公路箱涵頂進施工新技術綜述

樊愛平

(山西晉城路橋建設有限公司)

1 頂進施工中不同頂進法及相關技術特點

1.1 管棚箱涵頂進法

這種施工方法的主要特點是在施工之前先用管棚支撐加固箱涵頂上的土層，然后實施相應地頂進施工，有很多重要的建筑物對自身建筑的沉降以及變形等問題要求比較嚴格，這種類型的頂進施工方法就能夠很好的解決這種問題。在頂進箱涵的過程中，一般是一次性設置好管棚，同時進行水泥灌注固化管棚周圍的土體，使整體性的管棚得以形成。使用管棚箱涵頂進法施工的工程實例見表1。

表1 運用管棚箱涵頂進法施工的工程實例

1.2 大口徑矩形頂管法

箱涵前端的工具頭為機械式的稱為矩形頂管。頂管采用土壓平衡式矩形頂管機頂進施工的工藝，即在道路兩側內分別設立頂管工作井及接收井，作為一段頂管的起點和終點，然后借助千斤頂的推力，把工具管以及緊隨其后的若干預制矩形管節從工作井頂出，并穿越土層一直頂進到接收井。

這種頂進施工法的優勢是不會對地面活動造成影響，同時還縮小了占地面積，在施工的過程中基本不會產生過大的噪聲和振動，因此，也不會影響到施工地點周圍居民的正常生活。同時安全性比較高，成本也比較低。但是這種施工方法卻有最為主要的一個缺點，那就是施工的技術難度很大。

目前，在道路工程中，矩形頂管頂進施工法得到了非常廣泛的使用。施工技術要求大致有首先在選擇頂管機頭時要對施工所在地的土層性質做詳細考察;其次糾偏操作要嚴格進行控制，以防出現角度過大的情形;再次在改善土層受力時可采用二次漿注的方法;再次保持各個工作面的壓力平衡，保證開挖面的穩定性;最后要考察清產生地表沉降的各種因素，并作出分析提出措施。

1.3 盾構箱涵頂進法

盾構箱涵頂進法施工時，每組子盾構都需要有人配合修整掘進面、出土以及盾構母體推進時對子盾構套入箱體狀態的監視。子盾構允許單次推進行程30 ～40 cm。子盾構作業有先頂后挖、邊頂邊挖或先挖后頂的三種掘進方式。子盾構推進時，其上部土方由前端鋸齒刃腳切割下落。這種頂進施工方法是機械盾殼在施工的過程中一方面控制開挖面的穩定性防止失穩坍塌，另一方面進行相關掘進、出渣工序，形成一定的襯砌，并施行壁后注漿，這樣在一定程度上就可以降低對周圍土體的擾動。箱涵頂進施工法在一定程度上改進了盾構法的壁后注漿以及管片襯砌，但是在很大程度上延續了前者的各種施工優點，例如環境影響小，地層適應性強等等。

現階段應用于箱涵頂進工程的盾構均為簡易式，有五部分結構，分別為支撐架、盾殼、子盾構、液壓推進系統、輔助機構五個部分。在施工的過程中，鋼構均為獨立體，施工時要錯開推進，將掘進面分部進行掘進，箱框的推進要在鋼盾構底板前方的土體清除之后方可進行。盾構箱涵頂進法的施工優勢是將整體工序進行分化，減小了土體在頂進過程中所承受的剪力和壓力，同時也減小了頂進的頂力，有助于維持土體的穩定并減小沉降。其缺點就是工程量大，安裝過程比較繁瑣，同時不能進行雙向頂進等等。相關的工程實例見表2。

表2 盾構箱涵頂進法工程實例

2 頂進施工的相關計算理論及計算方法

2.1 地表變形計算

上個世紀末，上海市特種基礎工程研究所水下工程研究組組長、高級工程師、副所長王承德等提出了估算地面沉降的方法，并逐步運用到了施工設計之中;中南大學橋梁與隧道專業副教授施成華等應用隨機介質理論分析了頂管施工擾動區的土體的變形和移，并且制定了一些列行之有效的程序運用于計算之中;西南交通大學教授、博導，國家注冊土木工程師肖世國等基于國外先進理論提出預測分析豎向變形的一些相關方法。但是影響頂進施工的因素比較多。所以上述各種計算結果與實際情況都會有一定的差別。

2.2 頂進力計算

對于箱涵頂進施工而言，御用公路橋涵或者鐵路橋涵的施工手冊里的最大頂力計算公式進行相關計算式可行的。頂力計算的重要性非常大，其計算結果是頂進設備配置、后背設計、箱涵局部承壓強度驗算等等計算過程的重要數據依據。計算的過程還要對頂力的分配進行充分考慮。上海交通大學土木工程系副教授，巖土力學與工程研究所副所長杜守繼等通過設置接觸單元等形式，運用三維實體建模方法來模擬其間的各種相互作用，分析得到相關的應力場和位移的具體分布，值得借鑒。

3 箱涵頂進施工過程的相關技術措施

3.1 降低頂進阻力的方法

減小頂進阻力的常用方法一般是通過灌注觸變泥漿的方式進行。泥漿需要進行特殊設計，可以通過增大固化強度來減少地表的沉降程度。但是在注漿過程中要注意壓力的大小程度，避免引起有害的地表隆起。摩阻力的降低可以采用將窄條鋼板設置在土體與框架之間來實現。由于盾構法采用了網格式工具頭的原理，化整為零，設置多組子結構，如果框架過長就會引起子結構頂力大和單塊鋼板阻力大等情況，這時可采用疊合鋼板的方法進行解決。

3.2 糾偏措施

在調整過頂鎬的數量和位置時，可以在一定程度上糾正中線偏差，其效果的實現是通過力偶的產生對照兩側形成的阻力來實現的。如果施工所在地的地質條件比較差，會出現比較嚴重的頂進“扎頭”現象，這在很大程度上會影響到工程的實際質量。同時應力在底板的不同部位的具體分布會有比較大的差別，這樣會導致受力不均產生不同的變形。如果這種變形不斷積累，箱身便會出現不均勻沉降，解決措施有以下幾種。首先在設計箱體時可提高標高，留出一定的沉降量;其次可以換填沙土加固滑板前端的地基;再次可以采用一定形式的船頭坡的箱體底板前端的造型，具體尺寸可以采用垂直高15 cm 水平長120 cm 的制式;最后還可以在底板上預先設置孔洞，然后通過孔洞在軟弱地基里打入預埋樁，這樣就可以降低沉降量。

3.3 監控措施

在公路箱涵頂進施工中，所采取的的監控措施的作用非常重要。在已經完成或者正在進行的項目中，很多工程都根據實際情況實施了相關的監控措施，一些比較重要的工程項目，還根據具體情況對監控過程進行了相應地科學研究。在監控過程中，主要監控的內容。

(1)監控相應的姿態情形，這主要包括高程、中線、對接誤差等等。

(2)監控地面變形，這主要監控地面的平移沉降情況。

(3)監控施工過程對周圍建筑物的實際影響，監控內容主要有對建筑物的安全構成影響的地面位移、傾斜、沉降等等。

4 面臨的問題

公路箱涵頂進施工在實際施工過程中會面臨一些問題，不僅會影響到工程質量，有時還會對人身財產安全造成影響，這些問題一是在穿越鐵路和高速公路時，行車的安全性如何有效保證;第二個是在穿越建筑物時，建筑物的結構穩定性與安全性如何保證。這兩方面的問題都涉及到人身安全問題，所以都是施工過程中非常大的挑戰。目前在穿越道路時，不僅要對原有道路上的車速做出限制，同時頂進箱涵的覆蓋層也有一定的規定。由于實際施工經驗不足，對重要建筑物的穿越所帶來的安全質量問題還沒有統一的設計標準，因此要借鑒已有的深基坑施工技術等，運用仿真模擬等方式來解決一些技術上的問題。

［1］成永旭，劉國臣1 管棚支護法在高速公路下穿橋施工中的應用［J］. 山西建筑，2004，(3).

［2］張思探. 頂進框架橋穿趟明代務土結構長城保護施工技術［J］. 安徽建筑，2007，(1).

［3］彭偉強. 管棚盾構頂推剛架橋技術在高速公路施工中的應用［J］. 廣東公路交通，2004，(4).