大断面箱涵顶进施工引起路面变形规律研究

李卫东 陈新涛 朱伟杰 邹亚峰 王越彬

(中铁十局集团第三建设有限公司,安徽 合肥 230088)

1 概述

随着人口数量不断增加，原有的城市道路基础设施不仅无法满足人们正常的生活需要，而且逐渐成为制约社会经济全面发展的因素之一。为推动国家经济发展，公路、铁路网的建设正如火如荼的开展，其中下穿公路、铁路顶进箱涵施工技术成为解决道路纵横交错问题的关键[1]。

箱涵在顶进下穿路基过程中不可避免的对土体造成扰动，从而使土体产生变形进而引起路面沉降。国内外科研人员对顶推大断面箱涵引起路面变形现象进行探讨和研究。林强强[2]基于上海地铁浦电路站出入口通道，对矩形顶管施工造成的地面变形进行了监测，并用理论分析方法计算了施工引起的地面变形。毛坤海[3]以昌福线抚州北下立交顶进箱涵工程为背景，通过对路面沉降动态监测，对施工提供了有效的数据支撑，进而保证了铁路行车安全。彭刚[4]依据郑州市顶管工程实例，对双线大断面箱涵下穿公路施工过程进行了理论预测和分析。

由于各种复杂的原因，近年来我国箱涵顶进施工事故发生率较高，给国家经济和人民生命财产造成严重的损失[5，6]。基于此，本文对荆襄高速公路路面变形进行了系统化监测。监测结果表明，大断面箱涵顶进施工期间，高速公路影响段路面沉降均在规范允许范围内，已有的“管棚+钢盾构”支护结构，有力地保障了施工安全和荆襄高速公路行车安全，以期为今后大断面箱涵顶进监测分析提供借鉴。

2 工程概况及监测点布设

本次研究依托于荆门市兴化三路东延伸段市政道路改造项目。西起杨竹西路，东至东三环，线路全长2 467.77 m，道路红线宽40 m，沿线依次与杨竹西路、襄荆高速、蒙华铁路、东三环等相交。其中下穿襄荆高速采用箱涵结构顶进下穿襄荆高速公路框架桥并与襄荆高速斜交，斜交夹角为80.6°。根据兴化三路的路幅组成分成上下行两幅框架，单孔框架净宽为16.75 m。新建钢筋混凝土矩形箱涵总长度为36 m，分三个节段预制，每节长度为12 m。

在箱涵顶推过程中，顶推区域内的高速公路路面是主要的施工影响区域。为了测定箱涵顶推施工期间，路面的位移变形情况，监测点沿路面每10 m～15 m布置一点，如图1所示。记录在顶推过程中，路面竖向位移量、水平位移量和裂缝开展宽度等。

3 路面监测结果

依据现场监测结果，绘制高速路面沉降位移变化图，其中图2展示了驶向襄阳方向应急车道路面随顶推施工的沉降变化情况。图2中A1，A2和A3三点位于右幅箱涵正上方高速公路路面上，A4，A5，A6和A7四点位于左幅箱涵正上方高速公路路面上。

从图2中可以看到A1，A2，A3三点在左幅箱涵施工期间，沉降较小，其沉降值在5 mm范围内波动。而位于左幅箱涵上方的四点沉降较大，襄荆向应急车道路面沉降最大值出现在A5点，在7月30日达到最大沉降值47.3 mm。位于框架上方应急车道的几个监测点位沉降几乎同步达到最大值。位于左幅箱涵正上方的A4，A5，A6三点在7月3日～7月24日之间，变化趋势趋于一致，表明高速路面的沉降和隆起受左幅箱涵“抬头”“扎头”的影响。箱涵的抬高，带动襄荆向高速公路应急车道抬升，使得箱涵正上方应急车道各监测点位高程逐渐抬升。距离箱涵中心较远的位置，应急车道监测点沉降值没有太大变化。从图2中还可以看到7月29日、30日箱涵上方应急车道的监测点位标高急剧抬升。应急车道标高隆起最大值出现在点A5，达到16.9 mm。

在8月初，未进行顶推施工，该区间的沉降变化量在零值上下波动，并未发生太大变化。位于右幅箱涵正上方的A1，A2，A3三点在右幅箱涵顶进期间，变化较大。特别是位于左右箱涵交接处的A3点，已有数据中累计沉降量在9月14日达到-32.2 mm。在9月7日～11日之间A1，A2监测数据变化受路面车辆作用荷载影响，出现波动。

从图2沉降变化幅度上看，左幅箱涵顶进引起的路面沉降变化幅值明显大于右幅箱涵顶进施工引起的路面沉降。左幅箱涵顶进施工时间6月20日～8月3日。以左幅箱涵右侧上方A5点，施工期间出现4次波动，单日最大沉降达11.1 mm，单日最大隆起达16.9 mm，上下幅度为28 mm。右幅箱涵顶进时间8月25日～9月25日。以右幅箱涵左侧上方A3点，施工期间也有数次波动，但变化幅度仅有12.2 mm。可以看出已经顶进的左幅箱涵对正在施工的右幅箱涵有一定的保护作用，在一定程度上，减少了土体损失进而使高速路面沉降情况得到改善。

图3，图4展示了襄阳方向与荆门方向超车道路面沉降情况，受交通开放限制，总共仅进行了为期10 d的沉降测量。可以看到位于箱涵外侧的超车道监测点位沉降变化较小。而位于箱涵上方的超车道监测点位沉降几乎都在持续增大。B5点在9月4日达到最大值，其中超车道最大沉降55.9 mm。C3在9月14日达到已有数据最大值5.8 mm。

对比分析已有的监测数据，7月14日～7月16日左幅箱涵已经顺利穿过B1～B7线(襄阳方向超车道)，故高速路面受顶进施工所引起的路面沉降较小。而9月2日～9月4日正值右幅箱涵穿越B1～B7线，受顶进施工引起的路面沉降较大，图3所示沉降变化趋势较大，当右幅箱涵穿过监测线，沉降便同左幅箱涵所示趋于平稳，沉降逐渐变小。14日以后高速路面无法继续监测，通过现场观察发现通车后路面仍有沉降，且沉降较大，行驶车辆有上下颠簸的现象。已有的现场监测数据和理论预测的变化呈正态分布，趋势近似一致[7]。

截止到9月14日，本项目顶推施工尚未结束。从图2和图5可以看到襄阳方向和荆门方向应急车道各监测点沉降变化趋势相近，位于左幅箱涵顶部的D4点沉降变动幅度较大，且都是从7月22日开始有明显的增大趋势。点D3沉降在9月4日达到最大值12 mm。由于开放交通无法继续测量，通过现场观察荆襄高速路面各方向的超车道与行车道仍有下沉迹象，车辆行驶经过7号点位置跳车现象严重。从图5中可以看到荆门方向应急车道的沉降变化在8月中旬，无较大波动，该期间没有进行顶推施工，故各监测点位沉降无太大变化。点D6最大沉降出现在9月4日，最大沉降达到6 mm。除7号点位置外，应急车道与行车道上其余点位的沉降都较小，均能控制在2 cm以内。在箱涵顶进期间，D5点的地面隆起较为严重，最大隆起值达到12.9 mm。随着箱涵的顶进过程中，土体因受箱涵的摩擦力而流失，路面由隆起转为沉降[8]。对比左右幅箱涵顶进引起的路面情况，和图2的反映的情况相似，左幅箱涵施工引起的沉降较大，而右幅箱涵顶进施工所引起的沉降较小。

4 结论

本文以下穿襄荆高速公路箱涵在兴化三路东延伸段工程为例，对顶推施工的过程进行系统监测，分析箱涵顶推施工过程中存在的风险与水平位移的分布规律。主要有以下几点结论：1)基于现场监测数据，路面发生最大隆起位置靠近箱涵轴线，而路面沉降产生最大位移处不在轴线上。施工中应当对危险位置进行重点加固。2)对比左幅和右幅箱涵顶进引起的路面沉降数据，已经顺利顶进的左幅箱涵对后续顶进右幅箱涵有一定保护作用，路面变形幅度相对较小。3)通过对大断面箱涵顶进施工监测，及时反馈并采取一定的工程处理措施，有效的保证了施工安全和路面行车安全。