曹 勇

(朔州路橋建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 朔州 036000)

0 引言

箱涵頂進(jìn)法可充分發(fā)揮空間的立體作用，促進(jìn)城市交通網(wǎng)的建設(shè)。目前，箱涵頂進(jìn)法解決了多處下穿工程的施工難題，但施工技術(shù)難度高，過程十分繁瑣，必須控制住施工對上部結(jié)構(gòu)和建筑物的影響。箱涵頂進(jìn)施工的沉降量監(jiān)測和實時定位仍值得進(jìn)行關(guān)注。因此，結(jié)合箱涵頂進(jìn)施工具體項目，深入分析箱涵頂進(jìn)施工中存在的沉降和定位問題，并有針對性地采取了一系列措施，避免施工對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面作用。

1 箱涵頂進(jìn)施工中存在的沉降與定位問題

1.1 基坑施工改變路基受力結(jié)構(gòu)，引發(fā)路基變形

在下穿工程中，基坑往往只在既有建筑的一側(cè)開挖。隨著開挖深度的加深和面積的擴(kuò)大，基坑周圍會因地下水結(jié)構(gòu)、土層受力、施工設(shè)備的影響而發(fā)生沉降、偏移、塌陷。在基坑開挖的過程中，必須采用圍護(hù)樁進(jìn)行人工圍護(hù)，以鉆孔注漿的方式控制基坑對地表變形的影響。但這些保護(hù)措施也無法對冠梁的水平、垂直位移，基坑周邊的地表沉降以及基坑內(nèi)外水位變化進(jìn)行精確地控制，一旦超過形變報警值就會對既有路基產(chǎn)生不可挽回的影響。

1.2 滑板與后背梁操作不當(dāng)，影響推進(jìn)方向及速度

滑板是箱涵頂進(jìn)的潤滑層，與基坑底直接相連；后背梁位于基坑后部，為箱涵頂進(jìn)提供作用力。二者相互配合便可將箱涵頂進(jìn)，完成下穿任務(wù)。本工程滑板沿頂進(jìn)方向設(shè)定0.2%縱坡，后背梁采用整體澆筑式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，后靠分配梁，與滑板相連，構(gòu)成倒三角整體，以保證推進(jìn)速度可控，方向可控。但是，在頂進(jìn)的整個過程中，路基沉降變化未知、經(jīng)過鐵路的車次未知、出土速度也存在不確定性。這些情況使滑板與后背梁操作復(fù)雜化，多次調(diào)節(jié)中的操作不當(dāng)很容易影響到推進(jìn)方向及速度，引發(fā)地上局部區(qū)域意外沉降。

1.3 出土速度與頂進(jìn)速度不匹配，造成超挖或漏挖

在頂進(jìn)過程中，實時跟蹤定位十分關(guān)鍵，對技術(shù)的要求十分高。邊挖邊頂進(jìn)是常用的施工方式，其難點在于出土速度與頂進(jìn)速度之間的匹配。若挖掘機(jī)出土速度過快，路基下部懸空，容易出現(xiàn)塌方；若出土速度過慢，涵身帶土頂進(jìn)，整個挖面出現(xiàn)漏挖、欠挖現(xiàn)象，對頂進(jìn)速度、方向的控制都極為不利。箱涵頂進(jìn)是整個施工的重中之重，考慮土層變化和外部環(huán)境變化對挖土面范圍、頂進(jìn)前端與挖土面距離的影響，將頂進(jìn)前端的實時位置都需要與既定路線進(jìn)行對比，密切關(guān)注二者匹配程度，避免超挖和漏挖情況。

1.4 地上部分加固路線控制地上變形，避免路基沉降

工程路段以粉土、粉質(zhì)粘土以及其混合土為主，需在頂進(jìn)中對路基部分進(jìn)行加固。采用高壓旋噴樁和鋼筋混凝土條基作便梁，在混凝土支墩上設(shè)支座，對路基進(jìn)行限位。在施工中，先便梁架設(shè)，后插入限位裝置，進(jìn)行固定。整個下穿工程采用7條便梁對路基進(jìn)行獨立限位互不影響。加固路線一來緩解頂進(jìn)對既有路基的偏離影響，二來能夠為頂進(jìn)操作不當(dāng)提供補(bǔ)救時間。加固路線直接控制地上部分的沉降和形變，對日沉降量、累計沉降量的觀測要求非常高，且安全操作規(guī)范明確了最大沉降量。因此，地上部分的沉降問題必須處理好。

1.5 頂進(jìn)施工結(jié)束后形變的長期觀測

箱涵頂進(jìn)施工結(jié)束后，箱涵代替原有土地結(jié)構(gòu)成為地上部分和既有路基部分的主要承載者。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的變化、地下水流向的改變以及周圍土體的積壓都會引起地表形變。根據(jù)應(yīng)力計算、自然條件的結(jié)果，工程采用了遠(yuǎn)大于地上部分負(fù)荷的整體澆筑混凝土結(jié)構(gòu)，并對基坑一側(cè)進(jìn)行了加固和還原，有利于維持路基長期通車而不發(fā)生形變。出于安全的考慮，仍有必要開展長期觀測，當(dāng)沉降偏離預(yù)測時，進(jìn)行及時止損。

2 箱涵頂進(jìn)施工沉降量監(jiān)測和實時定位的具體技術(shù)

2.1 基坑監(jiān)測“一張圖”，全面監(jiān)測基坑影響

充分利用路基施工沉降觀測點、圍護(hù)結(jié)構(gòu)觀測點以及坑內(nèi)觀測點，將基坑挖掘?qū)Φ叵滤蛔兓⒙坊两档挠绊懢_到毫米級。首先，以遠(yuǎn)處固定點為后視點，對基坑影響范圍內(nèi)的各個觀測點進(jìn)行定期觀測；然后，將基坑周圍地表的觀測點進(jìn)行加密，觀測頻率加大，對每天的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定基坑挖掘?qū)扔需F路一側(cè)各個位置的沉降影響；最后，對路基的水平橫向位移和高程差數(shù)值進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)合路基監(jiān)測控制網(wǎng)的分析結(jié)果，調(diào)整基坑施工的圍護(hù)工作和重點圍護(hù)區(qū)，使基坑地下水位變化、周圍地表沉降、路基位移三項內(nèi)容呈現(xiàn)在一張圖中，全面監(jiān)測基坑對沉降的影響。

2.2 箱涵頂進(jìn)施工內(nèi)部實時定位技術(shù)，監(jiān)測頂進(jìn)方向、速度

滑板與后背梁相互配合為箱涵頂進(jìn)提供作用力，為時刻監(jiān)測頂進(jìn)情況，在箱涵頂進(jìn)前端安裝了定位傳感器，記錄起動、頂進(jìn)、再次頂進(jìn)、就位的全過程。首先，明確了多結(jié)構(gòu)頂進(jìn)施工的定位要點，即保證涵身不偏離軸線、涵身高程符合既定路線；然后，以四周頂部監(jiān)測點來確定頂進(jìn)過程的高低偏差，以箱涵軸線兩個監(jiān)測點來確定，并通過后背梁固定位置進(jìn)行全程觀測；最后，將傳感器與監(jiān)測點數(shù)據(jù)結(jié)合起來看，以1 m為單位對箱涵頂進(jìn)的方向、速度進(jìn)行分析，得到了中線偏離控制在±94 mm內(nèi)，高差控制在+45 mm內(nèi)的結(jié)果，滿足施工要求。

2.3 Flac3D數(shù)值模擬確定實時運動，調(diào)節(jié)頂進(jìn)與出土

滑板與后背梁的操作、出土與頂進(jìn)速度的觀測都可借助Flace3D軟件的三維模擬差分近似模型，根據(jù)傳感器返回數(shù)據(jù)，對運動過程、各部件應(yīng)力變化、節(jié)點平衡力進(jìn)行深層次分析。首先，在X，Y，Z方向建立三維模型，以網(wǎng)格為劃分單位，設(shè)定地質(zhì)條件參數(shù)，為研究頂進(jìn)底部、左右兩側(cè)的位移變化提供基礎(chǔ)模型；然后，傳入傳感器在監(jiān)測點獲取的位置數(shù)據(jù)，給出具體運動時的受力狀態(tài)；最后，結(jié)合全站儀、水準(zhǔn)儀的觀測數(shù)據(jù)，調(diào)整后背梁的作用力、出土速度以及頂進(jìn)速度，確保頂進(jìn)施工變形的可控性。

2.4 加固路線沉降量、累計沉降量的安全監(jiān)測技術(shù)

為獲取路基在箱涵頂進(jìn)施工中的具體沉降情況，采用“一頂孔8監(jiān)測點”方案，以精力水準(zhǔn)測量儀獲取加固路線的沉降變化。首先，設(shè)定了橫向跨越路基的監(jiān)測方案，在便梁的兩邊端口設(shè)置監(jiān)測儀，選擇其中一穩(wěn)定點作基點，與其他檢測儀相連；然后，每隔30 min對8個監(jiān)測觀察點進(jìn)行監(jiān)測，相鄰兩次位移偏移量超過10 mm,則暫停施工進(jìn)行加固；最后，通過靜力水準(zhǔn)儀的數(shù)據(jù)處理，對沉降量的變化情況進(jìn)行成因分析，為加固路線的穩(wěn)定提供基礎(chǔ)材料，為挖進(jìn)速度、是否帶土頂進(jìn)提出建議。線路上行累計沉降1.4 mm,下行線沉降1 mm，遠(yuǎn)小于警戒值，加固路線具有可靠性。

2.5 施工后土體變形的長期監(jiān)測技術(shù)

箱涵頂進(jìn)施工結(jié)束后，工程范圍內(nèi)土體結(jié)構(gòu)必然發(fā)生變形。為此，在下穿工程的外圍進(jìn)行土體變形的長期監(jiān)測。首先，先觀測涵身頂進(jìn)后的底部、左右兩側(cè)產(chǎn)生的變形，明確土體對涵身的擾動幅度，尤其在前三個月其變形比較明顯；其次，沿地下水流向?qū)ζ渲車馏w的沉降進(jìn)行周期性觀測，明確施工后地下水是否仍保持原有特性；最后，在涵身布設(shè)多個監(jiān)測點，分析各剖面地質(zhì)條件的差異，對地上部分沉降較大的剖面進(jìn)行二次加固，改良土體結(jié)構(gòu)，確保路基、涵身變形符合要求。

3 結(jié)語

箱涵頂進(jìn)施工的沉降與定位研究能夠為安全施工提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)材料，為施工過程提供科學(xué)建議。在施工的過程中，測量人員還應(yīng)對監(jiān)測技術(shù)、定位技術(shù)進(jìn)行深化，不斷增強(qiáng)操作能力，以便能夠為施工過程提供更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。