李衛(wèi)東 陳新濤 朱偉杰 鄒亞峰 王越彬

(中鐵十局集團(tuán)第三建設(shè)有限公司,安徽 合肥 230088)

1 概述

隨著人口數(shù)量不斷增加，原有的城市道路基礎(chǔ)設(shè)施不僅無(wú)法滿(mǎn)足人們正常的生活需要，而且逐漸成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展的因素之一。為推動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，公路、鐵路網(wǎng)的建設(shè)正如火如荼的開(kāi)展，其中下穿公路、鐵路頂進(jìn)箱涵施工技術(shù)成為解決道路縱橫交錯(cuò)問(wèn)題的關(guān)鍵[1]。

箱涵在頂進(jìn)下穿路基過(guò)程中不可避免的對(duì)土體造成擾動(dòng)，從而使土體產(chǎn)生變形進(jìn)而引起路面沉降。國(guó)內(nèi)外科研人員對(duì)頂推大斷面箱涵引起路面變形現(xiàn)象進(jìn)行探討和研究。林強(qiáng)強(qiáng)[2]基于上海地鐵浦電路站出入口通道，對(duì)矩形頂管施工造成的地面變形進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，并用理論分析方法計(jì)算了施工引起的地面變形。毛坤海[3]以昌福線(xiàn)撫州北下立交頂進(jìn)箱涵工程為背景，通過(guò)對(duì)路面沉降動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)施工提供了有效的數(shù)據(jù)支撐，進(jìn)而保證了鐵路行車(chē)安全。彭剛[4]依據(jù)鄭州市頂管工程實(shí)例，對(duì)雙線(xiàn)大斷面箱涵下穿公路施工過(guò)程進(jìn)行了理論預(yù)測(cè)和分析。

由于各種復(fù)雜的原因，近年來(lái)我國(guó)箱涵頂進(jìn)施工事故發(fā)生率較高，給國(guó)家經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重的損失[5，6]?；诖耍疚膶?duì)荊襄高速公路路面變形進(jìn)行了系統(tǒng)化監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，大斷面箱涵頂進(jìn)施工期間，高速公路影響段路面沉降均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，已有的“管棚+鋼盾構(gòu)”支護(hù)結(jié)構(gòu)，有力地保障了施工安全和荊襄高速公路行車(chē)安全，以期為今后大斷面箱涵頂進(jìn)監(jiān)測(cè)分析提供借鑒。

2 工程概況及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

本次研究依托于荊門(mén)市興化三路東延伸段市政道路改造項(xiàng)目。西起楊竹西路，東至東三環(huán)，線(xiàn)路全長(zhǎng)2 467.77 m，道路紅線(xiàn)寬40 m，沿線(xiàn)依次與楊竹西路、襄荊高速、蒙華鐵路、東三環(huán)等相交。其中下穿襄荊高速采用箱涵結(jié)構(gòu)頂進(jìn)下穿襄荊高速公路框架橋并與襄荊高速斜交，斜交夾角為80.6°。根據(jù)興化三路的路幅組成分成上下行兩幅框架，單孔框架凈寬為16.75 m。新建鋼筋混凝土矩形箱涵總長(zhǎng)度為36 m，分三個(gè)節(jié)段預(yù)制，每節(jié)長(zhǎng)度為12 m。

在箱涵頂推過(guò)程中，頂推區(qū)域內(nèi)的高速公路路面是主要的施工影響區(qū)域。為了測(cè)定箱涵頂推施工期間，路面的位移變形情況，監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿路面每10 m～15 m布置一點(diǎn)，如圖1所示。記錄在頂推過(guò)程中，路面豎向位移量、水平位移量和裂縫開(kāi)展寬度等。

3 路面監(jiān)測(cè)結(jié)果

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，繪制高速路面沉降位移變化圖，其中圖2展示了駛向襄陽(yáng)方向應(yīng)急車(chē)道路面隨頂推施工的沉降變化情況。圖2中A1，A2和A3三點(diǎn)位于右幅箱涵正上方高速公路路面上，A4，A5，A6和A7四點(diǎn)位于左幅箱涵正上方高速公路路面上。

從圖2中可以看到A1，A2，A3三點(diǎn)在左幅箱涵施工期間，沉降較小，其沉降值在5 mm范圍內(nèi)波動(dòng)。而位于左幅箱涵上方的四點(diǎn)沉降較大，襄荊向應(yīng)急車(chē)道路面沉降最大值出現(xiàn)在A5點(diǎn)，在7月30日達(dá)到最大沉降值47.3 mm。位于框架上方應(yīng)急車(chē)道的幾個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位沉降幾乎同步達(dá)到最大值。位于左幅箱涵正上方的A4，A5，A6三點(diǎn)在7月3日～7月24日之間，變化趨勢(shì)趨于一致，表明高速路面的沉降和隆起受左幅箱涵“抬頭”“扎頭”的影響。箱涵的抬高，帶動(dòng)襄荊向高速公路應(yīng)急車(chē)道抬升，使得箱涵正上方應(yīng)急車(chē)道各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位高程逐漸抬升。距離箱涵中心較遠(yuǎn)的位置，應(yīng)急車(chē)道監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降值沒(méi)有太大變化。從圖2中還可以看到7月29日、30日箱涵上方應(yīng)急車(chē)道的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位標(biāo)高急劇抬升。應(yīng)急車(chē)道標(biāo)高隆起最大值出現(xiàn)在點(diǎn)A5，達(dá)到16.9 mm。

在8月初，未進(jìn)行頂推施工，該區(qū)間的沉降變化量在零值上下波動(dòng)，并未發(fā)生太大變化。位于右幅箱涵正上方的A1，A2，A3三點(diǎn)在右幅箱涵頂進(jìn)期間，變化較大。特別是位于左右箱涵交接處的A3點(diǎn)，已有數(shù)據(jù)中累計(jì)沉降量在9月14日達(dá)到-32.2 mm。在9月7日～11日之間A1，A2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化受路面車(chē)輛作用荷載影響，出現(xiàn)波動(dòng)。

從圖2沉降變化幅度上看，左幅箱涵頂進(jìn)引起的路面沉降變化幅值明顯大于右幅箱涵頂進(jìn)施工引起的路面沉降。左幅箱涵頂進(jìn)施工時(shí)間6月20日～8月3日。以左幅箱涵右側(cè)上方A5點(diǎn)，施工期間出現(xiàn)4次波動(dòng)，單日最大沉降達(dá)11.1 mm，單日最大隆起達(dá)16.9 mm，上下幅度為28 mm。右幅箱涵頂進(jìn)時(shí)間8月25日～9月25日。以右幅箱涵左側(cè)上方A3點(diǎn)，施工期間也有數(shù)次波動(dòng)，但變化幅度僅有12.2 mm?？梢钥闯鲆呀?jīng)頂進(jìn)的左幅箱涵對(duì)正在施工的右幅箱涵有一定的保護(hù)作用，在一定程度上，減少了土體損失進(jìn)而使高速路面沉降情況得到改善。

圖3，圖4展示了襄陽(yáng)方向與荊門(mén)方向超車(chē)道路面沉降情況，受交通開(kāi)放限制，總共僅進(jìn)行了為期10 d的沉降測(cè)量?？梢钥吹轿挥谙浜鈧?cè)的超車(chē)道監(jiān)測(cè)點(diǎn)位沉降變化較小。而位于箱涵上方的超車(chē)道監(jiān)測(cè)點(diǎn)位沉降幾乎都在持續(xù)增大。B5點(diǎn)在9月4日達(dá)到最大值，其中超車(chē)道最大沉降55.9 mm。C3在9月14日達(dá)到已有數(shù)據(jù)最大值5.8 mm。

對(duì)比分析已有的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，7月14日～7月16日左幅箱涵已經(jīng)順利穿過(guò)B1～B7線(xiàn)(襄陽(yáng)方向超車(chē)道)，故高速路面受頂進(jìn)施工所引起的路面沉降較小。而9月2日～9月4日正值右幅箱涵穿越B1～B7線(xiàn)，受頂進(jìn)施工引起的路面沉降較大，圖3所示沉降變化趨勢(shì)較大，當(dāng)右幅箱涵穿過(guò)監(jiān)測(cè)線(xiàn)，沉降便同左幅箱涵所示趨于平穩(wěn)，沉降逐漸變小。14日以后高速路面無(wú)法繼續(xù)監(jiān)測(cè)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)通車(chē)后路面仍有沉降，且沉降較大，行駛車(chē)輛有上下顛簸的現(xiàn)象。已有的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和理論預(yù)測(cè)的變化呈正態(tài)分布，趨勢(shì)近似一致[7]。

截止到9月14日，本項(xiàng)目頂推施工尚未結(jié)束。從圖2和圖5可以看到襄陽(yáng)方向和荊門(mén)方向應(yīng)急車(chē)道各監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降變化趨勢(shì)相近，位于左幅箱涵頂部的D4點(diǎn)沉降變動(dòng)幅度較大，且都是從7月22日開(kāi)始有明顯的增大趨勢(shì)。點(diǎn)D3沉降在9月4日達(dá)到最大值12 mm。由于開(kāi)放交通無(wú)法繼續(xù)測(cè)量，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察荊襄高速路面各方向的超車(chē)道與行車(chē)道仍有下沉跡象，車(chē)輛行駛經(jīng)過(guò)7號(hào)點(diǎn)位置跳車(chē)現(xiàn)象嚴(yán)重。從圖5中可以看到荊門(mén)方向應(yīng)急車(chē)道的沉降變化在8月中旬，無(wú)較大波動(dòng)，該期間沒(méi)有進(jìn)行頂推施工，故各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位沉降無(wú)太大變化。點(diǎn)D6最大沉降出現(xiàn)在9月4日，最大沉降達(dá)到6 mm。除7號(hào)點(diǎn)位置外，應(yīng)急車(chē)道與行車(chē)道上其余點(diǎn)位的沉降都較小，均能控制在2 cm以?xún)?nèi)。在箱涵頂進(jìn)期間，D5點(diǎn)的地面隆起較為嚴(yán)重，最大隆起值達(dá)到12.9 mm。隨著箱涵的頂進(jìn)過(guò)程中，土體因受箱涵的摩擦力而流失，路面由隆起轉(zhuǎn)為沉降[8]。對(duì)比左右幅箱涵頂進(jìn)引起的路面情況，和圖2的反映的情況相似，左幅箱涵施工引起的沉降較大，而右幅箱涵頂進(jìn)施工所引起的沉降較小。

4 結(jié)論

本文以下穿襄荊高速公路箱涵在興化三路東延伸段工程為例，對(duì)頂推施工的過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，分析箱涵頂推施工過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)與水平位移的分布規(guī)律。主要有以下幾點(diǎn)結(jié)論：1)基于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，路面發(fā)生最大隆起位置靠近箱涵軸線(xiàn)，而路面沉降產(chǎn)生最大位移處不在軸線(xiàn)上。施工中應(yīng)當(dāng)對(duì)危險(xiǎn)位置進(jìn)行重點(diǎn)加固。2)對(duì)比左幅和右幅箱涵頂進(jìn)引起的路面沉降數(shù)據(jù)，已經(jīng)順利頂進(jìn)的左幅箱涵對(duì)后續(xù)頂進(jìn)右幅箱涵有一定保護(hù)作用，路面變形幅度相對(duì)較小。3)通過(guò)對(duì)大斷面箱涵頂進(jìn)施工監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋并采取一定的工程處理措施，有效的保證了施工安全和路面行車(chē)安全。