南水北调穿京沪高速公路箱涵顶进施工技术

李树恩，赵世敏

（1.天津市水利工程有限公司,天津 300222；2.天津市水利科学研究院，天津 300061）

1 工程概况及特点

1.1 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0.408 km，其中顶进箱涵长度为72 m，京沪高速公路交汇里程为

DK93+600。

1.2 工程特点

（1）穿越京沪高速公路施工采用管幕支护、箱涵顶进施工工艺，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维护桩的稳定，又要保证京沪高速公路的运行安全。

（3）降排水是本工程顺利施工的首要问题，且基坑降水和高速公路范围闭水存在矛盾，为高速公路基础边坡的稳定以及施工进场作业带来困难。

2 箱涵顶进前准备

首先进行施工降水、支护灌注桩、搅拌桩止水帷幕施工以及管幕洞门土体加固，然后进行土方开挖、注浆加固、管幕施工，同时开挖箱涵顶进坑。箱涵顶进基坑开挖到设计高程后，进行滑板、后背梁施工，同时开始底排管幕施工，滑板浇注完成后进行隔离润滑层、预制顶进箱涵。

3 箱涵顶进施工

3.1 箱涵顶进流程

箱涵顶进工艺流程，如图1 所示。

图1 箱涵顶进工艺流程

3.2 箱体顶进方法

箱体预制成型后，当混凝土强度达到设计强度方可进行正式顶进作业，箱涵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。

3.3 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1 节最大顶力为4 300 t，第2、3 节最大顶力为4 100 t，后背梁最大顶力为4 500 t。该箱涵为正交，千斤顶和顶铁都对称布置，在第4 节箱涵末尾布置20 台500 t 顶镐，使用1 台ZK500 型超高双级轴向柱塞泵供油。中继间两端留有3.5m 镐窝，以安装7 台顶镐，使用1 台高压油泵加压供油，1台高压油泵可为几个中继间顶镐供油，通过分配阀调节。

（2）中继间千斤顶安装，先在槽内铺塑料布，防止液压油泄露到混凝土表面。固定时要将千斤顶的底座与预埋铁表面相平行，然后在千斤顶和预埋铁之间塞上钢板使之没有缝隙。

（3）顶镐与顶铁之间安放1 道分配横梁，以保证顶铁共同受力，分配横梁用55 号工字钢平卧安放，并用钢板焊成整体；顶铁与后背之间安放1 道横梁，以便后背梁受力均匀。顶铁用钢轨作成10、20、30、60、120、200 及400 cm 7 种不同长度； 为保持顶铁的稳定，分隔6～8 m 设1 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）当顶进结束时将千斤顶取出，将槽内的油污、土等杂物清理干净。

3.4 顶进作业

为了加快进度、减少顶进流程，箱涵顶进优先4节一起顶进，只有顶力太大威胁后背安全或方向出现偏移、纠正困难时才启用中继间顶进。首先启用第1 道中继间顶进，中继间启用越少顶进效率越高。顶进作业流程，如图2 所示。

图2 顶进作业流程

3.4.1 测量控制

在箱涵内顶板上标出中线，安装测量靶盘，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。顶进前在每节箱涵内4 角顶底板设观测点，顶进前做好原始记录，以此作为箱涵标高变化依据。每顶1 镐必须进行箱体位置和标高测量。根据测量数据描绘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。

3.4.2 涵内出土

（1）箱涵为1 箱3 室结构，每室孔径为4.4 m×4.4 m，每箱内使用1 台0.3 m3微型挖掘机挖土和3 m3装载机、自卸汽车运土。

（2）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。排水管可采用Ф108 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，可以采用超前小导管注浆法加固开挖面，导管使用Ф42 钢管，每次加固长度可达3～5 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。

3.5 顶进中箱涵的姿态控制

3.5.1 方向调整

（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顶进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。当首节顶进结束一个行程时，其后3 节箱涵跟进，在后2 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。

3.5.2 高程调整

箱涵标高在钢管滑道上移动，标高由钢管滑道决定，所以在帷幕施工时要严格控制底排帷幕钢管的施工精度。

3.6 注浆减阻

箱涵在顶进过程中不断把箱涵周围土体带走，特别是顶部土体不断下沉，顶程越长下沉量越大，若有减阻泥浆，箱涵带走的是泥浆，而泥浆可以不断地补充，保证了土体稳定，减租泥浆还有加压、保压作用，使土体维持原来压力不变或更大，从而避免和减小地面沉降。

3.6.1 减阻泥浆

在箱涵顶进时要注入减阻泥浆。膨润土和水比例为3∶40，用注浆泵将搅拌好的浆液从预留注浆口灌入，使整个顶进过程中充满泥浆来减小箱涵与土间的阻力，并始终保持注浆压力大于涵顶覆土压力以减小地面沉降。

3.6.2 注浆填充在顶进结束之后，要对箱涵与土体间的泥浆部位填充注浆，使用的浆液是水泥浆，其水灰比为1∶1。注浆孔选用原来减阻泥浆口。采用置换注浆方法，当附近的注浆孔开始溢浆时，关闭当前注浆孔，再溢浆时开始注浆，依次推进。

4 箱涵顶进注意事项与应急预案

4.1 注意事项

（1）每次开镐前及交接班时都应检查油泵等液压系统有无故障，挖土是否符合要求，顶铁安装是否合格及后背变形情况。

（2）刃脚一旦全部插入土体，应暂停顶进，组织机械和人员加快挖土和出土的速度，实行连续作业，以保持箱身不断顶进。

（3）如因某种原因而使顶进中断时，也应间歇性地顶进箱涵，以防止箱涵在重新顶进时阻力增大。

（4）顶进时，顶铁和后背处严禁站人，以防止顶铁弓起蹦出或后背产生意外安全事故。

（5）挖土顶进与观察要紧密配合，侧刃脚切土及底板前清土要随时与轴线竖向偏差校正相配合，及时调整首节箱涵吃土高度及侧刃脚切土宽度。

（6）顶进时在箱涵外侧土体内注浆，减少摩阻力。

（7）每一顶程都应观测前、后端高程，如出现偏差应及时处理。

（8）顶进中需做好记录。

4.2 应急预案

（1）塌方：当掌子面发生塌方时不能停止顶进，而应立即强行将箱体向前顶进，顶进越多越安全，并立即向掌子面堆土稳住掌子面。

（2）后背损坏：后背损坏有2 种情况，一是后背土体完整性损坏，土体沿45°剪切面破裂，最简单的方法是在后背上堆载，可以有效提高后背承载力；也可以注浆加固。二是后背桩断裂，此时应在后背桩后打入一排加固桩，将后背压力传给后背土体。

5 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。