下穿高速公路箱涵頂進施工控制措施及監測分析★

劉 恒 曾芙霞 何奎元

(湖南高速鐵路職業技術學院鐵道工程學院，湖南 衡陽 421002)

0 引言

高速公路是城市之間的重要紐帶，在我國的發展歷程中修建了許多高速公路，一定程度上帶動了沿線各地經濟的發展。為了更加方便、快捷，很多工業園區和城市發展都往高速公路靠近，隨著城市不斷擴張，高速公路的阻隔反而限制了城市的進一步發展，因此需要建設通道跨越或下穿高速公路。

相對于修建橋梁跨越高速公路，箱涵頂進下穿高速公路對既有高速公路的交通影響較小。且高速公路的寬度使得一般的簡支梁橋無法一跨跨越，在中央分隔帶修建橋墩一方面工期較長，另一方面建成后影響高速公路的行車視線，存在較大的安全隱患。箱涵頂進過程也需采取合理的措施來保證施工過程中箱體和既有路基路面的安全，同時應對結構和路面進行動態監測，并實時反饋監測結果，進一步指導后續施工。

1 工程概況及施工控制措施

1.1 工程概況

某工業園區毗鄰既有泉南高速公路，因園區發展，需新建道路下穿高速公路。創業路道路等級為城市主干道，設計行車速度為50 km/h，標準路幅寬度為40 m。創業路與泉南高速相交處，創業路樁號為K1+239.83，泉南高速(衡棗段)樁號里程約為K73+056，交角約為82.7°。相交處，創業路的線形為直線，泉南高速線形為緩和曲線。泉南高速路基寬度為26 m標準寬度的整體式路基，路基邊坡為1∶1.5。箱涵結構采用2孔凈寬13.5 m、凈高7.1 m的分離式框架結構，兩幅間凈距1.5 m，頂、底板厚1.1 m，腹板厚1.0 m。在箱涵位置處對創業路中間帶及人行道進行壓縮，箱涵采用漸變過渡。箱涵分三節，總長(沿創業路方向)為36.4 m。箱涵洞口設置八字翼墻。箱涵采用超前支護，中繼間頂進的施工方法施工，在泉南高速東南側設置頂進工作坑。

根據地質勘察資料顯示箱涵沿線覆蓋層主要有第四系耕表土、第四系殘積粉質粘土，基巖為白堊系泥巖。

1.2 施工控制措施

箱涵頂進施工是一個地下作業過程，箱涵頂進工法是在土體內部進行的，由于周圍環境和土體的復雜性，給施工增加了比較大的難度。同時，土體開挖也會不可避免地擾動周圍土體，使其失去現有的平衡狀態，因而會發生地表沉降，嚴重的可能會導致路面破壞、排水溝破損，對車輛的安全運行造成嚴重的影響。通常箱涵頂進施工都在要求不影響上部道路運營的情況下進行，這就需要嚴格控制路面的沉降和變形，防止對路面交通造成不利影響。本項目主要控制措施如下：

1)在第一節箱涵前安裝管棚支護，管棚采用型鋼制作，入土端有刃腳，管棚可以起到及時頂進、降低正面阻力和作為臨時工作臺的目的。管棚后接鋼板覆蓋箱體，頂進過程中在鋼板上涂抹潤滑劑，從而達到減少對覆土水平推力的影響；

2)箱涵澆筑時在底板設置船頭坡，便于糾正箱涵“抬頭”“扎頭”現象；

3)在箱體外側預埋注漿管道，頂進施工過程中可作為潤滑劑的注入口，頂進完成以后作為注漿孔，從而達到加固周邊土體的目的；

4)箱涵頂進施工時與土體之間的摩擦力會帶動周邊土體產生沿結構縱向的水平推力，推力過大便會使路面發生水平位移，在淺覆土的出口端甚至會引起路面坍塌，因此必須采取預防措施。本項目箱涵頂進施工開始前，在頂進入口處設置了門框梁，在頂進出口處設置了止推梁，止推梁的樁徑、樁長和數量均需根據土質情況和推力大小進行驗算；

5)頂進完成以后，針對路面沉降的情況，進行壓力注漿加固，注漿過程需嚴格監測路面高程，防止因注漿過量造成路面標高超過原路面標高太多。

2 監測方案

2.1 監測內容

監測的主要內容為：頂進過程中的箱涵姿態監測；箱涵頂進時高速公路路面沉降、位移監測；頂進施工過程中止推梁和后背梁變形監測；管棚與第一節箱體之間的高差監測，以及開挖過程中掌子面、箱涵自身結構情況、基坑及地下水等的監測。

2.2 測點布置

各監測項目的測點布設位置及密度應與施工工藝、被保護對象的位置及特性相配套。從實際出發，參照箱涵頂進施工的分段、施工位置及開挖分段長度等參數，進行測點布置。同時，也注重監測斷面的布置，主要為了解變形的范圍、幅度、方向，從而對變形信息有一個清楚全面的認識，為工程結構體系和泉南高速公路通行安全提供全面、準確、及時的監測信息。路面監測點布置示意圖見圖1。

3 監測結果分析

由于本工程監測內容較多，本文僅列出部分典型監測結果。

3.1 箱涵姿態控制監測

箱涵箱體在頂進過程中，由于地質水文情況變化、路面荷載變化和頂力不均勻等因素，會造成箱體在水平方向偏離設計頂進線路以及豎直方向出現“抬頭”或“扎頭”現象。在箱涵頂進施工過程中，監測人員堅持每頂必測，遇緊急情況加測的原則，現場將監測結果與項目部及時溝通，從而在下一次頂進過程中正確、及時地指導糾偏。現場采用靜力水準儀對箱涵高程進行監測，可以自動或手動采集數據，24 h不間斷測試。若箱體出現“抬頭”現象，則對船頭坡下土體進行超挖。若箱體出現“扎頭”現象，則對船頭坡下土體進行欠挖。超、欠挖量應根據基底土質情況和之前的監測數據進行分析判斷。采用全站儀對箱涵偏位進行監測，每次頂進施工前后進行監測。若箱體發生偏位，應采用調節頂力的方式從而達到糾偏的目的。箱體位移、高程的調整應連續進行，不可一次頂進過程中調整太大，每次調整都應以監測數據為指導。

箱涵箱體頂進到位并且經過自然沉降和周邊土體注漿加固以后，箱體各測點偏位和高程均滿足規范和設計要求。頂進過程最大偏位值為15.6 mm，最大高程偏差為+12.8 mm和-22.1 mm，均出現在第一節箱體頂進初始階段。說明在頂進過程當中，各監測點數據對箱體的高程和偏位施工起到了很好的指導作用。

3.2 路面沉降監測

箱涵箱體頂進過程中，由于對周圍土體的擾動和不可避免的超挖以及路面車輛荷載等因素，會造成路面發生沉降，當沉降過大時甚至會出現裂縫，這將影響到高速公路行車安全。在箱涵頂進施工過程中，施工單位應堅持“少擾動、緊封閉”的原則，控制好超挖量，開挖完成及時頂進，每一次的開挖量不宜過大，做到“短開挖，勤頂進”。監測人員應堅持每頂必測，遇緊急情況加測的原則，及時將監測結果跟項目部溝通，從而保證路面行車安全。

箱涵箱體在頂進過程中路面沒有出現裂縫，部分位于開挖位置的路面測點沉降超過了允許值，但管棚超過該位置以后路面沉降并沒有急劇增加。單幅頂進到位以后利用預留在箱體的注漿孔，對箱體兩側和頂板周圍土體進行注漿加固。整個箱涵頂進到位以后，采用高壓注漿，從路面對沉降超過允許值的位置進行壓漿加固。加固后的路面經過沉降以后，路面各測點位移和沉降均滿足規范和設計要求。頂進施工過程中路面測點最大沉降達到了-31.3 mm，各路面測點經注漿加固并沉降穩定后，基本上控制在±10 mm以內。典型測點數據見圖2。

3.3 路面和止推梁水平位移監測

箱涵箱體在頂進過程中，由于土體與箱涵之間的摩擦力，會對周圍土體施加較大的水平推力，造成路面產生水平位移現象，甚至會出現裂縫，這一現象在箱涵頂部覆土較薄的情況下尤為突出。本項目為防止路面水平位移過大，采取了多項措施，從而達到降低水平推力，主動防止覆土位移的目的。在箱涵頂進施工過程中，路面和止推梁的水平位移監測與沉降監測同時進行。箱涵箱體在頂進過程中路面沒有出現裂縫，路面各測點最大水平位移為17.1 mm，止推梁最大水平位移為12.3 mm。

4 結語

該項目施工過程比較順利，單幅頂進耗時約一個月。從監測數據來看，各項施工措施安排較合理，與同類工程監測數據對比來看，本項目路面沉降和位移均較小，箱涵姿態控制合理。施工期間高速公路未限行，期間未發生一起交通安全事故。監測數據反映了該方案的可行性，為以后類似的箱涵頂進施工提供借鑒和參考。