公路工程中鋼筋混凝土箱涵頂推施工技術分析

廖孝彥

(湖南建工交通建設有限公司，湖南 長沙 410004)

1 箱涵頂推施工技術概述

現代社會經濟發展中，高速公路作為加速區域發展、促進文化交流的重要設施，建設規模不斷擴大，據統計截至2020年底全國高速公路總里程達16.1萬km。這些高速公路的修建在縮短了地域距離的同時，也導致部分沿線縣鄉級公路被阻斷，影響區域交通，在既有高速增設立體交叉公路是一個有效解決辦法[2]。

現代立體交通方案主要有兩種：一是通過高架橋形式上跨既有公路；二是以地道橋形式下穿既有公路。前者施工成本高，且受到城市布局規劃影響大；后者用地范圍較小，且施工成本低、施工便利，不需要中斷高速交通。結合工程實踐情況分析，箱涵頂推工法得到了廣泛運用，且隨著工藝的改進和完善，跨度不斷增大、頂進長度也逐漸增加，頂部覆土由厚到薄，箱涵與公路的交角由正交發展到斜交[3]。目前常用的箱涵頂推工法較多，包括一次頂入法、對頂法、對拉法、頂拉法、盾構法等，具體需根據現場調查情況，包括頂進的結構形式、尺寸、機具設備能力等，綜合確定施工方法。本文以平益高速平江南互通A匝道、E匝道及6 m×5 m箱型通道頂推下穿平汝高速工程為例，圍繞公路工程中鋼筋混凝土箱涵頂推施工技術的應用展開詳細分析。

2 平江南互通地道橋頂推項目基本情況

2.1 工程概況

本工程為平益高速平江南互通A匝道、E匝道及6 m×5 m箱型通道頂推下穿平汝高速工程。其中，A匝道箱型通道位于A匝道與平汝高速交叉處，交點平汝主線樁號NK1+326.7，下穿通道為鋼筋混凝土箱涵，箱涵長48 m，軸線與平汝高速公路成45°夾角。E匝道箱型通道位于E匝道與平汝高速交叉處，交點平汝主線樁號NK1+100.2；下穿通道為鋼筋混凝土箱涵，箱涵長48 m，軸線與平汝高速公路成45°夾角。6 m×5 m箱型通道正交下穿平汝高速公路，交點平汝主線樁號NK1+410，下穿通道為鋼筋混凝土箱涵，箱涵長42 m。平江南互通地道橋頂推項目隧道表見表1。

表1 平江南互通地道橋頂推項目隧道表

2.2 施工內容

根據現場勘察，初步擬定A匝道箱型通道、E匝道箱型通道、6 m×5 m箱型通道三工作面，由項目部統一管理安全、質量、進度、技術、合同、設備、材料、協調等工作，下轄工區負責施工現場生產組織工作。各工作面主要施工內容如下：(1)A匝道箱型通道工作面，涵身長度48 m；(2)E匝道箱型通道工作面，涵身長度48 m；(3)6 m×5 m箱型通道工作面，涵身長度42 m。頂推施工計劃總工期為230 d。計劃開工日期：2020年3月15日，計劃完工日期：2020年10月31日(先行工程可提前施工)，主要勞動力配置如表2所示。

表2 頂推施工主要勞動力配置情況

3 公路工程中鋼筋混凝土箱涵頂推施工技術要點

3.1 施工流程及施工難點

平江南互通為平益高速重點和難點工程之一。平江南互通3次下穿、2次上跨平汝高速公路，由八條匝道與武深高速連接。其中E匝道下穿平汝高速NK1+100.2箱型通道為單孔結構，長48 m，斷面尺寸16.9 m×9.5 m。分三節預制，整體頂進。

NK1+100.2箱型通道具有如下難點：大角度斜交，頂推夾角60°，箱型夾角45°頂進；覆土厚度極薄，覆土厚度97～124 cm；頂進方向左側需要破除一個老圓管涵和老蓋板通道。根據地道橋上部覆土厚度確定合適的單次頂進長度(不超過20 cm為宜)，以保證上部土體及路面不發生塌陷，開始地道橋頂進施工。若掌子面土體不穩定，出現坍塌，采取注漿方式加固土體后再進行掘進作業。為不影響武深高速正常通行，防止因施工引起高速公路路面沉降、移位和開裂，確保高速公路行車安全和施工人身安全，施工前項目部組織了相關專家進行施工及交通組織分流專項方案評審會議，制定了專項施工方案，采用“立體支護、分部開挖頂進框架橋”施工方法。路面土體采用鋼盾構立體支護，盾構內分部暗挖土體技術，穩固掌子面；框架橋分為三節預制頂進，節與節之間設中繼間。在武深高速公路西側設置頂進工作坑，由西向東頂進。

3.2 施工技術要點

(1)準備工作

①工作坑測量與放線。工作坑中心線與頂推箱涵的中心線一致，是頂推過程中的基準線。在工作坑內澆筑滑板，按照預設的角度進行箱體預制，每節箱體的長度為16 m，箱體間布設中繼間，為臥式千斤頂提供頂進支撐面。完成坑內設備的安裝后，在坑內兩端設置1～2個臨時水準點。②門框梁基礎樁與邊坡防護樁施工。在箱型通道下穿平汝高速進出口位置路基邊坡上進行路基邊坡防護樁及門框梁基礎樁的施工作業，嚴格按照設計平面位置進行施工作業。③開挖工作坑、修筑滑板。修建工作坑作為箱涵頂推工作基地，前端緊靠平汝高速、后端設置運土車道，坑內修筑滑板，滑板上設潤滑層、隔離層。基坑邊坡1∶0.5，開挖尺寸和位置按設計布置，坑底四周布設0.3 m×0.5 m排水溝、集水井。工作坑開挖的同時進行施工進出口處門框梁及邊坡防護樁壓頂梁的施工作業。④箱型通道主體預制。本工程在滑板上預制箱涵通道涵身，采用鋼模板、扣件式鋼支架，為防止混凝土側墻澆筑時存在明顯施工縫，外模選擇插模法。整個涵身主體分兩次完成澆筑工作，第一次澆筑至全高2/3、第二次完成全部澆筑工作；底板三角塊與第三節涵身同時進行澆筑。完成澆筑后拆模，并使用草袋覆蓋澆水養護，養護時間≥14 d。涵身頂推施工前做好防水層施工，并對外表進行潤滑，有效減小頂推阻力。⑤鋼盾構制作安裝。本工程鋼盾構的制作材料選用5、10、16、20、40 mm厚Q235鋼板與32b工字鋼，刃角為20 mm厚鋼板。鋼盾構與第一節涵身使用預埋螺栓進行連接。⑥修筑后背。根據現場地質條件，采用板樁式后背，板樁式后背主要由C25鋼筋混凝土樁基、C15素混凝土墊層、C30鋼筋混凝土承臺、C30混凝土鋼筋混凝土背板及C30混凝土鋼筋混凝土肋板構成。⑦下穿公路加固。本工程下穿施工前與運營部門做好溝通交流，保證行車安全。公路加固采用鋼盾構進行頂進箱涵頂部及兩側的防護，并在三個獨立箱體進行施工期間，對周圍土體采用超前錨桿、注漿等措施進行加固處理[4]。

(2)試頂與頂推

根據千斤頂機械性能，16臺320 t臥式千斤頂，其最大推力：N=16×3 200×0.7=35 840>34 925 kN，故可滿足設計要求。因第二沒有盾構，頂力小于第一節，故千斤頂也按此配置。

①試頂。試頂采取逐步增壓的方法，增至一定壓力后穩定3～5 min，檢查所有設備無誤后繼續加壓，正式頂推。②挖土與運土。本箱涵高度較大，擬采取挖掘機進行取土作業，要求不得超挖，挖土過程中保證土坡平衡，且做好觀測工作，根據箱涵頂推過程中的偏差情況及時調整挖土方法。③頂推。前方刃腳處挖土完成一進尺長度后，啟動高壓油泵推動箱涵前進，一般情況下每一沖程頂推190～800 mm。箱涵前進后，用反向千斤頂將主千斤頂的活塞拉回原位，在空檔處增放頂鐵，以待下次開鎬。如此循環往復，直至箱涵就位[5]。④頂推方向及高程控制。頂推框架時極易發生方向、高程偏差的情況，對此必須做好實時測量，一旦發現偏差及時調整，確保準確就位。⑤收尾工作。頂推完成后做好收尾，包括拆除鐵脹圈、清掃管內雜土，逐節測量高程、中線，并做好竣工紀錄。

(3)頂推監測與糾偏工作

①頂推監測

頂推施工期間，嚴格控制頂推行程和速度，采取短行程、多次數的辦法加快進度，并邀請第三方專業檢測機構適時觀測開挖面土體狀況，監測各類參數，包括盾構應力、地表位移、軸線偏位及老涵洞收斂觀測等，適時調整開挖和支護方案，確保施工安全有序。因平汝高速公路路面交通量大，常規水準儀路面沉降監控時間周期長，觀測過程阻礙交通且存在安全風險，中央分隔帶采用靜力水準儀進行監測。

②箱體糾偏

在整個頂進過程中，加強箱體平面位置及上下位置的偏差的調控是重點，也是難點，具體如下：箱身方向偏差調整。a箱身在空頂階段發生方向偏差時，利用方向墩設專人加換左右兩側與方向墩間的滾楔鐵板；也可在邊墻外側用一臺備用的千斤頂校正空頂階段的方向。b用增減一側千斤頂的頂力：即開或關一側千斤頂閥門，增加或減少千斤頂頂力數。c用輪流開動兩邊高壓油泵調整：如向左偏就開左側高壓油泵，向右偏就開右側高壓油泵。d用后背頂鐵(柱)調整：在加換頂鐵時，根據偏差將一側頂鐵楔緊，另一側頂鐵楔松或留間隙，調整時摸索掌握規律性，注意箱身受力不均時產生的變化狀況。e前端左右兩側刃腳前，可在一側超挖，另一側少挖土或不挖來調整方向。f在箱身前端加橫向支撐來調整。支撐一端支在邊墻上，另一端支在開挖面上，頂進時迫使向被頂一側調整。

箱身“扎頭”、“抬頭”的糾正。a在箱身前端基底換填20～30 cm厚的卵石、碎石、混凝土碎塊加固地基，增加承載力，籍以糾正“扎頭”。b在涵身前端加木支撐，支撐頂在涵頂兩側。經過幾次頂換，“扎頭”可以得到糾正。c箱身“抬頭”糾正：可在底板前適當超挖。

4 結束語

綜上所述，鋼筋混凝土箱涵頂推施工技術在現代公路工程中得到了普遍應用，具有效率高、干擾小、成本低等諸多優勢[6]。在工程實踐中，由于頂進結構斷面形式、跨度大小、穿越長度、覆土厚度及其物理力學性質指標等存在區別，必須根據實際情況合理選擇頂推施工技術，嚴格控制好各項施工參數，嚴格按操作規程開展施工作業，做好施工組織管理，保證施工過程安全、箱涵質量達標[7]。