南水北調穿京滬高速公路箱涵頂進施工技術

李樹恩，趙世敏

（1.天津市水利工程有限公司,天津 300222；2.天津市水利科學研究院，天津 300061）

1 工程概況及特點

1.1 工程概況

南水北調中線1 期工程天津干線天津市1 段工程施工TJ5-2 標段，設計流量為45 m3/s，加大流量為55 m3/s，為3 孔4.4 m×4.4 m 鋼筋混凝土箱涵。樁號為135+759-136+167，全長0.408 km，其中頂進箱涵長度為72 m，京滬高速公路交匯里程為

DK93+600。

1.2 工程特點

（1）穿越京滬高速公路施工采用管幕支護、箱涵頂進施工工藝，為保證京滬高速公路的安全運行，對施工前期的策劃、技術儲備、施工過程的控制都提出了很高的要求。

（2）穿越施工中頂進坑、接收坑的支護工程是本工程的重點。施工過程既要保證垂直開挖時維護樁的穩定，又要保證京滬高速公路的運行安全。

（3）降排水是本工程順利施工的首要問題，且基坑降水和高速公路范圍閉水存在矛盾，為高速公路基礎邊坡的穩定以及施工進場作業帶來困難。

2 箱涵頂進前準備

首先進行施工降水、支護灌注樁、攪拌樁止水帷幕施工以及管幕洞門土體加固，然后進行土方開挖、注漿加固、管幕施工，同時開挖箱涵頂進坑。箱涵頂進基坑開挖到設計高程后，進行滑板、后背梁施工，同時開始底排管幕施工，滑板澆注完成后進行隔離潤滑層、預制頂進箱涵。

3 箱涵頂進施工

3.1 箱涵頂進流程

箱涵頂進工藝流程，如圖1 所示。

圖1 箱涵頂進工藝流程

3.2 箱體頂進方法

箱體預制成型后，當混凝土強度達到設計強度方可進行正式頂進作業，箱涵的頂進采用吃土頂進法施工，邊頂進邊出土，箱體底、側、頂刃腳始終吃土頂進。

3.3 頂進設備及頂鎬布置

（1）根據設計頂力（設計頂力比計算頂力大）布置千斤頂，設計頂力：第1 節最大頂力為4 300 t，第2、3 節最大頂力為4 100 t，后背梁最大頂力為4 500 t。該箱涵為正交，千斤頂和頂鐵都對稱布置，在第4 節箱涵末尾布置20 臺500 t 頂鎬，使用1 臺ZK500 型超高雙級軸向柱塞泵供油。中繼間兩端留有3.5m 鎬窩，以安裝7 臺頂鎬，使用1 臺高壓油泵加壓供油，1臺高壓油泵可為幾個中繼間頂鎬供油，通過分配閥調節。

（2）中繼間千斤頂安裝，先在槽內鋪塑料布，防止液壓油泄露到混凝土表面。固定時要將千斤頂的底座與預埋鐵表面相平行，然后在千斤頂和預埋鐵之間塞上鋼板使之沒有縫隙。

（3）頂鎬與頂鐵之間安放1 道分配橫梁，以保證頂鐵共同受力，分配橫梁用55 號工字鋼平臥安放，并用鋼板焊成整體；頂鐵與后背之間安放1 道橫梁，以便后背梁受力均勻。頂鐵用鋼軌作成10、20、30、60、120、200 及400 cm 7 種不同長度； 為保持頂鐵的穩定，分隔6～8 m 設1 道橫梁，以提高頂鐵整體穩定性，橫梁安設在已換成長頂鐵的固定段內。

（4）當頂進結束時將千斤頂取出，將槽內的油污、土等雜物清理干凈。

3.4 頂進作業

為了加快進度、減少頂進流程，箱涵頂進優先4節一起頂進，只有頂力太大威脅后背安全或方向出現偏移、糾正困難時才啟用中繼間頂進。首先啟用第1 道中繼間頂進，中繼間啟用越少頂進效率越高。頂進作業流程，如圖2 所示。

圖2 頂進作業流程

3.4.1 測量控制

在箱涵內頂板上標出中線，安裝測量靶盤，在箱身前后中線延長線上設固定觀測控制點，控制點不少于4 個，觀測時以固定中線點核對箱身上的中線位置，判斷其方向偏差。

箱身高程采用水準儀控制。頂進前在每節箱涵內4 角頂底板設觀測點，頂進前做好原始記錄，以此作為箱涵標高變化依據。每頂1 鎬必須進行箱體位置和標高測量。根據測量數據描繪頂程與頂力關系曲線和頂程與方向高差的關系曲線，用控制圖控制頂進質量。

3.4.2 涵內出土

（1）箱涵為1 箱3 室結構，每室孔徑為4.4 m×4.4 m，每箱內使用1 臺0.3 m3微型挖掘機挖土和3 m3裝載機、自卸汽車運土。

（2）挖土過程中一定要控制好挖土量和掌子面坡度，保持吃土頂進，始終保證鋼刃腳對土體的支撐作用。每次頂進量和挖土量要一致，不得超挖。

（3）開挖面含水量大時會影響前端土體自穩性，需要在開挖面上設置水平的排水管。排水管可采用Ф108 鋼管，鋼管上交錯布設滲水孔。

（4）開挖面遇到砂質土時，由于自穩性差無法保持開挖面穩定，可以采用超前小導管注漿法加固開挖面，導管使用Ф42 鋼管，每次加固長度可達3～5 m，漿體采用水泥-水玻璃混合漿。導管與孔口處采取密封措施進行壓力注漿，使漿體向孔外擴散。初凝后拔出導管。

3.5 頂進中箱涵的姿態控制

3.5.1 方向調整

（1）在滑板上頂進時，為了防止箱涵方向偏移，在箱涵兩側對稱設置20 個導正墩，保證箱涵進洞前軸線不發生偏移。

（2）在頂進過程中，方向由首節箱涵控制，在正常頂進時保持所有千斤頂同時頂進，當發生偏轉時可以調節相應位置千斤頂數量和頂進時間來調整箱涵方向，比如首節箱涵發生向右偏轉，在箱涵頂進時就可以先開中繼間右側的千斤頂頂進，進行糾偏。當首節頂進結束一個行程時，其后3 節箱涵跟進，在后2 節箱涵頂進時首節箱涵的前方挖土工作可以一直繼續。

（3）在箱涵的頂進過程中測量儀器要隨時監測頂進時的位移情況，發現偏移要隨時糾偏。箱體完全進入土體后單靠千斤頂調節往往效果不佳，糾正方向時需要挖土配合。如，箱體左偏時左側箱體多挖土，減少左側底板、側墻吃土量，使左側箱體頂進快于右側，反之亦然。

（4）首節箱涵進土后要及時開始注漿，以減少摩擦力。

3.5.2 高程調整

箱涵標高在鋼管滑道上移動，標高由鋼管滑道決定，所以在帷幕施工時要嚴格控制底排帷幕鋼管的施工精度。

3.6 注漿減阻

箱涵在頂進過程中不斷把箱涵周圍土體帶走，特別是頂部土體不斷下沉，頂程越長下沉量越大，若有減阻泥漿，箱涵帶走的是泥漿，而泥漿可以不斷地補充，保證了土體穩定，減租泥漿還有加壓、保壓作用，使土體維持原來壓力不變或更大，從而避免和減小地面沉降。

3.6.1 減阻泥漿

在箱涵頂進時要注入減阻泥漿。膨潤土和水比例為3∶40，用注漿泵將攪拌好的漿液從預留注漿口灌入，使整個頂進過程中充滿泥漿來減小箱涵與土間的阻力，并始終保持注漿壓力大于涵頂覆土壓力以減小地面沉降。

3.6.2 注漿填充在頂進結束之后，要對箱涵與土體間的泥漿部位填充注漿，使用的漿液是水泥漿，其水灰比為1∶1。注漿孔選用原來減阻泥漿口。采用置換注漿方法，當附近的注漿孔開始溢漿時，關閉當前注漿孔，再溢漿時開始注漿，依次推進。

4 箱涵頂進注意事項與應急預案

4.1 注意事項

（1）每次開鎬前及交接班時都應檢查油泵等液壓系統有無故障，挖土是否符合要求，頂鐵安裝是否合格及后背變形情況。

（2）刃腳一旦全部插入土體，應暫停頂進，組織機械和人員加快挖土和出土的速度，實行連續作業，以保持箱身不斷頂進。

（3）如因某種原因而使頂進中斷時，也應間歇性地頂進箱涵，以防止箱涵在重新頂進時阻力增大。

（4）頂進時，頂鐵和后背處嚴禁站人，以防止頂鐵弓起蹦出或后背產生意外安全事故。

（5）挖土頂進與觀察要緊密配合，側刃腳切土及底板前清土要隨時與軸線豎向偏差校正相配合，及時調整首節箱涵吃土高度及側刃腳切土寬度。

（6）頂進時在箱涵外側土體內注漿，減少摩阻力。

（7）每一頂程都應觀測前、后端高程，如出現偏差應及時處理。

（8）頂進中需做好記錄。

4.2 應急預案

（1）塌方：當掌子面發生塌方時不能停止頂進，而應立即強行將箱體向前頂進，頂進越多越安全，并立即向掌子面堆土穩住掌子面。

（2）后背損壞：后背損壞有2 種情況，一是后背土體完整性損壞，土體沿45°剪切面破裂，最簡單的方法是在后背上堆載，可以有效提高后背承載力；也可以注漿加固。二是后背樁斷裂，此時應在后背樁后打入一排加固樁，將后背壓力傳給后背土體。

5 結語

采用該方法施工，有效減少了地層擾動，控制了路面沉降，箱涵頂進施工順利，其位置、高程均達到設計要求，保證了施工質量和施工安全。