下穿既有線箱涵頂進(jìn)施工監(jiān)測研究

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1、下穿既有線箱涵頂進(jìn)施工監(jiān)測研究［摘要］箱涵頂進(jìn)施工技術(shù)目前己廣泛應(yīng)用于穿越鐵路、機(jī)場、市政道路、高速公路以及長城古跡等建筑物的立交工程中。提出一套箱涵姿態(tài)全程自動數(shù)字監(jiān)測系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)可在箱涵頂進(jìn)的過程中對箱身的軸線、進(jìn)程、涵端土壓力以及后背變形進(jìn)行全程的、實(shí)時(shí)的跟蹤監(jiān)測并通過系統(tǒng)的軟件處理及時(shí)采取相應(yīng)的措施。防止箱涵“扎頭”“抬頭”，保證了箱涵頂進(jìn)的施工質(zhì)量。［關(guān)鍵詞］公路、箱涵、頂進(jìn)施工、變形監(jiān)測、盾構(gòu)法中圖分類號：U445.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號:1009-914X(2016)17-0230-011監(jiān)測的目的和意義箱涵頂進(jìn)施工，通常是在道

2、路箱涵工程中利用一定的機(jī)械設(shè)備和傳力配套裝置組成的頂進(jìn)動力系統(tǒng)，將預(yù)制好的箱涵結(jié)構(gòu)主體頂推穿越既有建筑物或既有結(jié)構(gòu)設(shè)施下覆土體的一種施工方法。下穿既有線工程必須在保證既有公路或者鐵路線正常運(yùn)營的前提下進(jìn)行施工。箱涵在下穿頂進(jìn)施工期間，路基下的土體必然會受到一定的擾動，進(jìn)而導(dǎo)致周圍的土體及原有的結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，當(dāng)變形量超過土體和原有結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度時(shí)，就會造成不同程度的破壞。甚至，當(dāng)原有地層的位移超過規(guī)定限度時(shí)，就會影響到既有線路的正常運(yùn)行。在箱涵下穿頂進(jìn)施工期間，必須要進(jìn)行箱涵頂進(jìn)方向偏差和高程、頂進(jìn)系統(tǒng)和鐵軌及其下方地基等的現(xiàn)場監(jiān)控測量。通過現(xiàn)場監(jiān)測

3、的數(shù)據(jù)分析，首先為下穿頂進(jìn)施工過程及時(shí)反饋信息，調(diào)整施工方法。2監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成2.1路面變形監(jiān)測路面變形引起的主要原因：頂進(jìn)施工過程土體受到擾動、路基降水。而路面變形主要是在頂進(jìn)過程中對土的擾動引起的。從施工角度看，頂進(jìn)施工工藝復(fù)雜，流程較長，各個(gè)關(guān)鍵工序都會引起地表沉降。施工對地表沉降的影響是動態(tài)變化、逐步積累的，按照施工工序?qū)σ鸬乇沓两档募?xì)節(jié)進(jìn)行分析，制定控制地面沉降的階段性目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對每個(gè)施工步引起地表沉降進(jìn)行有效控制和安全管理。幵挖基坑引起的地面沉降，基坑開挖引起的地面沉降從原理上講都是由于開挖時(shí)的卸荷回彈產(chǎn)生。可以歸結(jié)為以下幾個(gè)方面的原

4、因：⑴基坑開挖過程中，土體出現(xiàn)卸荷回彈，導(dǎo)致維護(hù)土體產(chǎn)生水平位移，打破周圍土體的應(yīng)力平衡狀態(tài)，周圍土體向基坑內(nèi)移動，產(chǎn)生地面沉降。⑵基坑開挖時(shí)受到的施工擾動，既包括基坑開挖時(shí)產(chǎn)生的超挖欠挖，圍護(hù)不及時(shí)，機(jī)械振動，也包括臨近工程的施工擾動等。⑶基坑坑底底面處理不夠，坑底硬化不足。箱涵頂進(jìn)時(shí)，由于坑底不平整，或者坑底強(qiáng)度不均勻，出現(xiàn)“抬頭”、“扎頭”等?；娱_挖時(shí)出現(xiàn)卸荷回彈，產(chǎn)生基底不同程度隆起。而坑底作為箱涵預(yù)制的場所，且為頂進(jìn)提供線路，坑底強(qiáng)度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，直接造成箱涵的下沉。坑底的強(qiáng)度不均勻，箱涵在頂進(jìn)時(shí)則會產(chǎn)生水平剪切力，造成“抬頭”或者“扎頭

5、”?？拥兹缥翠佋O(shè)隔離層，則會直接導(dǎo)致，箱涵底部與基底粘結(jié)在一起。根據(jù)試驗(yàn)，箱涵的推進(jìn)速率對路面變形有較大的影響。速率越大，地表變形波動越大，對不同工程，頂進(jìn)速率的范圍也不一樣。所以進(jìn)行全面跟蹤監(jiān)測，合理布置監(jiān)測點(diǎn)。在頂進(jìn)前后時(shí)刻對路面沉降進(jìn)行監(jiān)測，以確定頂進(jìn)的速率。2.2軸線偏位監(jiān)測在箱涵軸線位置設(shè)置兩個(gè)位移傳感器，兩個(gè)位移傳感器用于監(jiān)測箱涵在推進(jìn)過程中箱涵實(shí)際軸線與設(shè)計(jì)軸線之間的水平偏移量。通過FD數(shù)據(jù)采集板將水平偏移量收集到計(jì)算機(jī)，再通過軟件進(jìn)行處理。兩個(gè)位移傳感器應(yīng)設(shè)置在滑板前段位置，兩個(gè)位移傳感器間距l(xiāng)m。另外設(shè)置一個(gè)箱涵軸向進(jìn)尺位移傳感器

6、，用于監(jiān)測箱涵在推進(jìn)過程中箱涵沿軸向前進(jìn)的位移量。將水平偏移量與軸向位移量通過專用軟件進(jìn)行綜合分析處理，可得出箱涵前段的水平偏移量，可采用箱體后部兩側(cè)頂力校正法進(jìn)行即時(shí)糾偏，為避免掌子面坍方引起施工安全事故，頂進(jìn)施工期間不宜用挖土校正法來控制箱體的軸線偏位。2.3箱體高程監(jiān)測在箱涵前端兩個(gè)角點(diǎn)位置設(shè)置兩個(gè)高程傳感器，兩個(gè)位移傳感器用于監(jiān)測箱涵在推進(jìn)過程中箱涵前端兩個(gè)角點(diǎn)的實(shí)際高程與設(shè)計(jì)高程之間偏差。通過FD數(shù)據(jù)采集板將水平偏移量收集到計(jì)算機(jī)，再結(jié)合將水平偏移量與軸向位移量通過軟件進(jìn)行處理，可以用圖像直觀的反映每一時(shí)刻箱涵整體在空間的姿態(tài)，同步與設(shè)計(jì)

7、的箱涵空間位置細(xì)心比較以便采取措施即時(shí)校正姿態(tài)。2.4箱端土壓力監(jiān)測在箱涵前端上部刃角處設(shè)置三個(gè)土壓力檢測器，用于監(jiān)測箱涵在推進(jìn)過程中箱涵前端的土體壓力，防止土壓力過大將路面頂起，通過FD數(shù)據(jù)采集板將水平偏移量收集到計(jì)算機(jī)，同步與土體的被動土壓力值進(jìn)行比較，以便即時(shí)控制頂進(jìn)速度及頂進(jìn)長度。2.5箱涵與后背墻的應(yīng)力與變形控制在箱涵頂進(jìn)施工過程中，箱涵與周圍土體的摩擦力過大可能造成千斤頂?shù)捻斄^大而引起箱涵結(jié)構(gòu)或者后背墻的破壞，導(dǎo)致工程的失敗d為了確保框構(gòu)涵以及后背墻在施工過程中滿足強(qiáng)度和變形要求，避免其應(yīng)力和撓度超限而引起結(jié)構(gòu)的開裂，確保施工安全，在

8、應(yīng)力集中和彎矩峰值容易出現(xiàn)的部位布設(shè)鋼筋計(jì)和應(yīng)變計(jì)，在框構(gòu)涵頂進(jìn)時(shí)對箱涵結(jié)構(gòu)和后背墻進(jìn)行了應(yīng)力和變形監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)判斷