cm后，將鋼架橋底板前滯后的坡比土轉出相同距離，并推進框架為一工作循環，轉運土方與頂進工作循環交替進行。上部土方由掘進機構前刃切割下落。框架頂進施工主要有以下幾個方面：

1、施工及頂進掘土。

2、試頂作業。正式頂進施工前。進行了試頂作業是非常必要的，做好路基的檢查、頂進設備的檢查；將油壓頂布置在框架尾部底板上，安裝頂柱、液壓油泵，調試液壓系統，檢查千斤頂功能無異常，管路沒有泄露，逐步加大油壓力推動箱身，測定起動力，有效的檢查后背和公路路基的變化情況是否正常。

3、傳力柱的制作及接長傳力柱。由于施工水平頂力較大，利用千斤頂較多，頂進距離又長，情況比較復雜，所以傳力柱數量較多，總長約24×60=1440米：框構頂進每走一個循環后，接長傳力柱，頂進距離較長，約50米，傳力柱的穩定性顯得尤為重要，如果處理不當很容易發生起拱、頂拱等情況，甚至引起傷人事故。因此，在實際操作中，箱體頂進一定的長度后，在頂進后座的頂鐵處覆蓋了土方并加以壓實，解決了傳力柱穩定性的問題。

4、頂進糾偏。左右糾偏為利用油頂非均勻布置來完成，在頂進過程中，盡量使整個框架受力均勻，左右頂進保持一致，保持做到兩側土壓力均衡，勤觀測和檢查，找出偏差趨勢和出現偏差原因，及早處理；降坡為鋼構支撐架底板下超挖控制，爬坡采用木樁或鹼塊，由盾構座的升降控制適合于硅箱框的尺寸高程。頂進時要做好中線和水平的控制：

(1)中線的控制。在頂進過程中，油頂按框構受力的軸線均勻布置于框架底板尾部，使整個框架受力均勻，左右頂程保持一致，挖土時兩側保持對稱，兩側土壓力基本均衡。頂進時勤觀測和檢查，出現了偏差趨勢則找出偏差原因，及早進行處理，處理的方法是(以沿頂進方向為準)：當左則偏移時，千斤頂的左側緩慢頂進，而右側的千斤頂鎖定油壓，直到符合測量的中線為止，右側則相反：

(2)水平控制。在頂進過程中控制好底部基礎的挖土，防止“抬頭”和“扎頭”的現象，當出現“抬頭”時，采用超挖的方法進行調整；當出現“扎頭”時，采用欠挖基礎上方或通過對基礎進行一定的處理，并采用調節前盾構座底板的挖土來消除出現的偏差。