过水箱涵穿越高等级公路施工方案分析

白金浩，李 健

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

引 言

箱涵作为一种地下工程措施，广泛应用于解决新老建筑物之间的交叉问题。如公路与铁路之间的交叉、河道与公路之间的交叉、输配水工程与公路铁路的交叉以及河道穿越港区或防潮堤等。在制定设计及施工方案过程中，主要有明挖和暗挖两种方案。明挖方案一般用于所穿越建筑物等级较低，具备断交或断流条件，具备较大开挖面的情况下。而对于高速公路和铁路等建筑物，由于重要性较高，不能进行断交施工，不具备明挖条件，需采取暗挖方案。为此，本文依托工程实例，对过水箱涵穿越高速公路的施工方案作简要分析。

1 依据工程背景

南水北调天津干线输水箱涵与京深高速公路在河北省徐水境内相交，交叉处的桩号分别是XW29+316和 GK108+000，斜交角度为 99°。涵址处路基全宽27.0 m，路基（路肩）高程16.36 m，填土高度1.86 m。天然地面高程14.5～14.8 m。

天津干线输水箱涵与京深高速公路交叉段全长200 m，起迄桩号XW29+216～XW29+416。中心线交点桩号为XW29+316。箱涵安全等级为Ⅰ级，公路荷载为Ⅰ级。箱涵基础为天然中砂土层，主体采用整体浇筑C30防水钢筋混凝土框架结构。该结构整体刚度大，能够有效适应性地基的不均匀沉降影响，施工工艺简单，技术成熟。根据流量和内水压力的控制要求，确定输水断面为3孔4.4 m×4.4 m钢筋混凝土有压箱涵，设计流量50 m3/s，正常输水工作压力11 m，涵洞检修时内压7 m，涵洞出现事故时内压13 m。

2 穿越方案分析

2.1 方案比选

本工程全长200 m，考虑到京深高速公路的重要性，不能进行断交施工。拟分三段进行：其中标准段长110 m、过渡段长40 m、暗挖段长50 m。其中过渡段、标准段采用明挖,开挖深度在8 m左右，边坡开挖按照1：1.5、1：2自然放坡或采取土钉墙进行防护。明挖方案相对简单，此处不再详述。本文主要对输水箱涵和京深高速交叉段的暗挖方案进行分析。

暗挖可采用管棚暗挖和顶进两种方案。管棚暗挖以钢结构或喷锚支护为手段，按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤测量”的原则，随挖随支；管棚暗挖要求监控测量与施工步骤同步进行，及时反馈监控信息，修正设计及施工方法，达到信息化设计、信息化施工。箱涵顶进施工是从顶管技术发展而来的，顶进法主要特点有：顶进的箱涵一次预制完成，在顶力允许的情况下，无须考虑道路长度，箱涵与道路的交叉角度等因素，均可以一次顶进完成施工。因此，同管棚暗挖相比，采用顶进法施工，施工进度更快，更能保证施工安全，且不会对整个工程的水力运行造成变化。综上分析，本工程暗挖采用顶进方案更为合理。

图1 顶进方案平面示意

图2 纵断面示意

2.2 顶进方案的具体实施步骤

1）管线调查

将输水箱涵所在位置及施工影响范围内的地下各种管线调查清楚，特别是电缆管线，避免造成严重后果。及时与高速公路及各管线权属单位进行沟通协调，取得各部门许可并制订相关应急措施。

2）工作坑位置选定

顶进施工作业主要在工作坑内进行，设有滑板、后靠背、顶进装置（千斤顶等）、预制箱涵（顶进段与混凝土刃角）等，选择在地质情况较好的地方，将工作坑与明挖段结合起来，以节省支护工程和开挖工程量，即将明挖段先挖开一段槽不做结构而作为工作坑供顶进之用。

3）降水

顶进工作开始前，要先采取降水措施式降低地下水位，直到见基面以下0.5～1.0 m。因本工程所在区域地下水位标高低于涵底、暂不需要降水。但在开工时应勘查一下现状地下水位高程、注意雨讯，如需排水还应采取排水措施。降水的一般做法是四周布设排水沟并采用井点降水措施。

4）工作坑开挖

工作坑作为箱涵顶进的主要场所，其长度、宽度及深度需要结合工程实际情况进行设计，以满足顶进施工的需要。

本工程所在地现状地面高程 14.50 m，工作坑底高程分为两部分，滑板部分和后背部分：滑板部分工作坑底高程为5.6 m，挖土深度约为8.9 m；后背部分工作坑底高程为 3.6 m，挖土深度约为10.9 m。

工作坑的坑底尺寸为72.5 m×23.5 m（顶进方向为 72.5 m），工作坑开挖边坡，路基面坡度为1：1.5，其余三面坡度为 1：1，边坡防护采用挂网喷射混凝土的方法，网片为φ10钢筋10 cm×10 cm网格，喷层厚度为12 cm。在工作坑开挖至距设计高程0.2 m处时，采用人工挖除，减小对坑底基础的扰动。工作坑底周围设 0.5 m排水沟及 1 m×1.5 m积水坑，工作坑前端及出口处各设置降水井，以防止雨水冲刷边坡及浸泡基坑。

5）坑内设施作业

工作坑开挖结束后，进行坑内设施作业，顶进设施是否完善，直接关系到顶进施工质量及安全。本工程采用顶进设施主要有施工滑板、千斤顶以及后背墙等。滑板的制作作为顶进工作中的最为重要的组成部分，需充分考虑强度及刚度以及平整度的要求，滑板上可以涂抹润滑剂，以减小顶进阻力。千斤顶应根据箱涵中心线对称布置，以保证顶力均匀分配。后背墙一般采用板桩式和重力式，为减少工程量及投资，后背的修筑一般同工作坑开挖同步进行。

6）管棚加固

对顶进箱涵顶部土层采取双层管棚加固措施是顶进设施通常做法之一，它的作用是避免路基塌陷、特别是上部覆盖土层较薄时更是如此。管棚支护加固措施首先用水平钻机将无缝钢管（本工程选用的无缝钢管直径分别为133 mm和108 mm，壁厚为8 mm）打入路基，其次采取向钢管内注入水泥砂浆的方式加工成钢管混凝土，最后向钢管外侧和路基土体的空隙中注入水泥砂浆，使其与土体粘结为整体结构。

为保证京深高速涵顶进过程中高速公路依然能够正常通行以及顶进过程中的施工安全，同时防止箱涵顶进时路面产生水平位移，在箱涵顶端路面下增设门框梁及侧向门框和反拉索措施，并在顶进方向G4高速公路的对侧增加防护桩。

图3 管棚加固示意

7）预制混凝土箱涵顶进段

顶进外箱涵长 40 m，为减少顶进过程中的阻力，另加5.65 m长混凝土刃角。箱内净高5.65 m，净宽5.50 m，即需要顶进的外箱涵全宽18.50 m，全高6.90 m，涵顶覆土厚3.40 m。内箱涵结构尺寸同标准段，箱内净高4.40 m，净宽4.40 m。考虑到施工因素，顶进箱涵不分段，要求一次预制完成并顶进，不分段预制。顶进底板的前端设置成高7 cm长1.5 m的船头坡。预制箱涵时，应保证各预埋件安装就位，不得遗漏。待预制外箱涵顶进工作完成后，再进行内部箱涵的现场浇筑施工。

8）顶进并挖土

箱涵顶进前，需保证预制外箱涵强度达到设计要求，顶进设施就绪并检验合格，然后进行预顶试验。综合该处工程地质情况及涵顶覆土深度等设计条件，验算得到顶进箱涵需要的的最大顶力为98 000 kN。在顶进同时，逐步挖除箱涵内的土体，先顶进再挖除，保证顶进量和挖土量的平衡，不得超挖。遇有特殊地质情况时，需要在挖土过程中采取必要措施进行处理，并注意安全。

9）各段连接

顶进段与接长段的连接采用刚性连接（湿接缝），顶进段预留钢筋深入现浇段内，所有钢筋必须焊接连接。在接长段与过渡段，过渡段与标准段之间设置沉降缝。

3 顶进工作中可能遇到的问题及对策

1）在顶进和挖土过程中，要随时进行路基的沉降和变形观测，掌握箱涵顶进方向和高程的变化，并确保人身安全、行车安全。如发现顶进困难、箱涵结构变形、涵顶路基出现裂缝或者塌陷等现象时，应及时上报，分析具体原因并制订新的措施。

2）由于箱涵采取整段预制顶进，需要的顶力大、工作坑范围大、后背体积大、而后背所处的位置，正是输水箱涵标准段所在的位置。因此，必须全部拆除后背滑板后才能进行标准段施工。

3）根据交通部门相关规划的要求，充分考虑现状公路拓宽的需求，通过注浆加固对现状公路规划加宽范围可能影响到的输水箱涵四周土体进行处理，处理长度为箱涵四周各5 m范围，以减小现状公路路基加宽施工时对输水箱涵造成不利影响。

4）采取必要措施加强交叉路基和渠道防护，防止因渗水引起输水箱涵下沉。具体措施：采用浆砌石片对交叉路基边坡和边沟进行全断面防护，并采取铺设土工布等措施进行防渗处理，防护长度为120 m（输水箱涵两侧施工范围长度）。

5）箱涵顶进期间，高速公路不断交，为确保施工及行车安全，应按照高速公路管理部门的相关要求设置标志牌、警示物等安全设施，并限制施工段的行车速度。

4 结 语

南水北调中线一期工程天津干线现已全线贯通并通水运行，整个顶进工作过程中未出现箱涵结构变形和路基塌陷等状况。顶进方案的安全性和可靠性在该工程上得到了很好的验证。在我国大量进行基础设施建设的今天，当新建箱涵等建筑物必须从铁路、高速公路路基下通过时，从保证铁路、高速公路正常运行和尽量减小施工对路基影响等方面出发，因地制宜地选用箱涵顶进施工技术，较好的解决了上述问题，为今后相关工程的实施有一定的借鉴意义。

专利名称：一种袋装改散装物料输送系统

专利类型：实用新型

专 利 号：ZL 2017 2 0001374.4

专利权人：交通运输部水运科学研究所

中交第一航务工程勘察设计院有限公司

专利摘要：本实用新型的袋装改散装物料输送系统包括供料系统、取料系统、割袋回收系统、电气系统和结构架；结构架两侧各安装一套取料系统，中间安装割袋回收系统，供料系统的末端通过取料系统的下方。供料系统的托盘循环传送，将袋装物料运送作业区；取料系统的取料小车沿导轨往复运动，将袋子抓取至割袋回收系统；割袋回收系统的旋转切割装置切开袋子，物料在重力作用从袋中落下，由料斗和破碎机收集，空袋由空袋打包机收集，实现物料与袋子的分离。本实用新型提供一种效率高，工作强度低，自动化程度高的袋装改散装物料输送系统。