預應力混凝土箱涵頂推下穿高速公路過程中的變形監測

【摘要】本文討論了預應力混凝土箱涵頂推下穿高速公路過程中的一系列內容，并總結出了一些檢測過程中的經驗；

【關鍵詞】預應力混凝土；箱涵；高速公路；變形監測

預應力混凝土箱涵梁橋是一種合理的、科學的、經濟型的結構，具有施工方便、剛度大、節約材料、架設速度快以及抗震性能良好等方面的優點。調查發現，將預應力筋混凝土箱梁橋應用在25m--60m跨徑的橋梁中，不僅可以降低制作安裝成本，也能夠提高經濟、社會效益。特別是在高速公路中的跨線橋應用當中，能夠有效避免施工引起的交通中斷、橋下凈空不足，還能夠提升跨越能力等。預應力混凝土箱梁橋也將成為以后結構體系中重要的發展方向，尤其是對于多跨橋梁，使用預應力混凝土可以降低梁高，同時擁有更加的使用性能。

1、工程簡介、特點及難點

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45m3/s，加大流量為55m3/s。為3孔4.4m×4.4m鋼筋混凝土箱涵。樁號為135+759～136+167，全長408m，其中頂進箱涵長度為72m。與京滬高速公路交匯里程為DK93+600。

工程特點及難點

1）穿越施工采用管幕支護、箱涵頂進施工工藝技術，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、施工過程的嚴密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圍護樁的穩定，又要保證京滬高速路的運行安全。

3）降排水是本工程順利施工的首要問題。施工區域地下水埋藏較淺，含水量豐富，為基礎邊坡的穩定以及施工干場作業帶來困難。

4）工期短，工序較多，必須采取嚴密的施工進度安排，才能保證按合同工期完成。

2、頂進箱涵法

2.1、工作原理及特點。

頂進箱涵法實在不中斷既有線路交通的條件下，確保線路交通能后正常安全的運行、較少影響地標環境的一種構筑立體交叉的施工方式，記在地面以下的工作井（基坑）內將預制好的箱體結構用機械力量頂入地層就位，穿越既有線路。這種工法還可以運用于建造穿越既有線路的過水涵洞、水渠以及礦山排洪溝等。頂進箱涵既可以是單孔也可以是多孔分離、多空連續，頂進方法上即可以是頂推，也可以是頂拉、對頂、牽引，既可以一次連續頂進，也可以分節使用中繼間方法頂進。

2.2、適用范圍。

頂進箱涵法橋主要用于不用爆破開挖的土質地層中，適用于修建各種地下管道和穿越鐵路或街道的各種橋涵、地道。當頂進距離不長、結構斷面不大時采用頂進箱涵法就能很好的節約造價、縮短工期。

2.3、涵內出土

1）箱涵為一箱三室結構，每室孔徑4.4m×4.4m，空間太小

不能使用大型機械作業，每箱內使用一臺0.3m3微型挖掘機挖土和3m3裝載機運土，

自制背鍋運土。

2）在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。排水管采用108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，采用超前小導管注漿法加固開挖面，導管使用42鋼管，每次加固長度可達3m～5m，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、變形監測項目分析

箱涵分為左右兩側，沒測又分三節。監測方案必須首先能控制每節箱涵的偏位、旋轉、頂推距離值以及箱涵相鄰節段之間的相對姿態，同時還能夠分析判斷出南北兩側箱涵的相對關系。以便進行水平糾偏和姿態控制。還有，必須能夠反映出每節箱涵的豎向位置、姿態以及和設計姿態比較時的沉降值，以進行豎向姿態的糾正和調整；第三，為了讓公路隔帶兩側路基形成一個整體，施工單位采用了管棚支護，并將公路兩側邊坡上筑成了兩個門框梁。為了防止箱涵頂推過程中路基下沉而導致箱涵頂部高于門框梁下底面，還應監測箱涵頂不表面和門框梁底面之間的高差，以確保箱涵能夠順利下穿過門框梁。

4、箱涵頂進關鍵技術

管幕支護技術：箱涵四周鋼管幕設計使用970mm鋼管，管幕施工是關鍵工序，與頂進段箱涵預制平行施工。管幕作坑位于高速公路東側，而箱涵工作坑位于高速公路西側，箱涵預制和鋼管帷幕可以同時施工。970mm鋼管采用泥水平衡掘進機為先導頂進，施工順序是先頂排、后兩側、再底排。

5、箱涵姿態控制

5.1、箱身中線的控制：在箱涵內頂板上標出中線標記，安裝上測量靶盤，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。在頂進前在每節箱涵內四角頂底板設觀測點，在頂進前測好原始記錄，以此作為箱涵標高變化依據。糾偏的決策來源于測量數據，每頂一鎬必須進行方向和標高測量。用經緯儀、水平儀測量頂進過程中箱體位置和標高偏差，提前放出箱體就位線，做好箱體頂進記錄。根據測量數據繪制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。

5.2、要使箱身頂進方向不致偏斜，布置千斤頂時應嚴格根據箱身正交情況計算的千斤頂布設位置進行布設，使千斤頂合力作用線與道路中線平行，并與箱身阻力的作用線重合。

5.2.1、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。

5.2.2、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。用定位儀器測量糾偏是否有效，如果箱涵正位后就可以啟動其他千斤頂同時頂進。當首節頂進結束一個行程時，后兩節箱涵跟進，在后兩節箱涵頂進時首節箱涵的前方挖土工作可以一直繼續。

5.2.3、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。

5.3、軸線偏位檢測。

為了精確控制箱涵各部分之間的相對關系，確保箱涵落位時軸線偏位不超過規定限制，軸線偏位監測網的網型布設及其觀測精度就顯得尤為重要。

軸線偏位監測網的主要目的就是監測兩側箱涵的中心線在頂推過程中的偏差情況，最初設計采用基準線法檢測兩側箱涵的中心軸線，但由于中心軸線方向上施工干擾極大，不便于設站監測，所以實際布設監測網時對方案進行了修改，改用基準線法監測兩側箱涵中心軸線的平行邊線。

6、結語：

頂進法已成為增加公路下穿立交通道的一種主要施工工藝，并被逐步應用推廣。在以往國內箱涵頂進工程中，涉及現場檢測變形的文獻和分析一般圍繞影響區域的沉降來進行，通過結合工程地質條件和施工情況，全面、系統的分析了箱涵頂進過程中箱涵下穿高速公路頂進施工的若干規律性成果，為今后類似工程提供經驗。

參考文獻

[1]商海明.下穿鐵路地道橋頂進施工技術[J].山西建筑，2011，37（32）：155-156.

[2]張貴婷，張宏，鄭開大道頂進箱涵施工設計研究院[J].公路，2007.

作者簡介：邱春盛（1987-），男，身份證號碼：440921198702080818，工學學士。