侯有权 张新海 孙夫强

(1．张家口市地方道路管理处，河北张家口 075000;2．北京方达工程管理有限公司，北京 100044;3．北京交通大学，北京 100044)

1 工程概况

南水北调中线1期工程天津干线天津市1段工程施工TJ5-2标段。设计流量为45 m3/s，加大流量为55 m3/s。为3孔4．4 m×4．4 m钢筋混凝土箱涵。桩号为135+759～136+167，全长408 m，其中顶进箱涵长度为72 m。与京沪高速公路交汇里程为DK93+600。

2 工程地质

本标段地势平坦，地面高程4．8 m～4．9 m，地层均为第四系松散堆积物，由老至新简述如下:

①全新统下段。

冲积堆积:勘探深度范围内以浅黄、桔黄色壤土为主，粘土次之，顶板埋深一般13．0 m ～14．0 m。

②全新统中段。

a．浅海堆积:由灰色、浅灰色壤土组成，含有机质及贝壳碎屑，具有微细层理，个别夹砂壤土薄层，厚2 cm左右。该层层厚一般3．8 m ～4．4 m，顶板埋深一般9．3 m ～9．9 m，分布连续稳定。

b．湖沼堆积:由灰黑色、灰绿色、灰黄色等粘土组成，局部分布淤泥质粘土透镜体，含锈斑及有机质，可见小的平卷螺和尖脐螺。一般层厚3．8 m～4．6 m，最大厚度5．8 m。顶板埋深一般3．6 m ～4．4 m。该层分布连续。

③全新统上段。

冲积堆积:岩性以黄褐色、灰黄色砂壤土为主，该层厚度一般3．6 m ～4．4 m。

3 工程特点及难点

1)穿越施工采用管幕支护、箱涵顶进施工工艺技术，为保证京沪高速公路的安全运行，对施工前期的策划、技术储备、施工过程的严密控制都提出了很高的要求。

2)穿越施工中顶进坑、接收坑的支护工程是本工程的重点。施工过程既要保证垂直开挖时围护桩的稳定，又要保证京沪高速路的运行安全。

3)降排水是本工程顺利施工的首要问题。施工区域地下水埋藏较浅，含水量丰富，为基础边坡的稳定以及施工干场作业带来困难。

4)工期短，工序较多，必须采取严密的施工进度安排，才能保证按合同工期完成。

4 箱涵顶进关键技术

4．1 管幕支护技术

箱涵穿越京沪高速公路段采用大管幕超前支护。箱涵四周钢管幕设计使用φ970mm钢管，管幕施工是关键工序，与顶进段箱涵预制平行施工。管幕工作坑位于高速公路东侧，而箱涵工作坑位于高速公路西侧，箱涵预制和钢管帷幕可以同时施工。φ970 mm钢管采用泥水平衡掘进机为先导顶进，施工顺序是先顶排、后两侧、再底排。

4．2 施工降水技术

4．2．1 基坑降水

根据施工图地质资料显示，本工程区地下水为第四系孔隙潜水，主要赋存于第四系全新统粘性土地层中，地下水埋深1．2 m～2．8 m。因此，地下水对渠道段开挖影响较大;必须降低地下水水位保证基坑干场作业。

4．2．2 降水井布置

施工过程中以大口井降水为主，并结合现场明排的方式进行降水。为达到最佳降水效果，在马道位置各打设一排大口井，对称于基槽中心线，两排井的轴线距离约38．2m，单排井距15m，上井口最终设在二级马道高程上，大口井在表层土方开挖完成后的高程上钻设，用回转钻机成井。大口井的结构选用无砂混凝土管井壁，设计井管内径300 mm，井管底部外壁包一层200 g/m2土工布，其外井身填级配滤料，每个井内配置一台2寸潜水泵抽取井内渗水，潜水泵出水用φ50胶管放在边坡上就近将渗水经进水口排放到基坑外侧的排水沟内。

4．3 滑板及后背

根据现场情况，滑板采用25 cm厚C30混凝土，内置钢筋网。滑板混凝土浇筑到位进行拉毛，以利于抄平层粘结，抄平层抹后平整度要求不大于3 mm。润滑隔离层的作用是防止箱涵与滑板粘连并起到润滑作用以减小顶力。常用石蜡掺入机油作隔离层，施工繁琐，本基坑采用两油一毡一布作润滑隔离层。

4．3．1 滑板施工技术

基坑滑板制作后退5 m，为管幕施工留出5 m接受坑位置，待管幕施工结束后，用灰土回填接受坑补齐滑板。滑板锚梁沟槽采用人工开挖，与工作坑开挖交叉进行，滑板设1．5‰上坡前端标高与桥体底板底标高相同。工作坑开挖结束后对工作坑土质进行注浆加固，并在工作坑内设置标高控制网，间距2 m，以便使用刮杠找平，滑板采用25 cm厚C30混凝土，内置钢筋网。滑板混凝土浇筑到位后进行拉毛，以利于抄平层粘结，抄平层抹后平整度要求不大于3 mm。滑板浇筑完毕后，在滑板两侧设排水沟，以排除雨水。滑板混凝土强度达到2．5 MPa后，再施作润滑隔离层，先涂一层黄油后，粘铺一层油毛毡，再涂黄油铺塑料布，防止绑扎钢筋时损坏隔离层，灌注混凝土时出现漏浆，造成启动困难。

4．3．2 后背施工技术

后背设计承受顶力为不小于3 300 t。

后背桩采用双排φ1．2 m灌注桩，桩距1．40 m，基坑开挖前已施工完毕，桩后是水泥搅拌桩止水帷幕。后背梁采用设计尺寸:宽×高×厚=20 m×2 m×1 m，为C30钢筋混凝土结构，后背梁紧贴后背桩浇筑，将后背梁与滑板连为一体，防止滑板跟进。

4．4 箱涵顶进技术

4．4．1 顶进施工方法

箱体预制成型后，当框架主体强度达到设计强度后再进行正式顶进作业，箱桥的顶进采用吃土顶进法施工，边顶进边出土，箱体底、侧、顶刃脚始终吃土顶进。

4．4．2 顶进设备及顶镐布置

1)根据设计顶力(设计顶力比计算顶力大)布置千斤顶，设计顶力:第一节最大顶力为2 800 t，第二、三、四节最大顶力为3 000 t，后背梁最大顶力3 300 t。中继间两端留有3．5 m镐窝，可以安装7台顶镐，每个镐窝安放5台500 t顶镐(预留7台位置)，每个中继间10台，使用一台高压油泵加压供油，一台高压油泵可以为几个中继间顶镐供油，通过分配法调节。

2)中继间的千斤顶安装，在安装前先在槽内铺塑料布，防止液压油泄露到混凝土表面。千斤顶放置在槽内，固定时一定要将千斤顶的底座与预埋件表面相平行，然后在千斤顶和预埋件之间塞上钢板使之没有缝隙，安装完毕后在放置千斤顶的位置用已做好的钢板盖上，防止箱涵内的土掉入槽内，以利于车辆通行。

3)顶镐与顶铁之间安放一道分配横梁，保证顶铁共同受力，分配横梁用55号工字钢平卧安放，并用钢板焊成整体;顶铁与后背之间也应安放一道横梁，以便后背梁受力更均匀，顶铁位于分配横梁和后背之间，卧放在滑板上，它的不断接长使箱身不断前移。顶铁用钢轨作成 10 cm，20 cm，30 cm，60 cm，120 cm，200 cm及400 cm七种不同长度;为保持顶铁的稳定，分隔6m～8 m设一道横梁，以提高顶铁整体稳定性，横梁安设在已换成长顶铁的固定段内。

4．4．3 顶进作业

为了加快进度、减少顶进流程，箱涵顶进优先四节一起顶进，只有顶力太大威胁后背安全时或方向出现偏移纠正困难时才启用中继间顶进，首先启用第一道中继间顶进，中继间启用越少顶进效率越高。流程见图1。

图1 箱涵顶进流程

4．4．4 涵内出土

1)箱涵为一箱三室结构，每室孔径4．4 m×4．4 m，空间太小不能使用大型机械作业，每箱内使用一台0．3 m3微型挖掘机挖土和3 m3装载机运土，自制背锅运土。

2)在挖土过程中一定要控制好挖土量和掌子面坡度。保持吃土顶进，始终保证钢刃脚对土体的支撑作用。每次顶进量和挖土量要一致，不得超挖。

3)开挖面含水量大时会影响前端土体自稳性，需要在开挖面上设置水平的排水管。排水管采用φ108钢管，钢管上交错布设渗水孔。

4)开挖面遇到砂质土时，由于自稳性差无法保持开挖面稳定，采用超前小导管注浆法加固开挖面，导管使用φ42钢管，每次加固长度可达3 m～5 m，浆体采用水泥—水玻璃混合浆。导管与孔口处采取密封措施进行压力注浆，使浆体向孔外扩散。初凝后拔出导管。

4．4．5 测量控制

箱身中线的控制，在箱涵内顶板上标出中线标记，安装上测量靶盘，在箱身前后中线延长线上设固定观测控制点，控制点不少于4个，观测时以固定中线点核对箱身上的中线位置判断其方向偏差。

箱身高程采用水准仪控制。在顶进前在每节箱涵内四角顶底板设观测点，在顶进前测好原始记录，以此作为箱涵标高变化依据。

纠偏的决策来源于测量数据，每顶一镐必须进行方向和标高测量。用经纬仪、水平仪测量顶进过程中箱体位置和标高偏差，提前放出箱体就位线，做好箱体顶进记录。根据测量数据绘制顶程与顶力关系曲线和顶程与方向高差的关系曲线，用控制图控制顶进质量。

5 施工控制及预防措施

要使箱身顶进方向不致偏斜，布置千斤顶时应严格根据箱身正交情况计算的千斤顶布设位置进行布设，使千斤顶合力作用线与道路中线平行，并与箱身阻力的作用线重合。

1)在滑板上顶进时，为了防止箱涵方向偏移，在箱涵两侧对称设置20个导正墩，保证箱涵进洞前轴线不发生偏移。

2)在顶进过程中，方向由首节箱涵控制，在正常顶进时保持所有千斤顶同时顶进，当发生偏转时可以调节相应位置千斤顶数量和时间来调整箱涵方向，比如首节箱涵发生向右偏转，在箱涵顶进时就可以先开中继间右侧的千斤顶顶进，进行纠偏。用定位仪器测量纠偏是否有效，如果箱涵正位后就可以启动其他千斤顶同时顶进。当首节顶进结束一个行程时，其后两节箱涵跟进，在后两节箱涵顶进时首节箱涵的前方挖土工作可以一直继续。

3)在箱涵的顶进过程中测量仪器要随时监测顶进时的位移情况，发现偏移要随时纠偏。箱体完全进入土体后单靠千斤顶调节往往效果不佳，纠正方向时需要挖土配合，如箱体左偏时左侧箱体多挖土，减少左侧底板、侧墙吃土量，使左侧箱体顶进快于右侧，反之亦然。

4)首节箱涵进土后要及时开始注浆以减少摩擦力。

6 结语

采用该方法施工，有效减少了地层扰动，控制了路面沉降，箱涵顶进施工顺利，其位置、高程均达到设计要求，保证了施工质量和施工安全。

［1］商海明．下穿铁路地道桥顶进施工技术［J］．山西建筑，2011，37(32):155-156．