箱涵顶进施工中沉降与定位技术研究

曹 勇

(朔州路桥建设有限责任公司，山西 朔州 036000)

0 引言

箱涵顶进法可充分发挥空间的立体作用，促进城市交通网的建设。目前，箱涵顶进法解决了多处下穿工程的施工难题，但施工技术难度高，过程十分繁琐，必须控制住施工对上部结构和建筑物的影响。箱涵顶进施工的沉降量监测和实时定位仍值得进行关注。因此，结合箱涵顶进施工具体项目，深入分析箱涵顶进施工中存在的沉降和定位问题，并有针对性地采取了一系列措施，避免施工对上部结构产生负面作用。

1 箱涵顶进施工中存在的沉降与定位问题

1.1 基坑施工改变路基受力结构，引发路基变形

在下穿工程中，基坑往往只在既有建筑的一侧开挖。随着开挖深度的加深和面积的扩大，基坑周围会因地下水结构、土层受力、施工设备的影响而发生沉降、偏移、塌陷。在基坑开挖的过程中，必须采用围护桩进行人工围护，以钻孔注浆的方式控制基坑对地表变形的影响。但这些保护措施也无法对冠梁的水平、垂直位移，基坑周边的地表沉降以及基坑内外水位变化进行精确地控制，一旦超过形变报警值就会对既有路基产生不可挽回的影响。

1.2 滑板与后背梁操作不当，影响推进方向及速度

滑板是箱涵顶进的润滑层，与基坑底直接相连；后背梁位于基坑后部，为箱涵顶进提供作用力。二者相互配合便可将箱涵顶进，完成下穿任务。本工程滑板沿顶进方向设定0.2%纵坡，后背梁采用整体浇筑式钢筋混凝土结构，后靠分配梁，与滑板相连，构成倒三角整体，以保证推进速度可控，方向可控。但是，在顶进的整个过程中，路基沉降变化未知、经过铁路的车次未知、出土速度也存在不确定性。这些情况使滑板与后背梁操作复杂化，多次调节中的操作不当很容易影响到推进方向及速度，引发地上局部区域意外沉降。

1.3 出土速度与顶进速度不匹配，造成超挖或漏挖

在顶进过程中，实时跟踪定位十分关键，对技术的要求十分高。边挖边顶进是常用的施工方式，其难点在于出土速度与顶进速度之间的匹配。若挖掘机出土速度过快，路基下部悬空，容易出现塌方；若出土速度过慢，涵身带土顶进，整个挖面出现漏挖、欠挖现象，对顶进速度、方向的控制都极为不利。箱涵顶进是整个施工的重中之重，考虑土层变化和外部环境变化对挖土面范围、顶进前端与挖土面距离的影响，将顶进前端的实时位置都需要与既定路线进行对比，密切关注二者匹配程度，避免超挖和漏挖情况。

1.4 地上部分加固路线控制地上变形，避免路基沉降

工程路段以粉土、粉质粘土以及其混合土为主，需在顶进中对路基部分进行加固。采用高压旋喷桩和钢筋混凝土条基作便梁，在混凝土支墩上设支座，对路基进行限位。在施工中，先便梁架设，后插入限位装置，进行固定。整个下穿工程采用7条便梁对路基进行独立限位互不影响。加固路线一来缓解顶进对既有路基的偏离影响，二来能够为顶进操作不当提供补救时间。加固路线直接控制地上部分的沉降和形变，对日沉降量、累计沉降量的观测要求非常高，且安全操作规范明确了最大沉降量。因此，地上部分的沉降问题必须处理好。

1.5 顶进施工结束后形变的长期观测

箱涵顶进施工结束后，箱涵代替原有土地结构成为地上部分和既有路基部分的主要承载者。钢筋混凝土结构的变化、地下水流向的改变以及周围土体的积压都会引起地表形变。根据应力计算、自然条件的结果，工程采用了远大于地上部分负荷的整体浇筑混凝土结构，并对基坑一侧进行了加固和还原，有利于维持路基长期通车而不发生形变。出于安全的考虑，仍有必要开展长期观测，当沉降偏离预测时，进行及时止损。

2 箱涵顶进施工沉降量监测和实时定位的具体技术

2.1 基坑监测“一张图”，全面监测基坑影响

充分利用路基施工沉降观测点、围护结构观测点以及坑内观测点，将基坑挖掘对地下水位变化、路基沉降的影响精确到毫米级。首先，以远处固定点为后视点，对基坑影响范围内的各个观测点进行定期观测；然后，将基坑周围地表的观测点进行加密，观测频率加大，对每天的数据进行分析，确定基坑挖掘对既有铁路一侧各个位置的沉降影响；最后，对路基的水平横向位移和高程差数值进行监测，结合路基监测控制网的分析结果，调整基坑施工的围护工作和重点围护区，使基坑地下水位变化、周围地表沉降、路基位移三项内容呈现在一张图中，全面监测基坑对沉降的影响。

2.2 箱涵顶进施工内部实时定位技术，监测顶进方向、速度

滑板与后背梁相互配合为箱涵顶进提供作用力，为时刻监测顶进情况，在箱涵顶进前端安装了定位传感器，记录起动、顶进、再次顶进、就位的全过程。首先，明确了多结构顶进施工的定位要点，即保证涵身不偏离轴线、涵身高程符合既定路线；然后，以四周顶部监测点来确定顶进过程的高低偏差，以箱涵轴线两个监测点来确定，并通过后背梁固定位置进行全程观测；最后，将传感器与监测点数据结合起来看，以1 m为单位对箱涵顶进的方向、速度进行分析，得到了中线偏离控制在±94 mm内，高差控制在+45 mm内的结果，满足施工要求。

2.3 Flac3D数值模拟确定实时运动，调节顶进与出土

滑板与后背梁的操作、出土与顶进速度的观测都可借助Flace3D软件的三维模拟差分近似模型，根据传感器返回数据，对运动过程、各部件应力变化、节点平衡力进行深层次分析。首先，在X，Y，Z方向建立三维模型，以网格为划分单位，设定地质条件参数，为研究顶进底部、左右两侧的位移变化提供基础模型；然后，传入传感器在监测点获取的位置数据，给出具体运动时的受力状态；最后，结合全站仪、水准仪的观测数据，调整后背梁的作用力、出土速度以及顶进速度，确保顶进施工变形的可控性。

2.4 加固路线沉降量、累计沉降量的安全监测技术

为获取路基在箱涵顶进施工中的具体沉降情况，采用“一顶孔8监测点”方案，以精力水准测量仪获取加固路线的沉降变化。首先，设定了横向跨越路基的监测方案，在便梁的两边端口设置监测仪，选择其中一稳定点作基点，与其他检测仪相连；然后，每隔30 min对8个监测观察点进行监测，相邻两次位移偏移量超过10 mm,则暂停施工进行加固；最后，通过静力水准仪的数据处理，对沉降量的变化情况进行成因分析，为加固路线的稳定提供基础材料，为挖进速度、是否带土顶进提出建议。线路上行累计沉降1.4 mm,下行线沉降1 mm，远小于警戒值，加固路线具有可靠性。

2.5 施工后土体变形的长期监测技术

箱涵顶进施工结束后，工程范围内土体结构必然发生变形。为此，在下穿工程的外围进行土体变形的长期监测。首先，先观测涵身顶进后的底部、左右两侧产生的变形，明确土体对涵身的扰动幅度，尤其在前三个月其变形比较明显；其次，沿地下水流向对其周围土体的沉降进行周期性观测，明确施工后地下水是否仍保持原有特性；最后，在涵身布设多个监测点，分析各剖面地质条件的差异，对地上部分沉降较大的剖面进行二次加固，改良土体结构，确保路基、涵身变形符合要求。

3 结语

箱涵顶进施工的沉降与定位研究能够为安全施工提供基础数据材料，为施工过程提供科学建议。在施工的过程中，测量人员还应对监测技术、定位技术进行深化，不断增强操作能力，以便能够为施工过程提供更为准确的数据。