软土地基大体积箱涵顶进施工技术
软土地基大体积箱涵顶进施工技术
摘 要：顶进施工方法的特点是在保证铁路交通安全运行的前提下，用设备将铁路外预制的钢筋混凝上箱涵顶入铁路路基内，形成与铁路的立交地道桥。本文以中央大道工程新港四号路地道项目下穿疏港二线铁路箱涵顶进施工为例，介绍在软土地基上完成大体积混凝土箱涵顶进的施工技术。
关键词：大体积箱涵；软土地基；顶进；施工技术
1工程概况
滨海新区中央大道工程新港四号路地道项目隧道工程全长629m，X6节段箱体与既有疏港二线铁路相交，交角为90°，采用顶进施工工艺。箱涵为单箱双室钢筋混凝土箱形框架结构，框构结构跨度16.50+16.50m，主体宽度为36.8m，轴向全长18m，边墙及中墙厚分别为1.1m和1.6m，顶板厚1.1m，底板厚1.3m，结构净高6.2m，结构全高8.6m。框架主体采用C35钢筋混凝土，抗渗指标≥P12。
①工程地质。桥址处持力层位于第Ⅰ海相沉积土层，以杂填土、亚粘土和软土为主，地质较差，承载力只有80KPa，在标高为-12.19～-8.79m处有一层软土，该层以淤泥质土为主，局部夹淤泥及亚粘土层，属高压缩性土，容许承载力只有75KPa。地质状况见1。
②水文地质。场区浅层地下水属第四系潜水，地下水主要受大气降水补给并以蒸发等方式排泄。勘察期间新港四号路地道场区静止地下水位埋深为1.0m～2.50m，标高为0.61m～2.31m。水位较高，不能满足施工要求，需要设置止水帷幕并打井降水。
新港四号路地道地下水对混凝土结构具有结晶分解复合类强腐蚀性，防护等级为三级防护。
2施工方法
2.1铁路路基加固
根据地质条件，对顶进影响范围内路基进行注浆加固，防止顶进时发生正面和侧面塌方。底板以上注浆采用AB、AC也穿插加固，提高承载力采用AC液，加固范围至基底以上2m。
注浆压力：注浆加固地层压力为0.3～0.5Mpa（喷头压力）。本加固范围内主要为淤泥质土和亚粘土，且分布均匀，所以本工程的注浆率控制在30%～35%之间。铁路下布斜孔注浆的形式，见2所示。
2.2工作坑制作
工作坑采用灌注桩支护，外贴止水帷幕，工作坑布置见3所示。钻孔灌注桩支护桩桩径100cm，桩间距150cm。支护桩外侧采用11m长Φ0.6m水泥搅拌桩做为一层止水帷幕，桩间距0.5m；支护桩外侧7.5m处采用6m长Φ0.6m水泥搅拌桩做为二层止水帷幕。
地基加固采用在滑板下设置间距1m的水泥搅拌桩,桩径600mm，桩尖位于框构底板底以下8.5m。降水井沿基坑按U形布置，与线路另一侧U形组成环行布置。
工作坑计划从距线路中心线6.35米开挖，坡度1：1.5，分两层一次开挖，垂直路基分条开挖向后背退出。为确保铁路路基安全，减少雨水冲刷对路基的不良影响，靠路基一侧边坡进行挂网喷射混凝土防护。
2.3滑板制作
滑板锚梁沟采用人工开挖，滑板设5‰上坡，前端标高与桥体底板底标高相同。滑板表面作到光滑平整，高程误差控制在3mm之内。浇筑时滑板混凝土采用平板振动器振捣，平板重叠宽度不小于1/3板宽。为防止顶进过程中出现扎头现象，滑板面按5‰做成头高尾低的坡度。
为防止滑板与箱体底板粘连，同时为减少启动阻力，滑板顶面施作润滑隔离层。滑板混凝土强度达到2.5MPa后，在滑板顶面施作润滑隔离层，其做法为表面涂2mm厚机油滑石粉混合物（混合物比例3：7），上铺油毛毡，油毛毡接缝顺顶入方向搭接并粘接牢固。最后铺塑料布，为了防止绑扎钢筋时损坏隔离层，在隔离层上抹2cm砂浆保护层。
2.4后背及后背梁施工
为了保证后背土体的抗力能满足顶力的需要，后背桩采用钻孔桩，桩间距1.2m。桩长20m，滑板以下14.4m，滑板以上5.6米 。为了保证后背土体的密实，在钻孔桩施工前对后背土体进行强夯处理。后背梁与滑板连为一体，防止顶进施工时滑板断裂跟进。
2.5箱涵预制
框架主体采用C35钢筋混凝土，抗渗指标≥P12。箱涵为钢筋混凝土结构，分两次浇筑成型。第一次浇筑底板及60cm侧墙，第二次浇筑侧墙及顶板。
2.6线路加固
线路加固采用吊轨结合纵横抬梁体系的加固方案。吊轨采用“3-5-3”制，钢轨接头需错开1.0m以上，两端伸出路基防护桩外4.0m，吊轨与枕木用Φ20U型螺栓联结，钢轨采用50kg/m轨。
横梁采用40b工字钢，铺设间距0.9m，接头错开1.5m。铺设横向工字钢时按隔6穿1进行，确保穿完一根捣固密实一根并在工字钢两端用枕木垛支撑稳固，再进行下一根作业。纵梁采用45b工字钢，三根一组，接头错开1.5m以上，纵梁与横梁用Φ20U型螺栓联结，纵梁两端支承于防护桩或枕木垛上。
2.7箱涵顶进
①箱体顶进原则。箱体预制成型后，当框架主体及保护层强度达到设计强度100％；线路加固完成后可顶进。
②安装钢刃脚。钢刃角用20mm的钢板制作，各刃角均焊接而成，焊缝高度不小于8mm，焊接时要防止翘曲。底刃角在安装时刃角底面与桥涵表面成一仰角，以利于切土，防止桥涵扎头。侧刃角较桥涵端面外框尺寸略大，以减小顶进阻力。
③顶进设备及顶镐布置。该桥最大顶力54944.88kN，采用500t顶镐，顶镐的顶力按顶镐额定顶力的60%计算，54944.88÷9.8÷（500×0.6）=19台，顶镐采取对称布置，故采用20台500t顶镐，左右各侧布置10台。
④顶进施工。框架桥顶进即是开动高压油泵，利用顶镐的顶力在后背的反力作用下推动框架桥前进，正常情况下每次顶程可为顶镐行程的80%左右。一个顶程完成后回镐并将分配横梁归位，加长顶铁以待下一循环，如此往复直至框架桥就位。
空顶。桥体在滑板上空顶时，根据偏差及时调整箱体两侧顶力，使桥体严格按设计轴线进入路基，因为桥体大部分进入路基后，已经形成了孔道，再纠正方向比较困难。
顶进挖土。箱体顶进过程中，墙体部分土方由人工开挖，其余土方由小型挖掘机开挖，并由装载机、汽车配合运输。洞内挖土采用2台PC220挖掘机挖土修坡，必要时人工配合，装载机倒运并装车，自卸车运土。挖土时，严格掌握切土量，底板、侧刃角必须吃土顶进,挖土坡面不得陡于60°，先挖两侧，后挖中间，形成向洞内凸出弧形，待桥体顶进到坡面时才能挖除凸出土方，确保路基不发生塌方，保证运行安全。
方向控制及纠偏措施。箱桥在滑板上空顶时，可由方向墩控制顶进方向。当箱桥脱离滑板后，通过调整两侧千斤顶布置，结合挖土来控制顶进方向。
千斤顶调整应与挖土及其他措施结合使用，才能收到更好的效果，当桥体左偏时，减少左半边边墙、底板吃土，减少左侧阻力，使桥体左侧顶进速度快于右侧，当桥体右偏时，减少右半边边墙、底板吃土，使右侧顶进速度快于左侧，无论怎样挖土两边墙外侧不能挖空，边墙吃土量不少于5㎝。为了改变桥体两侧土抗力，保证桥体正确就位，在桥体制作时，两侧预埋螺栓用以安装钢刃角。
3控制措施
本工程顶进段为X6箱体节段，由于X4节段上部轻轨托换结构，下部为地道，地道受托换限制尺寸要求比较严格。X5节段总长度为15.5m，为了保证本工程整体线性及道路等级，X6节段水平、高程最大偏差不能超过5cm。鉴于以上原因，从以下几个方面进行控制。
3.1设置迎头桩
在顶进前端距铁路中心线6.35m处设置迎头桩，采用钻孔灌注桩，桩基参数与围护桩一致。工作坑开挖前采用钢丝绳与线路另一侧支撑桩进行拉锚处理，共设置14道。设置迎头桩后，即保证铁路路基的稳定性，也较少了吃土顶进的距离，对控制箱涵的偏差非常有利。
3.2路基下注浆
路基下注浆既是保证顶进时线路前方及侧方不出现塌方，也是大体积顶进框构的持力层，因此注浆效果的好坏直接关系到框构在顶进过程中出现扎头现象。施工前进行试验段施工，确定各施工参数，并对试验段注浆效果进行检测，承载力达到设计要求后再大面积施工。
3.3工作坑地基加固
由于箱体预制到箱体顶进还有一段时间，因此地基加固效果关系到箱体是否会出现下沉现象。本工程采用20%水泥掺量进行注浆，地基加固后对地基进行承载力检测，检测结果大于设计规定值。本工程箱体预制至顶进间隔时间为30d，顶进前复测未发现箱体下沉。
3.4滑板船头坡设置
为防止顶进过程中出现扎头现象，滑板面按5‰做成头高尾低的坡度。在滑板顶面施作润滑隔离层，其做法为表面涂2mm厚机油滑石粉混合物（混合物比例3：7），上铺油毛毡，油毛毡接缝顺顶入方向搭接并粘接牢固。最后铺塑料布，为了防止绑扎钢筋时损坏隔离层，在隔离层上抹2cm砂浆保护层。
3.5空顶控制
桥体在滑板上空顶时，根据偏差及时调整箱体两侧顶力，使桥体严格按设计轴线进入路基，因为桥体大部分进入路基后，已经形成了孔道，再纠正方向比较困难。
3.6顶进过程中控制
①顶进挖土。顶进挖土时，两边墙外侧不能挖空，边墙吃土量不少于5㎝。
②测量控制。测量工作对箱体顶进很重要，每顶进一镐（每镐50cm，每次开挖步距50cm），测量一次高程和左右方向偏差，并做好记录，以便根据偏差情况，采取相应措施，及时纠偏，保证箱体顺利就位。
4结语
本箱涵顶进施工历时6天，顶进施工箱体就位后测量结果如下：前端中线向东偏移1mm，后端中线向西偏移3mm（规范允许中线偏差为200mm）。前端标高+15mm, 后端标高-23mm（规范允许标高偏差为+200,-150mm）,超过预定目标。同时为大体积箱涵在软土地基中顶进施工积累了宝贵的经验。
参考文献：
[1]王昕,谷玉文.软土地基箱涵施工技术[J].西山科技,2001,(2).
