過水箱涵穿越高等級公路施工方案分析

白金浩，李 健

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

引 言

箱涵作為一種地下工程措施，廣泛應用于解決新老建筑物之間的交叉問題。如公路與鐵路之間的交叉、河道與公路之間的交叉、輸配水工程與公路鐵路的交叉以及河道穿越港區或防潮堤等。在制定設計及施工方案過程中，主要有明挖和暗挖兩種方案。明挖方案一般用于所穿越建筑物等級較低，具備斷交或斷流條件，具備較大開挖面的情況下。而對于高速公路和鐵路等建筑物，由于重要性較高，不能進行斷交施工，不具備明挖條件，需采取暗挖方案。為此，本文依托工程實例，對過水箱涵穿越高速公路的施工方案作簡要分析。

1 依據工程背景

南水北調天津干線輸水箱涵與京深高速公路在河北省徐水境內相交，交叉處的樁號分別是XW29+316和 GK108+000，斜交角度為 99°。涵址處路基全寬27.0 m，路基（路肩）高程16.36 m，填土高度1.86 m。天然地面高程14.5～14.8 m。

天津干線輸水箱涵與京深高速公路交叉段全長200 m，起迄樁號XW29+216～XW29+416。中心線交點樁號為XW29+316。箱涵安全等級為Ⅰ級，公路荷載為Ⅰ級。箱涵基礎為天然中砂土層，主體采用整體澆筑C30防水鋼筋混凝土框架結構。該結構整體剛度大，能夠有效適應性地基的不均勻沉降影響，施工工藝簡單，技術成熟。根據流量和內水壓力的控制要求，確定輸水斷面為3孔4.4 m×4.4 m鋼筋混凝土有壓箱涵，設計流量50 m3/s，正常輸水工作壓力11 m，涵洞檢修時內壓7 m，涵洞出現事故時內壓13 m。

2 穿越方案分析

2.1 方案比選

本工程全長200 m，考慮到京深高速公路的重要性，不能進行斷交施工。擬分三段進行：其中標準段長110 m、過渡段長40 m、暗挖段長50 m。其中過渡段、標準段采用明挖,開挖深度在8 m左右，邊坡開挖按照1：1.5、1：2自然放坡或采取土釘墻進行防護。明挖方案相對簡單，此處不再詳述。本文主要對輸水箱涵和京深高速交叉段的暗挖方案進行分析。

暗挖可采用管棚暗挖和頂進兩種方案。管棚暗挖以鋼結構或噴錨支護為手段，按照“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、早封閉、勤測量”的原則，隨挖隨支；管棚暗挖要求監控測量與施工步驟同步進行，及時反饋監控信息，修正設計及施工方法，達到信息化設計、信息化施工。箱涵頂進施工是從頂管技術發展而來的，頂進法主要特點有：頂進的箱涵一次預制完成，在頂力允許的情況下，無須考慮道路長度，箱涵與道路的交叉角度等因素，均可以一次頂進完成施工。因此，同管棚暗挖相比，采用頂進法施工，施工進度更快，更能保證施工安全，且不會對整個工程的水力運行造成變化。綜上分析，本工程暗挖采用頂進方案更為合理。

圖1 頂進方案平面示意

圖2 縱斷面示意

2.2 頂進方案的具體實施步驟

1）管線調查

將輸水箱涵所在位置及施工影響范圍內的地下各種管線調查清楚，特別是電纜管線，避免造成嚴重后果。及時與高速公路及各管線權屬單位進行溝通協調，取得各部門許可并制訂相關應急措施。

2）工作坑位置選定

頂進施工作業主要在工作坑內進行，設有滑板、后靠背、頂進裝置（千斤頂等）、預制箱涵（頂進段與混凝土刃角）等，選擇在地質情況較好的地方，將工作坑與明挖段結合起來，以節省支護工程和開挖工程量，即將明挖段先挖開一段槽不做結構而作為工作坑供頂進之用。

3）降水

頂進工作開始前，要先采取降水措施式降低地下水位，直到見基面以下0.5～1.0 m。因本工程所在區域地下水位標高低于涵底、暫不需要降水。但在開工時應勘查一下現狀地下水位高程、注意雨訊，如需排水還應采取排水措施。降水的一般做法是四周布設排水溝并采用井點降水措施。

4）工作坑開挖

工作坑作為箱涵頂進的主要場所，其長度、寬度及深度需要結合工程實際情況進行設計，以滿足頂進施工的需要。

本工程所在地現狀地面高程 14.50 m，工作坑底高程分為兩部分，滑板部分和后背部分：滑板部分工作坑底高程為5.6 m，挖土深度約為8.9 m；后背部分工作坑底高程為 3.6 m，挖土深度約為10.9 m。

工作坑的坑底尺寸為72.5 m×23.5 m（頂進方向為 72.5 m），工作坑開挖邊坡，路基面坡度為1：1.5，其余三面坡度為 1：1，邊坡防護采用掛網噴射混凝土的方法，網片為φ10鋼筋10 cm×10 cm網格，噴層厚度為12 cm。在工作坑開挖至距設計高程0.2 m處時，采用人工挖除，減小對坑底基礎的擾動。工作坑底周圍設 0.5 m排水溝及 1 m×1.5 m積水坑，工作坑前端及出口處各設置降水井，以防止雨水沖刷邊坡及浸泡基坑。

5）坑內設施作業

工作坑開挖結束后，進行坑內設施作業，頂進設施是否完善，直接關系到頂進施工質量及安全。本工程采用頂進設施主要有施工滑板、千斤頂以及后背墻等。滑板的制作作為頂進工作中的最為重要的組成部分，需充分考慮強度及剛度以及平整度的要求，滑板上可以涂抹潤滑劑，以減小頂進阻力。千斤頂應根據箱涵中心線對稱布置，以保證頂力均勻分配。后背墻一般采用板樁式和重力式，為減少工程量及投資，后背的修筑一般同工作坑開挖同步進行。

6）管棚加固

對頂進箱涵頂部土層采取雙層管棚加固措施是頂進設施通常做法之一，它的作用是避免路基塌陷、特別是上部覆蓋土層較薄時更是如此。管棚支護加固措施首先用水平鉆機將無縫鋼管（本工程選用的無縫鋼管直徑分別為133 mm和108 mm，壁厚為8 mm）打入路基，其次采取向鋼管內注入水泥砂漿的方式加工成鋼管混凝土，最后向鋼管外側和路基土體的空隙中注入水泥砂漿，使其與土體粘結為整體結構。

為保證京深高速涵頂進過程中高速公路依然能夠正常通行以及頂進過程中的施工安全，同時防止箱涵頂進時路面產生水平位移，在箱涵頂端路面下增設門框梁及側向門框和反拉索措施，并在頂進方向G4高速公路的對側增加防護樁。

圖3 管棚加固示意

7）預制混凝土箱涵頂進段

頂進外箱涵長 40 m，為減少頂進過程中的阻力，另加5.65 m長混凝土刃角。箱內凈高5.65 m，凈寬5.50 m，即需要頂進的外箱涵全寬18.50 m，全高6.90 m，涵頂覆土厚3.40 m。內箱涵結構尺寸同標準段，箱內凈高4.40 m，凈寬4.40 m。考慮到施工因素，頂進箱涵不分段，要求一次預制完成并頂進，不分段預制。頂進底板的前端設置成高7 cm長1.5 m的船頭坡。預制箱涵時，應保證各預埋件安裝就位，不得遺漏。待預制外箱涵頂進工作完成后，再進行內部箱涵的現場澆筑施工。

8）頂進并挖土

箱涵頂進前，需保證預制外箱涵強度達到設計要求，頂進設施就緒并檢驗合格，然后進行預頂試驗。綜合該處工程地質情況及涵頂覆土深度等設計條件，驗算得到頂進箱涵需要的的最大頂力為98 000 kN。在頂進同時，逐步挖除箱涵內的土體，先頂進再挖除，保證頂進量和挖土量的平衡，不得超挖。遇有特殊地質情況時，需要在挖土過程中采取必要措施進行處理，并注意安全。

9）各段連接

頂進段與接長段的連接采用剛性連接（濕接縫），頂進段預留鋼筋深入現澆段內，所有鋼筋必須焊接連接。在接長段與過渡段，過渡段與標準段之間設置沉降縫。

3 頂進工作中可能遇到的問題及對策

1）在頂進和挖土過程中，要隨時進行路基的沉降和變形觀測，掌握箱涵頂進方向和高程的變化，并確保人身安全、行車安全。如發現頂進困難、箱涵結構變形、涵頂路基出現裂縫或者塌陷等現象時，應及時上報，分析具體原因并制訂新的措施。

2）由于箱涵采取整段預制頂進，需要的頂力大、工作坑范圍大、后背體積大、而后背所處的位置，正是輸水箱涵標準段所在的位置。因此，必須全部拆除后背滑板后才能進行標準段施工。

3）根據交通部門相關規劃的要求，充分考慮現狀公路拓寬的需求，通過注漿加固對現狀公路規劃加寬范圍可能影響到的輸水箱涵四周土體進行處理，處理長度為箱涵四周各5 m范圍，以減小現狀公路路基加寬施工時對輸水箱涵造成不利影響。

4）采取必要措施加強交叉路基和渠道防護，防止因滲水引起輸水箱涵下沉。具體措施：采用漿砌石片對交叉路基邊坡和邊溝進行全斷面防護，并采取鋪設土工布等措施進行防滲處理，防護長度為120 m（輸水箱涵兩側施工范圍長度）。

5）箱涵頂進期間，高速公路不斷交，為確保施工及行車安全，應按照高速公路管理部門的相關要求設置標志牌、警示物等安全設施，并限制施工段的行車速度。

4 結 語

南水北調中線一期工程天津干線現已全線貫通并通水運行，整個頂進工作過程中未出現箱涵結構變形和路基塌陷等狀況。頂進方案的安全性和可靠性在該工程上得到了很好的驗證。在我國大量進行基礎設施建設的今天，當新建箱涵等建筑物必須從鐵路、高速公路路基下通過時，從保證鐵路、高速公路正常運行和盡量減小施工對路基影響等方面出發，因地制宜地選用箱涵頂進施工技術，較好的解決了上述問題，為今后相關工程的實施有一定的借鑒意義。

專利名稱：一種袋裝改散裝物料輸送系統

專利類型：實用新型

專 利 號：ZL 2017 2 0001374.4

專利權人：交通運輸部水運科學研究所

中交第一航務工程勘察設計院有限公司

專利摘要：本實用新型的袋裝改散裝物料輸送系統包括供料系統、取料系統、割袋回收系統、電氣系統和結構架；結構架兩側各安裝一套取料系統，中間安裝割袋回收系統，供料系統的末端通過取料系統的下方。供料系統的托盤循環傳送，將袋裝物料運送作業區；取料系統的取料小車沿導軌往復運動，將袋子抓取至割袋回收系統；割袋回收系統的旋轉切割裝置切開袋子，物料在重力作用從袋中落下，由料斗和破碎機收集，空袋由空袋打包機收集，實現物料與袋子的分離。本實用新型提供一種效率高，工作強度低，自動化程度高的袋裝改散裝物料輸送系統。