公路箱涵顶进施工新技术综述

樊爱平

(山西晋城路桥建设有限公司)

1 顶进施工中不同顶进法及相关技术特点

1.1 管棚箱涵顶进法

这种施工方法的主要特点是在施工之前先用管棚支撑加固箱涵顶上的土层，然后实施相应地顶进施工，有很多重要的建筑物对自身建筑的沉降以及变形等问题要求比较严格，这种类型的顶进施工方法就能够很好的解决这种问题。在顶进箱涵的过程中，一般是一次性设置好管棚，同时进行水泥灌注固化管棚周围的土体，使整体性的管棚得以形成。使用管棚箱涵顶进法施工的工程实例见表1。

表1 运用管棚箱涵顶进法施工的工程实例

1.2 大口径矩形顶管法

箱涵前端的工具头为机械式的称为矩形顶管。顶管采用土压平衡式矩形顶管机顶进施工的工艺，即在道路两侧内分别设立顶管工作井及接收井，作为一段顶管的起点和终点，然后借助千斤顶的推力，把工具管以及紧随其后的若干预制矩形管节从工作井顶出，并穿越土层一直顶进到接收井。

这种顶进施工法的优势是不会对地面活动造成影响，同时还缩小了占地面积，在施工的过程中基本不会产生过大的噪声和振动，因此，也不会影响到施工地点周围居民的正常生活。同时安全性比较高，成本也比较低。但是这种施工方法却有最为主要的一个缺点，那就是施工的技术难度很大。

目前，在道路工程中，矩形顶管顶进施工法得到了非常广泛的使用。施工技术要求大致有首先在选择顶管机头时要对施工所在地的土层性质做详细考察;其次纠偏操作要严格进行控制，以防出现角度过大的情形;再次在改善土层受力时可采用二次浆注的方法;再次保持各个工作面的压力平衡，保证开挖面的稳定性;最后要考察清产生地表沉降的各种因素，并作出分析提出措施。

1.3 盾构箱涵顶进法

盾构箱涵顶进法施工时，每组子盾构都需要有人配合修整掘进面、出土以及盾构母体推进时对子盾构套入箱体状态的监视。子盾构允许单次推进行程30 ～40 cm。子盾构作业有先顶后挖、边顶边挖或先挖后顶的三种掘进方式。子盾构推进时，其上部土方由前端锯齿刃脚切割下落。这种顶进施工方法是机械盾壳在施工的过程中一方面控制开挖面的稳定性防止失稳坍塌，另一方面进行相关掘进、出渣工序，形成一定的衬砌，并施行壁后注浆，这样在一定程度上就可以降低对周围土体的扰动。箱涵顶进施工法在一定程度上改进了盾构法的壁后注浆以及管片衬砌，但是在很大程度上延续了前者的各种施工优点，例如环境影响小，地层适应性强等等。

现阶段应用于箱涵顶进工程的盾构均为简易式，有五部分结构，分别为支撑架、盾壳、子盾构、液压推进系统、辅助机构五个部分。在施工的过程中，钢构均为独立体，施工时要错开推进，将掘进面分部进行掘进，箱框的推进要在钢盾构底板前方的土体清除之后方可进行。盾构箱涵顶进法的施工优势是将整体工序进行分化，减小了土体在顶进过程中所承受的剪力和压力，同时也减小了顶进的顶力，有助于维持土体的稳定并减小沉降。其缺点就是工程量大，安装过程比较繁琐，同时不能进行双向顶进等等。相关的工程实例见表2。

表2 盾构箱涵顶进法工程实例

2 顶进施工的相关计算理论及计算方法

2.1 地表变形计算

上个世纪末，上海市特种基础工程研究所水下工程研究组组长、高级工程师、副所长王承德等提出了估算地面沉降的方法，并逐步运用到了施工设计之中;中南大学桥梁与隧道专业副教授施成华等应用随机介质理论分析了顶管施工扰动区的土体的变形和移，并且制定了一些列行之有效的程序运用于计算之中;西南交通大学教授、博导，国家注册土木工程师肖世国等基于国外先进理论提出预测分析竖向变形的一些相关方法。但是影响顶进施工的因素比较多。所以上述各种计算结果与实际情况都会有一定的差别。

2.2 顶进力计算

对于箱涵顶进施工而言，御用公路桥涵或者铁路桥涵的施工手册里的最大顶力计算公式进行相关计算式可行的。顶力计算的重要性非常大，其计算结果是顶进设备配置、后背设计、箱涵局部承压强度验算等等计算过程的重要数据依据。计算的过程还要对顶力的分配进行充分考虑。上海交通大学土木工程系副教授，岩土力学与工程研究所副所长杜守继等通过设置接触单元等形式，运用三维实体建模方法来模拟其间的各种相互作用，分析得到相关的应力场和位移的具体分布，值得借鉴。

3 箱涵顶进施工过程的相关技术措施

3.1 降低顶进阻力的方法

减小顶进阻力的常用方法一般是通过灌注触变泥浆的方式进行。泥浆需要进行特殊设计，可以通过增大固化强度来减少地表的沉降程度。但是在注浆过程中要注意压力的大小程度，避免引起有害的地表隆起。摩阻力的降低可以采用将窄条钢板设置在土体与框架之间来实现。由于盾构法采用了网格式工具头的原理，化整为零，设置多组子结构，如果框架过长就会引起子结构顶力大和单块钢板阻力大等情况，这时可采用叠合钢板的方法进行解决。

3.2 纠偏措施

在调整过顶镐的数量和位置时，可以在一定程度上纠正中线偏差，其效果的实现是通过力偶的产生对照两侧形成的阻力来实现的。如果施工所在地的地质条件比较差，会出现比较严重的顶进“扎头”现象，这在很大程度上会影响到工程的实际质量。同时应力在底板的不同部位的具体分布会有比较大的差别，这样会导致受力不均产生不同的变形。如果这种变形不断积累，箱身便会出现不均匀沉降，解决措施有以下几种。首先在设计箱体时可提高标高，留出一定的沉降量;其次可以换填沙土加固滑板前端的地基;再次可以采用一定形式的船头坡的箱体底板前端的造型，具体尺寸可以采用垂直高15 cm 水平长120 cm 的制式;最后还可以在底板上预先设置孔洞，然后通过孔洞在软弱地基里打入预埋桩，这样就可以降低沉降量。

3.3 监控措施

在公路箱涵顶进施工中，所采取的的监控措施的作用非常重要。在已经完成或者正在进行的项目中，很多工程都根据实际情况实施了相关的监控措施，一些比较重要的工程项目，还根据具体情况对监控过程进行了相应地科学研究。在监控过程中，主要监控的内容。

(1)监控相应的姿态情形，这主要包括高程、中线、对接误差等等。

(2)监控地面变形，这主要监控地面的平移沉降情况。

(3)监控施工过程对周围建筑物的实际影响，监控内容主要有对建筑物的安全构成影响的地面位移、倾斜、沉降等等。

4 面临的问题

公路箱涵顶进施工在实际施工过程中会面临一些问题，不仅会影响到工程质量，有时还会对人身财产安全造成影响，这些问题一是在穿越铁路和高速公路时，行车的安全性如何有效保证;第二个是在穿越建筑物时，建筑物的结构稳定性与安全性如何保证。这两方面的问题都涉及到人身安全问题，所以都是施工过程中非常大的挑战。目前在穿越道路时，不仅要对原有道路上的车速做出限制，同时顶进箱涵的覆盖层也有一定的规定。由于实际施工经验不足，对重要建筑物的穿越所带来的安全质量问题还没有统一的设计标准，因此要借鉴已有的深基坑施工技术等，运用仿真模拟等方式来解决一些技术上的问题。

［1］成永旭，刘国臣1 管棚支护法在高速公路下穿桥施工中的应用［J］. 山西建筑，2004，(3).

［2］张思探. 顶进框架桥穿趟明代务土结构长城保护施工技术［J］. 安徽建筑，2007，(1).

［3］彭伟强. 管棚盾构顶推刚架桥技术在高速公路施工中的应用［J］. 广东公路交通，2004，(4).