吳 煒

(安順市經(jīng)緯公路勘察設(shè)計(jì)室，貴州安順561000)

箱涵頂推是一種非開挖的穿越道路、鐵路、機(jī)場(chǎng)等的地下施工技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用最早在日本某高速公路的建設(shè)上使用，在建設(shè)過程中，能夠解決很多實(shí)際的問題，并且相對(duì)于其他的施工，還具有非常大的優(yōu)勢(shì)，比如在施工的過程中不需要進(jìn)行開挖，而使運(yùn)營(yíng)的交通中斷，同時(shí)對(duì)于其他工程的施工干擾達(dá)到最小，都是由于這些優(yōu)勢(shì)的存在，才使得這樣的技術(shù)在我們國(guó)家得到了非常好的發(fā)展和更廣泛的運(yùn)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，信息化技術(shù)的施工也給頂推箱涵施工但來了非常大的便利。比如可以在施工的過程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)的監(jiān)控，同時(shí)還可以對(duì)施工中的各種信息進(jìn)行匯總反饋，使得在施工過程中達(dá)到動(dòng)態(tài)化的控制，并且給項(xiàng)目的施工組織設(shè)計(jì)的方案的優(yōu)化提供了非常大的信息，為后面的施工過程中可能出現(xiàn)的各種情況提出更多合理化的建議，并且控制事態(tài)的發(fā)展。在國(guó)內(nèi)外，越來越多的人都對(duì)箱涵進(jìn)行了研究、分析與探討，同時(shí)也都取得了一定的成果，但是本項(xiàng)目的施工環(huán)境較為特殊，由于地表沉降大、頂進(jìn)距離長(zhǎng)、地下水位高、地質(zhì)條件差等等情況，所以在這樣的情況下，就對(duì)箱涵頂進(jìn)的過程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)的監(jiān)控，包括施工過程中結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力的變化，都要及時(shí)反饋，為后面的施工提供可靠的依據(jù)。

1 工程概況

本工程為某東西路下穿京珠高速相交工程，線路中線相交與京珠高速K1680處。采用箱涵施工，兩孔單箱單室箱框長(zhǎng)50 m，寬2×15 m，箱涵內(nèi)凈寬15 m，凈高5.3 m。軸線與高速公路斜交夾角78°。箱涵采用無縫帶土頂進(jìn)，頂進(jìn)箱涵分三節(jié)預(yù)制，每節(jié)長(zhǎng)度分別為:13 m、15 m、17 m，節(jié)與節(jié)之間設(shè)一道3 cm的沉落縫，箱涵頂板至高速公路路面為2.2 m～1.8 m。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，該處含水量極為豐富，地基承載力180～200 kPa，可作為基礎(chǔ)持力層。

2 箱涵頂推的理論基礎(chǔ)

2.1 計(jì)算理論

箱涵頂推的計(jì)算主要包括在考慮施工過程中各個(gè)可能產(chǎn)生荷載的情況下，取用最不利的荷載進(jìn)行計(jì)算，主要包括箱涵本身的自重，澆筑的混凝土的容重、汽車荷載等等，根據(jù)所給的已知條件，采用橋規(guī)2－132式P=K［N1f1+(N1+N2)f2+(2E1+8E2)f3+RA］就可以計(jì)算出箱涵的最大定力，最后求出所需要油頂?shù)膫€(gè)數(shù)。本工程計(jì)算本箱涵13米寬，箱涵的體積:44.5 m3/m。

2.2 箱涵最大頂力的計(jì)算分析

依橋規(guī)2－386條(2－132式)

P—最大頂力;

圖1 箱涵伸縮縫

粒土層厚僅2.1～1.8 m，取沖擊系數(shù)1.2。

則:N1=A1+A2+A3=1630.3(t)

圖2 混凝土砼面

f1—摩擦系數(shù)，取f1=0.3;

N2—箱涵身重N2=2035.5(t);

f2—箱涵底板與基底土的摩擦系數(shù);根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取f2=0.7;

E1—兩側(cè)土壓力;

ξ—靜土壓力系數(shù)，ξ=0.3;

r—填料容重，取r=2.0(t/m3);

H1—路面至箱涵頂高度，H1=2 m;

H2—路面至箱涵底板底高度，H2=10.1 m;

所以:E1=1/2(1.2+5.6)×8.1×15=413.1(t);

E2—箱涵內(nèi)中心土對(duì)鋼板的上壓;

f3—箱涵側(cè)向摩擦系數(shù):根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取f3=0.5，RA=0，K=1.2;

所以箱涵最大頂力:

單個(gè)320 t油頂實(shí)際頂力:P1=320×80%=256(t)，所以 N=4578/256=17.88個(gè)，需320 t油頂18個(gè)。

實(shí)際上，有二個(gè)因素未考慮:

(1)中間土柱由于施工時(shí)的擾動(dòng)，與鋼盾構(gòu)之間的接觸并不緊密，E2實(shí)際上應(yīng)小于主動(dòng)土壓力。

(2)頂進(jìn)時(shí)的減阻措施多樣而且效果顯著，實(shí)際摩擦系數(shù)小于其理論值。

以上計(jì)算僅是單節(jié)頂進(jìn)的，在頂進(jìn)時(shí)拖板長(zhǎng)度是45 m，拖板與土柱間是有摩擦的，故頂力以上計(jì)算是偏不安全的。

剩下拖板長(zhǎng)度為:45－13=32(m)

拖板上土柱重 N=32×15×2×2.1=2016(t)，取f1=0.3(小面積鋼與鋼之間的摩阻系數(shù)應(yīng)取f1=0.25)

所以箱涵最大頂力:

P=K［N1f1+(N1+N2)f2+(2E1+8E2)f3+RA］ (取 k=1.2)

則所需油頂臺(tái)數(shù):(頂進(jìn)采用320 t油頂)

單個(gè)320 t油頂實(shí)際頂力:P1=320×80%=256(t)

N=5908.4/256=24個(gè)，取24個(gè)備2個(gè)

所以:需320 t油頂26個(gè)(使用26個(gè)，備用2個(gè))

3 施工過程的技術(shù)控制點(diǎn)

3.1 涵身的預(yù)制

箱涵的預(yù)制也是施工的關(guān)鍵，其施工過程相對(duì)較難，首先應(yīng)該在滑板上面支底模板，然后對(duì)箱涵的底部的鋼筋進(jìn)行綁扎，特別是在箱涵墻身部位的水平鋼筋應(yīng)該先進(jìn)行間隔綁扎，這對(duì)混凝土的震搗是非常有利的;當(dāng)混凝土澆筑完成之后再對(duì)箱涵進(jìn)行一定時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，在養(yǎng)護(hù)的過程中要保證好整個(gè)箱涵，防止其發(fā)生開裂;當(dāng)其強(qiáng)度達(dá)到一定程度的時(shí)候就要進(jìn)行支內(nèi)模板，而內(nèi)外模板都采用的是1.5 m×1.2 m的大塊鋼模，在邊墻的倒角位置采用的是特制的整塊角模，這樣可以保證混凝土在澆灌過程中的質(zhì)量和外觀，綁扎內(nèi)側(cè)的鋼筋和頂板的處的鋼筋，當(dāng)鋼筋綁扎完成之后要進(jìn)行支外模板，最后進(jìn)行澆筑外側(cè)的混凝土和頂板處的混凝土，澆筑完畢支護(hù)也要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，當(dāng)整個(gè)箱涵達(dá)到一定的強(qiáng)度之后再進(jìn)行整個(gè)箱涵的拆模，拆模之后要進(jìn)行防水處理;在箱涵整個(gè)支模的過程中都要確保模板支立直順平整，不得出現(xiàn)鼓肚、錯(cuò)茬現(xiàn)象;最后安裝由鋼板制作的鋼刃腳。

3.2 線路的加固及道路的安全處理

在箱涵施工前我們必須人為的做好排水措施，還要對(duì)箱涵頂進(jìn)的線路進(jìn)行加固，防止側(cè)滑，保持穩(wěn)定，在沿著高速公路的方向分別要做一條排水渠道，這樣就能夠?qū)⒙访嫔系挠晁鞯絻蓷l排水溝中，減少在施工過程中雨水帶來的不利的影響，在施工的過程中應(yīng)該對(duì)這個(gè)施工段的高速公路進(jìn)行限速，并且要做好引導(dǎo)工作，在施工段內(nèi)不能夠出現(xiàn)超車的想象，防止任何意外事故的發(fā)生;同時(shí)要做好緊急預(yù)案，防止若在真的發(fā)生事故的前提下，能更好更快的處理，不影響施工的進(jìn)度及質(zhì)量，從而控制施工的成本。

3.3 箱涵頂進(jìn)施工過程

箱涵頂進(jìn)施工是工程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)工程，采用盾構(gòu)法頂進(jìn)施工，它屬于切削泥土，人力定位出土，帶公路坡比頂進(jìn)。在整個(gè)箱涵頂進(jìn)過程前首先要進(jìn)行工作坑的開挖，當(dāng)其開挖之后，進(jìn)行箱涵的預(yù)制和線路的加固等工作，當(dāng)這些完成之后就要對(duì)頂進(jìn)的設(shè)備進(jìn)行安裝，安裝完成之后要進(jìn)行試頂，同時(shí)還需要觀測(cè)頂進(jìn)的設(shè)施和記錄試頂?shù)臄?shù)據(jù)，試頂完成之后迅速進(jìn)行糾編，防止基底暴露的時(shí)間過程，當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒之后就進(jìn)行箱涵的頂進(jìn)工作，頂進(jìn)過程中會(huì)產(chǎn)生廢棄的泥土，要及時(shí)的運(yùn)送出去，沒當(dāng)頂進(jìn)一定的距離之后就要進(jìn)行測(cè)量，箱涵的標(biāo)高和位移是否在可靠的范圍內(nèi)，這也是整個(gè)工程中要控制嚴(yán)格的要求，保證整個(gè)頂進(jìn)過程嚴(yán)格按照施工的路線進(jìn)行，當(dāng)一定距離的頂進(jìn)施工完成之后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)的問題處理完成之后，連續(xù)頂進(jìn)，糾編等循環(huán)工作，如果頂進(jìn)過程中的任何時(shí)候觀測(cè)到數(shù)據(jù)有異樣，應(yīng)該迅速停止頂進(jìn)，查找問題所在，極大的較少頂進(jìn)過程中設(shè)備的順上和不安全事故的發(fā)生。

圖3 箱涵施工流程圖

在整個(gè)頂進(jìn)過程中，監(jiān)控糾編是整個(gè)的關(guān)鍵，施工過程中最容易出現(xiàn)頂進(jìn)的線路與原先設(shè)計(jì)好的線路不一致，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)要保證受力的均勻，盡量保證傳力都在一條直線上，沉降和位移的變化對(duì)整個(gè)頂進(jìn)過程都有著致命的影響，同時(shí)千斤頂油壓的控制也是至關(guān)重要，它關(guān)系著整個(gè)力的大小，當(dāng)出現(xiàn)受力不均，傳力方向不正確的時(shí)候控制好油壓，所以整個(gè)過程施工監(jiān)控和后續(xù)的糾編就顯得尤為重要。

3.4 箱涵頂進(jìn)控制措施

箱涵的頂進(jìn)過程，應(yīng)該盡量使整個(gè)箱涵受力均勻，左右頂程保持一致，勤觀測(cè)和檢查，找出偏差趨勢(shì)和出現(xiàn)偏差原因，及早處理;當(dāng)左側(cè)偏移時(shí)，千斤頂?shù)淖髠?cè)緩慢頂進(jìn)，直到滿足符合施工過程中測(cè)量的中線，右側(cè)的千斤頂則出現(xiàn)相反的效果;同時(shí)在千斤頂頂進(jìn)過程中一定要控制好千斤頂?shù)牡撞炕A(chǔ)的挖土，防止挖土出現(xiàn)了“抬頭”和“扎頭”的不良現(xiàn)象，如果在開挖的過程出現(xiàn)“抬頭”的現(xiàn)象，則可以通過適當(dāng)?shù)牟捎贸诘姆椒▉磉M(jìn)行局部調(diào)整，而在開挖的過程中出現(xiàn)“扎頭”的時(shí)候，則應(yīng)該采取少挖土方或通過一定的方法對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行一定的處理，同時(shí)應(yīng)該一并調(diào)節(jié)前盾構(gòu)座底板的挖土量來消除出現(xiàn)的偏差。

在頂進(jìn)過程中應(yīng)該進(jìn)行控制，采用信息化的監(jiān)控，在后背以后的某一位置設(shè)立一個(gè)觀測(cè)儀器，在每頂進(jìn)一定的距離之后就需要對(duì)整個(gè)頂進(jìn)框架進(jìn)行中線和水平的檢查，并隨時(shí)作好記錄，在記錄之后也要對(duì)一定階段的測(cè)量記錄給予分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決頂進(jìn)過程中出現(xiàn)的問題，同時(shí)做好整個(gè)鋼盾構(gòu)行走軸線圖的記錄;在公路上左右兩幅所對(duì)應(yīng)的位置(左、中、右)共設(shè)置12個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，每天早中晚分別觀測(cè)公路的沉降變化情況;在頂進(jìn)的過程也要隨時(shí)觀察千斤頂?shù)膲毫Φ淖兓闆r，并且要做好記錄，防止出現(xiàn)異常的情況;在箱涵前后的位置要建立一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，便于在箱涵頂進(jìn)的過程中對(duì)箱涵前后節(jié)的標(biāo)高和位移發(fā)生變化時(shí)，對(duì)箱涵頂進(jìn)施工方案進(jìn)行調(diào)整，減少施工過程中意外情況的發(fā)生。

4 監(jiān)測(cè)內(nèi)容及結(jié)果

4.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及該工程的特點(diǎn)，在頂進(jìn)施工過程中，進(jìn)行以下幾方面的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè):

1)鋼盾構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測(cè);

2)地道橋結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測(cè)等。

4.2 觀測(cè)點(diǎn)布置及量測(cè)

鋼盾構(gòu)監(jiān)測(cè)采用“表面應(yīng)變計(jì)JMZX212—BT”測(cè)量型鋼的應(yīng)變值，然后通過數(shù)據(jù)處理，計(jì)算型鋼的受力狀態(tài)?，F(xiàn)場(chǎng)布點(diǎn)分為梁和柱兩類，現(xiàn)場(chǎng)共布置表面應(yīng)變計(jì)17個(gè)(其中頂梁9個(gè)，立柱8個(gè))。傳感器布置位置及編號(hào)見下圖所示。

圖4 傳感器測(cè)點(diǎn)及布置圖

本期地道橋頂進(jìn)17.2 m，累計(jì)推進(jìn)45 m，已完成地道橋的頂進(jìn)過程。鋼盾構(gòu)主要承受土壓力荷載，Q235鋼材彈性模量E=210 GPa。具體監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖5，圖6。

圖5 鋼盾構(gòu)頂梁應(yīng)力隨頂進(jìn)過程變化曲線

圖6 鋼盾構(gòu)立柱應(yīng)變隨頂進(jìn)過程變化曲線

地道橋結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)采用埋入式混凝土應(yīng)變計(jì)JMZX—215B和鋼筋計(jì) JMZX—428B分別對(duì)混凝土應(yīng)變和鋼筋應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。本次監(jiān)測(cè)主要在左幅第一節(jié)地道橋及右幅第三節(jié)地道橋底板埋設(shè)監(jiān)測(cè)元件，具體位置見圖7。

圖7 橋底板埋設(shè)監(jiān)測(cè)位置

目前該幅地道橋頂進(jìn)11 m，尚在頂進(jìn)過程中，將采集的地道橋結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，C40混凝土的彈性模量32.5 GPa。并繪制混凝土應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力隨時(shí)間的變化曲線，從圖中看出:隨著荷載的不斷增加，地道橋混凝土結(jié)構(gòu)的受拉區(qū)、受壓開始分化，鋼筋及混凝土目前均表現(xiàn)為較好的受力狀態(tài)。

4.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果及結(jié)論

地道橋監(jiān)測(cè)點(diǎn)混凝土應(yīng)力隨時(shí)間變化曲線:

從迄今的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)及觀察到的情況分析，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:

1)鋼盾構(gòu)受力合理，應(yīng)力值均在材料允許值以內(nèi)，無應(yīng)力、應(yīng)變突然增大的狀況發(fā)生，且隨著鋼盾構(gòu)推出后的卸荷，鋼結(jié)構(gòu)的頂梁和立柱均具有較好的彈性恢復(fù);

圖8 監(jiān)測(cè)結(jié)果比較

2)目前地道橋鋼筋應(yīng)力計(jì)和混凝土應(yīng)變計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均在材料允許受力值以內(nèi)，頂進(jìn)過程中雖有小范圍內(nèi)受力值突增現(xiàn)象，但變化不大且很快趨于穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)在高速公路的建設(shè)越來越迅速，高速公路和其他交通路線的交叉越來越多，除了一些專門的施工方法外，高速公路中更多的采用的是箱涵頂推施工，本論文結(jié)合實(shí)際工程，通過理論計(jì)算和施工過程中的箱涵的安裝，運(yùn)用箱涵頂進(jìn)的技術(shù)，既保證了施工的順利完工，同時(shí)還保證了施工的質(zhì)量，本論文通過為以后相關(guān)的功能一共了理論支持和工程經(jīng)驗(yàn)。

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