大斷面

河道水道斷面擴(kuò)展至歷年最高洪水位以上 0.5～1.0m的斷面稱為大斷面。它是用于研究測站斷面變化的情況以及在測流時不施測斷面可供借用斷面。大斷面的面積分為水上、水下兩部分。水上部分面積采用水準(zhǔn)儀測量的方法進(jìn)行；水下部分面積采用面積測量稱水道斷面測量。2100433B

大斷面判斷標(biāo)準(zhǔn)

對大斷面判斷的標(biāo)準(zhǔn)較多，主要以國際隧道協(xié)會和日本的判斷標(biāo)準(zhǔn)為主。

國際隧道協(xié)會對大斷面的判斷標(biāo)準(zhǔn)如下：

日本對大斷面的判斷標(biāo)準(zhǔn)如下：

大斷面大斷面施工特點

1.由于開挖斷面積的增大，施工難度也急劇增加，特別是對一般地質(zhì)條件下的初期支護(hù)技術(shù)和不良地質(zhì)條件下的超前支護(hù)技術(shù)，提出來很高的要求。因此， 在大斷面的條件下要特別關(guān)注初期支護(hù)和超前支護(hù)的質(zhì)量。

2.開挖底部轉(zhuǎn)角處應(yīng)力容易過度集中，要求的地基承載力也會較高。

3.松弛荷載較大，開挖寬度和開挖高度越大，則要求成拱效應(yīng)的的條件越高，在埋深不夠處，會產(chǎn)生很大的松弛荷載。

4.支護(hù)結(jié)構(gòu)需要承載的力相對較小。

軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法適用范圍

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》適用粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土和黏土等地層的大斷面地下通道工程，尤其對淺埋式不能明挖的大斷面或超大斷面地下通道施工更具優(yōu)勢。例如穿越鐵路、高速公路、機(jī)場跑道等的大型下立交工程。

軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法工藝原理

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》的工藝原理敘述如下：

一、鋼管幕

鋼管幕形成縱向具有一定剛度的管幕梁，當(dāng)箱涵網(wǎng)格的迎面推力小于主動土壓力時，地面產(chǎn)生沉降。在此工況下，由于上排管幕能分擔(dān)部分上覆土荷載，可以減小開挖面的土壓力并且抑制地表沉降；當(dāng)網(wǎng)格箱涵的迎面推力大于被動土壓力時，地表變形為隆起，在此工況下鋼管幕的作用又表現(xiàn)為抑制地表變形。

四周密封的鋼管幕切斷地下水通道，使得管幕內(nèi)土體自由水得不到補(bǔ)充，有利于開挖面穩(wěn)定。

二、箱涵頂進(jìn)

利用軟土地層時空效應(yīng)原理，箱涵網(wǎng)格在擠土推進(jìn)時能在開挖面前端形成土拱，充分發(fā)揮土體的抗剪強(qiáng)度，減小了網(wǎng)格處土壓力。土壓力通過網(wǎng)格與土體接觸面的摩擦力平衡。

網(wǎng)格內(nèi)不挖土的擠土推進(jìn)工藝使地面隆起。網(wǎng)格內(nèi)適當(dāng)挖土又使得地表發(fā)生沉降，通過不同的推進(jìn)工藝和挖土量可動態(tài)調(diào)節(jié)地表變形，使其在容許的范圍波動。

軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法施工工藝

• 工藝流程

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》的箱涵頂進(jìn)總體施工流程見圖1，鋼管幕施工流程見圖2，箱涵頂進(jìn)施工流程見圖3。

• 操作要點

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》的操作要點如下：

一、鋼管幕頂進(jìn)施工要點

1.鋼管幕頂進(jìn)高精度方向控制（圖4）。

必須采取有效的措施保證鋼管幕頂進(jìn)精度，否則影響鋼管之間的閉合、嚴(yán)重時會阻礙箱涵推進(jìn)施工，為此應(yīng)注意以下要點。

1）激光反射誘導(dǎo)裝置：在掘進(jìn)機(jī)內(nèi)配備了反射形方向誘導(dǎo)裝置（RSG），利用激光發(fā)射點把頂管機(jī)本體偏移量、應(yīng)糾偏量和糾偏量等分別顯示在操作盤的電視屏上，便于糾偏和控制。

2）掘進(jìn)機(jī)內(nèi)傾斜儀傳感器示蹤：通過機(jī)內(nèi)的傾斜儀傳感器，實時掌握掘進(jìn)機(jī)的傾角和旋轉(zhuǎn)角度，以便及時糾偏和糾正偏轉(zhuǎn)角度。

3）激光導(dǎo)向：由工作坑內(nèi)的激光經(jīng)緯儀的激光點射向機(jī)頭測量中心靶上，通過機(jī)內(nèi)攝像頭把光點偏移量攝錄，并在地面TV顯示屏上顯示。以指導(dǎo)糾偏操作。

4）輔助糾偏導(dǎo)向裝置：對鋼管幕頂進(jìn)，由于后續(xù)鋼管幕是焊接而成，僅依靠機(jī)頭糾偏導(dǎo)向，并不能較好地引導(dǎo)整體鋼管幕的順利直行。為此，在機(jī)頭后面緊跟三節(jié)過渡鋼管。管節(jié)之間采用F形管的接頭形式，并安裝楔形橡膠止水帶。在接頭處還設(shè)置拉桿裝置和防偏轉(zhuǎn)裝置，使得鋼管幕既滿足軸線控制要求，又不致產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)而使鎖口不能正確相接。

5）糾正偏轉(zhuǎn)角度：當(dāng)掘進(jìn)機(jī)顯示出偏轉(zhuǎn)角度以后，可以通過變換刀盤旋轉(zhuǎn)方向和在機(jī)頭內(nèi)單側(cè)設(shè)置配重的方法糾正。

2.鋼管幕進(jìn)、出洞口措施

土體加固：對工作井進(jìn)、出洞段的軟土進(jìn)行加固，可采用注漿加固或者水泥攪拌樁，加固后的土體強(qiáng)度在0.8～1.0MPa左右。

3.鋼管鎖口密封止水措施

鋼管幕頂進(jìn)前，在機(jī)頭和鋼管二側(cè)加設(shè)注漿孔。鋼管幕頂進(jìn)過程中，通過注漿孔向鎖口部位和管道外壁壓注觸變泥漿，一是減少鎖口對土體的擾動，二是減少鋼管幕的推進(jìn)阻力和地表變形。鋼管幕頂進(jìn)后。要及時利用注漿孔對觸變泥漿進(jìn)行固化處理。固化材料選用純水泥漿。減少地面沉降。固化過程中應(yīng)按順序進(jìn)行，還應(yīng)嚴(yán)格控制水泥漿的注漿壓力和注漿量。

4.鋼管幕頂進(jìn)順序

為了減小鋼管幕施工次序?qū)Φ乇沓两导肮苣蛔冃蔚挠绊?，采取先頂進(jìn)底排管幕再頂進(jìn)上排管幕的施工工藝。

5.鋼管幕形成后，應(yīng)在管幕內(nèi)全部壓注低強(qiáng)度等級混凝土。壓注前應(yīng)在管幕尾端設(shè)置排氣孔并在管幕內(nèi)的上部預(yù)置注漿管，以便對管幕上部的空隙進(jìn)一步壓注水泥砂漿，使管幕內(nèi)的空隙充滿固體。

二、箱涵頂進(jìn)施工要點（圖5）

1.箱涵進(jìn)、出洞技術(shù)

1）進(jìn)出洞口土體加固：為保證箱涵出洞過程。土體穩(wěn)定性，必須對工作井外側(cè)土體進(jìn)行加固根據(jù)穩(wěn)定性計算結(jié)果確定加固范圍。

2）洞口管幕梁制作：在推進(jìn)面上的支撐拆除前，應(yīng)把全部鋼管幕與上部混凝土支撐連成一體，形成鋼筋混凝土管幕梁，應(yīng)對管幕梁的橫向跨度進(jìn)行驗算，必要時設(shè)置中間支撐點。

3）洞口止水裝置：密封止水裝置設(shè)在管幕梁上。應(yīng)充分考慮箱涵外輪廓特點，設(shè)置雙道止水，以保證洞口止水效果。

4）網(wǎng)格工具頭安裝：網(wǎng)格工具頭的開口率及入土深度根據(jù)維持開挖面穩(wěn)定性要求確定。網(wǎng)格由縱橫梁形成空間井字結(jié)構(gòu)，前端設(shè)置切口，由型鋼和鋼板焊接而成，現(xiàn)場拼裝。

5）地下連續(xù)墻拆除：采用分層分塊爆破拆除和人工風(fēng)鎬拆除相結(jié)合的方法，縮短拆墻時間，提高拆墻安全性。

6）箱涵進(jìn)洞前，應(yīng)對網(wǎng)格工具頭及后續(xù)箱涵外側(cè)的泥漿進(jìn)行固化處理，防止泥漿竄流到開挖面。

2.特種復(fù)合泥漿壓注工藝

1）注漿管路

在箱涵沿縱向每隔約6米設(shè)置一注漿斷面，沿橫向在對應(yīng)管幕鎖口之間設(shè)置注漿孔，注漿斷面通過支管與注漿總管相連，注漿支管埋在箱涵結(jié)構(gòu)內(nèi)，以防過往的運土車壓壞。

2）注漿施工

注漿材料應(yīng)選擇觸變性能良好，黏度高，不易流動的材料。注漿施工應(yīng)定點、定量、定壓力進(jìn)行。注漿壓力應(yīng)能支托上排管幕和土體重量。

3.推進(jìn)油缸布置

推進(jìn)油缸的數(shù)量由推進(jìn)阻力計算后，布置在箱涵底板處。為便于糾偏和控制，油缸沿箱涵中心線分組對稱布置。

4.箱涵的姿態(tài)控制

1）箱涵水平姿態(tài)控制

推進(jìn)平臺上設(shè)置導(dǎo)向墩使得箱涵基本保持直線推進(jìn)；通過同步推進(jìn)系統(tǒng)控制箱涵的水平姿態(tài)，根據(jù)行程儀傳感器的顯示數(shù)據(jù)，通過計算機(jī)自動調(diào)整各組油泵的流量，使其滿足實時調(diào)整不同油缸的頂進(jìn)速度，實現(xiàn)平面姿態(tài)同步推進(jìn)。

2）箱涵高程姿態(tài)控制

通過改變注漿量和開挖面不同的挖土工況調(diào)節(jié)高程姿態(tài)。一般適量挖除底排網(wǎng)格內(nèi)土體，可使箱涵切口下傾，不挖土的擠土推進(jìn)可使網(wǎng)格上抬。

5.維持開挖面穩(wěn)定性措施

開挖面穩(wěn)定性由經(jīng)過專門設(shè)計的網(wǎng)格工具頭保證。箱涵預(yù)制期間，網(wǎng)格采用封門板封住，增加穩(wěn)定性，減小地面沉降。

6.箱涵頂進(jìn)引起的地表變形

1）控制箱涵和管幕之間的建筑空隙是減少地表變形的重要措施，此間隙宜適當(dāng)減小。

2）利用網(wǎng)格擠土工藝使地面變形得到有效控制，調(diào)節(jié)和控制擠土速度和挖土量，取得合適的施工參數(shù)。

3）加強(qiáng)泥漿壓注，通過泥漿壓力支撐上部土體。

7.泥漿固化工藝

當(dāng)箱涵推進(jìn)結(jié)束后，注入純水泥漿，在箱涵周圍形成水泥漿套承擔(dān)上部荷載。

8.施工監(jiān)測

箱涵推進(jìn)施工中，需對地表變形、箱涵應(yīng)力、箱涵姿態(tài)實時監(jiān)測。在箱涵預(yù)制期間，每天監(jiān)測一次，推進(jìn)期間，每推進(jìn)50厘米監(jiān)測一次。

近年來我國高速鐵路及公路工程中修建了大量大斷面黃土隧道，揭示大斷面黃土隧道變形特征及初支與圍巖作用機(jī)理，從而采取合理的支護(hù)措施和施工方法是目前極需解決的問題。項目以多座鐵路及公路大斷面黃土隧道為依托，采用理論分析、數(shù)值模擬、離心試驗等綜合方法，開展了大斷面黃土隧道施工時空效應(yīng)分析及支護(hù)結(jié)構(gòu)作用機(jī)理研究，主要研究內(nèi)容如下：（1）大斷面黃土隧道變形特性；（2）大斷面黃土隧道施工過程時空效應(yīng)分析；（3）大斷面黃土隧道系統(tǒng)錨桿作用機(jī)理及效果研究；（4）大斷面黃土隧道格柵鋼架作用機(jī)理及適應(yīng)性研究。 項目收集了大量大斷面黃土隧道變形數(shù)據(jù)，明確了其變形規(guī)律，建立大斷面黃土隧道施工過程數(shù)值模擬計算模型，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測變形數(shù)據(jù)，分析了施工過程時空效應(yīng)。建立了大斷面黃土隧道錨桿作用數(shù)值計算模型和離心試驗?zāi)Ｐ?，闡明了錨桿作用機(jī)理，通過大斷面黃土隧道有、無系統(tǒng)錨桿現(xiàn)場試驗，明確提出大斷面黃土隧道應(yīng)取消系統(tǒng)錨桿。建立了黃土隧道圍巖特征曲線和支護(hù)特征曲線力學(xué)計算模型，分析了格柵拱架 噴射混凝土、型鋼拱架 噴射混凝土與圍巖作用機(jī)理，通過現(xiàn)場對比試驗，分析了格柵拱架適應(yīng)性，提出大斷面黃土隧道應(yīng)采用格柵拱架支護(hù)，建立了大斷面黃土隧道施工及變形控制體系。研究成果在鄭西高速鐵路，寶蘭客專、武西高速等工程了開展了試驗應(yīng)用，為我國大斷面黃土隧道順利修建提供了重要理論基礎(chǔ)和工程借鑒。 項目發(fā)表論文7篇，其中EI論文6篇，申請發(fā)明專利3項；培養(yǎng)博士生2名，碩士生4名，參加國際學(xué)術(shù)會議3次，國內(nèi)學(xué)術(shù)會議3次；研究成果獲得省部級二等獎1次，國家科技進(jìn)步二等獎1次。 2100433B