公路工程中钢筋混凝土箱涵顶推施工技术分析

廖孝彦

(湖南建工交通建设有限公司，湖南 长沙 410004)

1 箱涵顶推施工技术概述

现代社会经济发展中，高速公路作为加速区域发展、促进文化交流的重要设施，建设规模不断扩大，据统计截至2020年底全国高速公路总里程达16.1万km。这些高速公路的修建在缩短了地域距离的同时，也导致部分沿线县乡级公路被阻断，影响区域交通，在既有高速增设立体交叉公路是一个有效解决办法[2]。

现代立体交通方案主要有两种：一是通过高架桥形式上跨既有公路；二是以地道桥形式下穿既有公路。前者施工成本高，且受到城市布局规划影响大；后者用地范围较小，且施工成本低、施工便利，不需要中断高速交通。结合工程实践情况分析，箱涵顶推工法得到了广泛运用，且随着工艺的改进和完善，跨度不断增大、顶进长度也逐渐增加，顶部覆土由厚到薄，箱涵与公路的交角由正交发展到斜交[3]。目前常用的箱涵顶推工法较多，包括一次顶入法、对顶法、对拉法、顶拉法、盾构法等，具体需根据现场调查情况，包括顶进的结构形式、尺寸、机具设备能力等，综合确定施工方法。本文以平益高速平江南互通A匝道、E匝道及6 m×5 m箱型通道顶推下穿平汝高速工程为例，围绕公路工程中钢筋混凝土箱涵顶推施工技术的应用展开详细分析。

2 平江南互通地道桥顶推项目基本情况

2.1 工程概况

本工程为平益高速平江南互通A匝道、E匝道及6 m×5 m箱型通道顶推下穿平汝高速工程。其中，A匝道箱型通道位于A匝道与平汝高速交叉处，交点平汝主线桩号NK1+326.7，下穿通道为钢筋混凝土箱涵，箱涵长48 m，轴线与平汝高速公路成45°夹角。E匝道箱型通道位于E匝道与平汝高速交叉处，交点平汝主线桩号NK1+100.2；下穿通道为钢筋混凝土箱涵，箱涵长48 m，轴线与平汝高速公路成45°夹角。6 m×5 m箱型通道正交下穿平汝高速公路，交点平汝主线桩号NK1+410，下穿通道为钢筋混凝土箱涵，箱涵长42 m。平江南互通地道桥顶推项目隧道表见表1。

表1 平江南互通地道桥顶推项目隧道表

2.2 施工内容

根据现场勘察，初步拟定A匝道箱型通道、E匝道箱型通道、6 m×5 m箱型通道三工作面，由项目部统一管理安全、质量、进度、技术、合同、设备、材料、协调等工作，下辖工区负责施工现场生产组织工作。各工作面主要施工内容如下：(1)A匝道箱型通道工作面，涵身长度48 m；(2)E匝道箱型通道工作面，涵身长度48 m；(3)6 m×5 m箱型通道工作面，涵身长度42 m。顶推施工计划总工期为230 d。计划开工日期：2020年3月15日，计划完工日期：2020年10月31日(先行工程可提前施工)，主要劳动力配置如表2所示。

表2 顶推施工主要劳动力配置情况

3 公路工程中钢筋混凝土箱涵顶推施工技术要点

3.1 施工流程及施工难点

平江南互通为平益高速重点和难点工程之一。平江南互通3次下穿、2次上跨平汝高速公路，由八条匝道与武深高速连接。其中E匝道下穿平汝高速NK1+100.2箱型通道为单孔结构，长48 m，断面尺寸16.9 m×9.5 m。分三节预制，整体顶进。

NK1+100.2箱型通道具有如下难点：大角度斜交，顶推夹角60°，箱型夹角45°顶进；覆土厚度极薄，覆土厚度97～124 cm；顶进方向左侧需要破除一个老圆管涵和老盖板通道。根据地道桥上部覆土厚度确定合适的单次顶进长度(不超过20 cm为宜)，以保证上部土体及路面不发生塌陷，开始地道桥顶进施工。若掌子面土体不稳定，出现坍塌，采取注浆方式加固土体后再进行掘进作业。为不影响武深高速正常通行，防止因施工引起高速公路路面沉降、移位和开裂，确保高速公路行车安全和施工人身安全，施工前项目部组织了相关专家进行施工及交通组织分流专项方案评审会议，制定了专项施工方案，采用“立体支护、分部开挖顶进框架桥”施工方法。路面土体采用钢盾构立体支护，盾构内分部暗挖土体技术，稳固掌子面；框架桥分为三节预制顶进，节与节之间设中继间。在武深高速公路西侧设置顶进工作坑，由西向东顶进。

3.2 施工技术要点

(1)准备工作

①工作坑测量与放线。工作坑中心线与顶推箱涵的中心线一致，是顶推过程中的基准线。在工作坑内浇筑滑板，按照预设的角度进行箱体预制，每节箱体的长度为16 m，箱体间布设中继间，为卧式千斤顶提供顶进支撑面。完成坑内设备的安装后，在坑内两端设置1～2个临时水准点。②门框梁基础桩与边坡防护桩施工。在箱型通道下穿平汝高速进出口位置路基边坡上进行路基边坡防护桩及门框梁基础桩的施工作业，严格按照设计平面位置进行施工作业。③开挖工作坑、修筑滑板。修建工作坑作为箱涵顶推工作基地，前端紧靠平汝高速、后端设置运土车道，坑内修筑滑板，滑板上设润滑层、隔离层。基坑边坡1∶0.5，开挖尺寸和位置按设计布置，坑底四周布设0.3 m×0.5 m排水沟、集水井。工作坑开挖的同时进行施工进出口处门框梁及边坡防护桩压顶梁的施工作业。④箱型通道主体预制。本工程在滑板上预制箱涵通道涵身，采用钢模板、扣件式钢支架，为防止混凝土侧墙浇筑时存在明显施工缝，外模选择插模法。整个涵身主体分两次完成浇筑工作，第一次浇筑至全高2/3、第二次完成全部浇筑工作；底板三角块与第三节涵身同时进行浇筑。完成浇筑后拆模，并使用草袋覆盖浇水养护，养护时间≥14 d。涵身顶推施工前做好防水层施工，并对外表进行润滑，有效减小顶推阻力。⑤钢盾构制作安装。本工程钢盾构的制作材料选用5、10、16、20、40 mm厚Q235钢板与32b工字钢，刃角为20 mm厚钢板。钢盾构与第一节涵身使用预埋螺栓进行连接。⑥修筑后背。根据现场地质条件，采用板桩式后背，板桩式后背主要由C25钢筋混凝土桩基、C15素混凝土垫层、C30钢筋混凝土承台、C30混凝土钢筋混凝土背板及C30混凝土钢筋混凝土肋板构成。⑦下穿公路加固。本工程下穿施工前与运营部门做好沟通交流，保证行车安全。公路加固采用钢盾构进行顶进箱涵顶部及两侧的防护，并在三个独立箱体进行施工期间，对周围土体采用超前锚杆、注浆等措施进行加固处理[4]。

(2)试顶与顶推

根据千斤顶机械性能，16台320 t卧式千斤顶，其最大推力：N=16×3 200×0.7=35 840>34 925 kN，故可满足设计要求。因第二没有盾构，顶力小于第一节，故千斤顶也按此配置。

①试顶。试顶采取逐步增压的方法，增至一定压力后稳定3～5 min，检查所有设备无误后继续加压，正式顶推。②挖土与运土。本箱涵高度较大，拟采取挖掘机进行取土作业，要求不得超挖，挖土过程中保证土坡平衡，且做好观测工作，根据箱涵顶推过程中的偏差情况及时调整挖土方法。③顶推。前方刃脚处挖土完成一进尺长度后，启动高压油泵推动箱涵前进，一般情况下每一冲程顶推190～800 mm。箱涵前进后，用反向千斤顶将主千斤顶的活塞拉回原位，在空档处增放顶铁，以待下次开镐。如此循环往复，直至箱涵就位[5]。④顶推方向及高程控制。顶推框架时极易发生方向、高程偏差的情况，对此必须做好实时测量，一旦发现偏差及时调整，确保准确就位。⑤收尾工作。顶推完成后做好收尾，包括拆除铁胀圈、清扫管内杂土，逐节测量高程、中线，并做好竣工纪录。

(3)顶推监测与纠偏工作

①顶推监测

顶推施工期间，严格控制顶推行程和速度，采取短行程、多次数的办法加快进度，并邀请第三方专业检测机构适时观测开挖面土体状况，监测各类参数，包括盾构应力、地表位移、轴线偏位及老涵洞收敛观测等，适时调整开挖和支护方案，确保施工安全有序。因平汝高速公路路面交通量大，常规水准仪路面沉降监控时间周期长，观测过程阻碍交通且存在安全风险，中央分隔带采用静力水准仪进行监测。

②箱体纠偏

在整个顶进过程中，加强箱体平面位置及上下位置的偏差的调控是重点，也是难点，具体如下：箱身方向偏差调整。a箱身在空顶阶段发生方向偏差时，利用方向墩设专人加换左右两侧与方向墩间的滚楔铁板；也可在边墙外侧用一台备用的千斤顶校正空顶阶段的方向。b用增减一侧千斤顶的顶力：即开或关一侧千斤顶阀门，增加或减少千斤顶顶力数。c用轮流开动两边高压油泵调整：如向左偏就开左侧高压油泵，向右偏就开右侧高压油泵。d用后背顶铁(柱)调整：在加换顶铁时，根据偏差将一侧顶铁楔紧，另一侧顶铁楔松或留间隙，调整时摸索掌握规律性，注意箱身受力不均时产生的变化状况。e前端左右两侧刃脚前，可在一侧超挖，另一侧少挖土或不挖来调整方向。f在箱身前端加横向支撑来调整。支撑一端支在边墙上，另一端支在开挖面上，顶进时迫使向被顶一侧调整。

箱身“扎头”、“抬头”的纠正。a在箱身前端基底换填20～30 cm厚的卵石、碎石、混凝土碎块加固地基，增加承载力，籍以纠正“扎头”。b在涵身前端加木支撑，支撑顶在涵顶两侧。经过几次顶换，“扎头”可以得到纠正。c箱身“抬头”纠正：可在底板前适当超挖。

4 结束语

综上所述，钢筋混凝土箱涵顶推施工技术在现代公路工程中得到了普遍应用，具有效率高、干扰小、成本低等诸多优势[6]。在工程实践中，由于顶进结构断面形式、跨度大小、穿越长度、覆土厚度及其物理力学性质指标等存在区别，必须根据实际情况合理选择顶推施工技术，严格控制好各项施工参数，严格按操作规程开展施工作业，做好施工组织管理，保证施工过程安全、箱涵质量达标[7]。