高速公路盾构法施工研究

邓　鲲

[摘要]盾构法可以有效的保证施工过程中高速公路路面的平整度和整体稳定性，因而得到广泛应用。详细阐述高速公路工程盾构主要施工工艺、工艺流程，并对框架顶进进行精确地计算，事实证明，本施工方案正确，施工工艺先进，计算准确无误。

[关键词]盾构顶进施工施工工艺

中图分类号：TU7文献标识码：A文章编号：1671-7597(2009)0610105-02

为了施工能顺利安全进行，建设方、设计方、施工方、监控方、交警、路政部门经过多次研讨和论证，决定长沙市环保大道下穿京珠高速公路地道桥施工采用盾构法施工。

一、工艺流程

长沙市环保大道下穿京珠高速公路地道桥主要工艺流程见图1。

二、主要施工工艺

(一)工作坑的施工

工作坑置于京珠高速公路西侧，工作坑作为地道桥预制和钢构件设备的加工场地，按设计斜交角度布置。路基施工清淤清表后达到设计标高，工作坑土方采用挖掘机挖土、汽车运土，一部分土方置于后背上分层碾压，多余土方外弃；在工作坑两边分别挖掘一条排水沟，沟底标高低于工作坑0.5m：工作坑边坡坡比为1：1，在工作坑两对角处各设一深2m的集水井，并浇灌混凝土护壁防止土方塌落，每个集水井中至少安装两台中50抽水泵随时排水，保证工作坑内呈无水状态。

(二)滑板的制作

滑板长50.0m，宽18m，基底换填后，再灌注40cm厚的C25钢筋混凝土滑板：在滑板底部设置宽0.4m，高0.35m，长与混凝土滑板宽相同的纵向及横向混凝土锚梁，间距为2.0×2.0m。框架底顺向的锚梁中预埋十根12.5m的P50旧钢轨，其中8.5m伸入滑板底，其余伸入后背墙内使底板与后背连成一个整体；滑板混凝土中铺设一层φ10@15×15cm的钢筋网；滑板面按纵向2米格操作，以保证滑板面的平顺。为防止箱体重心在顶进过程中离底板时易扎头，滑板面做成差，在底板两侧设导向墩，导向墩与底板同时灌溉；滑板面从下至上依次为混凝土原浆抹面、3mm厚滑石粉一层、5mm厚石蜡(掺25％机油)一层、塑料薄膜三层，塑料薄膜必须保证完好无损，搭接时必须重叠1／3块，以防灌注箱体混凝土时损坏。

(三)框架的预制

框架的制作分为三个工程：钢筋工程、模板工程以及混凝土灌筑工程。

1、钢筋工程。框架钢筋布置严格按框架钢筋布置图注明的排列顺序循环配置；钢筋布置时要确保混凝土净保护层厚3—5cm，框架桥强身部位的水平钢筋先间隔绑扎，随混凝土灌注时再逐一绑上，便于混凝土的震捣；箱身底板钢筋焊接时应在施焊地点铺设一块石棉板，随着焊接位置而移动，以免烧坏塑料薄膜隔离层。

2、模板工程。为保证框构外形尺寸准确、线条平直和混凝土内实外美，内外模板均采用1.5m×0.9m的大块钢模，边墙倒角采用特制的整块角模，以保证混凝土灌溉质量和外观；模板支架采用钢管支柱式支撑，左右前后间距为1m，柱子间上下纵横平撑各三道，纵横剪刀撑一道。每一块模板设2根φ14的对拉钢筋将内外侧支撑锁紧，确保模板支立直顺平整，不出现鼓肚、错茬现象。

3、混凝土灌筑工程。框架身混凝土浇筑分三次进行施工：第一层浇筑框构底板到边墙倒角上高5cm处，第二层浇筑至框构上倒角下5cm处，第三层浇筑框构上倒角下5cm处以上边墙及顶板；框架身C30混凝土(抗渗等级为S6)采用商品混凝土泵送，并按试验配合比掺入早强剂以缩短工期，插入式震动棒捣固；框架边墙的施工缝不设在同一水平线上，施工缝在下一层混凝土灌筑前必须凿毛、冲洗干净再灌筑一层与混凝土同标号的砂浆后，才能灌筑下层混凝土，以利施工缝处混凝土的结合；浇灌混凝土前严格检查模板与钢筋以及预埋件、施工平台、抗剪力钢搭桦等预埋件的位置与数量，征得现场监理认可后才浇灌。浇灌混凝土时为防止内外层主钢筋变形，确保内外层主筋的间距和混凝土的保护层厚度，预板底模的拆除是在混凝土强度达到设计强度的8096后才进行的。

在框架的中继间及前端进行预埋，以便“钢盾构”的安装及中继间的制作需要，由于本地道桥箱体为斜交，为了施工顶进的可行性，所以在箱体预制的同时在箱体的尾端制作一三角形混凝土底板，配筋同箱体一致，与箱体连成一个整体。

(四)地基梁的制作

在顶进施工过程中，为防止顶进出口时由于顶板的摩擦力过大而带动公路的整体位移及路面的局部拉裂，从而导致高速公路开裂变形影响行车安全，因此在地道顶进之前在高速公路东面坡顶并高于地道桥顶标高位置设计了一地基梁，以防作用的摩擦力过大而对公路带来的破坏性。地基梁设计长×宽×高为：32米×0.8米×1.5米。顺高速公路纵向布置，地基梁采用C25钢筋混凝土浇注。钢筋笼主筋采用φ25@15×15cm布置。

(五)中继间施工

本地道桥采用中继法顶进施工，在项进作业的过程中，为防止箱体以外的路基土方流失而形成空洞及凌空面，中继间宽度设置为0.75米：在两个中继间的箱体外侧预埋及安装＆16mm钢板设置在前节箱体上做为挡板，钢板宽度均设置为2.75米，中继间底钢板后节与前节箱体必须进行相互搭接，后节箱体底钢板长度为1.75米，与后节箱体施工时预埋焊接形成一个整体，在顶推施工过程中中继间底板的摩擦为钢板与钢板的摩擦，最大限度地减少施工顶进的阻力，为防止中继间顶进过程中箱体节与节之间的错位，因此在施工箱体混凝－E，时预埋一定数量的限位导向架(采用工29a工字铜作材料)。

(六)后背施工

本方案采用后背墙重力式后背。其组成为挖孔桩、混凝土后背墙、分配梁、后背填土三部分。后背填土尽量加高及延长，并且分层夯实压密，以保证填土内摩擦角大于300：满足顶进反作用力的需要。顶进完成后，将其机械拆除，保证路基施工不受影响。

(七)减阻与润滑

减阻和润滑的对象是框构，给框构顶板、框构边墙和框构底板润滑，以减小顶进阻力。

1、框构顶板的减阻与润滑：为防止磨损，减少阻力，并防止顶进带动路基，使之与土体不摩擦，在箱框顶部沿项进轴线上间隔设置扁铁，前端与钢构群相焊接，后端悬挂于箱框顶板尾端，由于顶进距离较长，为了减少顶进阻力，在每座箱框顶部均拖挂5mm厚钢板与掘进机构等宽、同长并随箱框运动，使盾构与箱框上部混凝土不与土层接触，在拖板以下推进，达到减少推进摩擦阻力和有效保护地道箱体的作用。并采用在顶板的拖板顶涂抹黄油及油泥的办法来尽量减阻。当拖板穿过路基时用氧焊割断，使拖板不再随框箱的推进而运动，同时保证了已穿公路路基的稳定，有效地防止公路的横移与沉降。

2、框构边墙和底板的减阻与润滑：基础开挖后，在未顶进之前，喷射或涂抹一定的润滑剂以减阻；边墙减阻采用涂抹油泥的方法以减少摩擦，并且边墙在顶进入土之前首先进行边墙涂抹润滑剂处理。在中继间底

板设置润滑油注入盒，底钢板开小孔，将润滑油盒安装在小孔之上，每一行程时让润滑油自动流入路基，有效地进行了减阻。

(八)顶进基础的检查与处理

根据现场的勘测情况以及处理图纸，对地质情况的勘测不明确，故无法对地基情况作准确无误的判断，但知道地基承载力低很容易引起栽头，因此对地基基础进行了适当处理，处理方法为：在开挖基础的过程中，把C30混凝土分批预制好成60×50×100cm的方块，基础开挖完成后立即进行置换，留下的空洞部分用细砂加入滑石粉满铺，并让顶进箱体及“钢盾构”壳带砂前进，可有效处理基础及防止“栽头”；对于特殊情况，还打入一定的木桩以挤密地基的方法加以处理；每行走一米取样均做了路基承载力试验，做到了发现问题及时进行有效预防及处理。

基底清出整平后，仔细检查地基土层性质，地基承载力满足应力要求。施工中基底有水，及时作好基底排水及降水，不带水顶进。

基底开挖的标高原则上同框构底板保持一致，但根据框构顶进后的高程情况进行超欠处理，以达到纠偏的目的。

三、框架顶进

前面所做的一系列工作都是为了整个框架顶进工作能顺利进行。本工程采用盾构法顶进施工，它属于切削泥土，人力定位出土，带公路坡比顶进，掘进时，各掘进机构相继推进20cm后，将钢架桥底板前滞后的坡比土转出相同距离，并推进框架为一工作循环，转运土方与顶进工作循环交替进行。上部土方由掘进机构前刃切割下落。框架顶进施工主要有以下几个方面：

1、施工及顶进掘土。

2、试顶作业。正式顶进施工前。进行了试顶作业是非常必要的，做好路基的检查、顶进设备的检查；将油压顶布置在框架尾部底板上，安装顶柱、液压油泵，调试液压系统，检查千斤顶功能无异常，管路没有泄露，逐步加大油压力推动箱身，测定起动力，有效的检查后背和公路路基的变化情况是否正常。

3、传力柱的制作及接长传力柱。由于施工水平顶力较大，利用千斤顶较多，顶进距离又长，情况比较复杂，所以传力柱数量较多，总长约24×60=1440米：框构顶进每走一个循环后，接长传力柱，顶进距离较长，约50米，传力柱的稳定性显得尤为重要，如果处理不当很容易发生起拱、顶拱等情况，甚至引起伤人事故。因此，在实际操作中，箱体顶进一定的长度后，在顶进后座的顶铁处覆盖了土方并加以压实，解决了传力柱稳定性的问题。

4、顶进纠偏。左右纠偏为利用油顶非均匀布置来完成，在顶进过程中，尽量使整个框架受力均匀，左右顶进保持一致，保持做到两侧土压力均衡，勤观测和检查，找出偏差趋势和出现偏差原因，及早处理；降坡为钢构支撑架底板下超挖控制，爬坡采用木桩或硷块，由盾构座的升降控制适合于硅箱框的尺寸高程。顶进时要做好中线和水平的控制：

(1)中线的控制。在顶进过程中，油顶按框构受力的轴线均匀布置于框架底板尾部，使整个框架受力均匀，左右顶程保持一致，挖土时两侧保持对称，两侧土压力基本均衡。顶进时勤观测和检查，出现了偏差趋势则找出偏差原因，及早进行处理，处理的方法是(以沿顶进方向为准)：当左则偏移时，千斤顶的左侧缓慢顶进，而右侧的千斤顶锁定油压，直到符合测量的中线为止，右侧则相反：

(2)水平控制。在顶进过程中控制好底部基础的挖土，防止“抬头”和“扎头”的现象，当出现“抬头”时，采用超挖的方法进行调整；当出现“扎头”时，采用欠挖基础上方或通过对基础进行一定的处理，并采用调节前盾构座底板的挖土来消除出现的偏差。