軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法形成原因

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》是在鋼管幕內(nèi)推進(jìn)箱涵的一種新型地下工程施工工法，是在擬建箱涵位置的外周先用頂管法設(shè)置小直徑鋼管形成封閉的鋼管幕，再在該水平鋼管幕的圍護(hù)下頂進(jìn)箱涵的施工新技術(shù)，該工法不需對地表進(jìn)行開挖、不需對管幕內(nèi)的軟土進(jìn)行水平加固處理，不影響地面交通和生活，能嚴(yán)格地控制地表變形，對管線及房屋無影響，因此非常適用于穿越鐵路、公路、機(jī)場跑道、人行通道等特殊條件下的非開挖施工。具有良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。該工法已在上海市中環(huán)線北虹路下立交工程中得到應(yīng)用。

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》的工法特點是：

1.鋼管之間采用鎖口相連，鎖口內(nèi)壓注止水漿液形成密封、隔水的水平鋼管帷幕，抑制地表變形，保持開挖面穩(wěn)定性。

2.箱涵前端的網(wǎng)格式工具頭能維持軟土地層開挖面的穩(wěn)定，不需要在箱涵頂進(jìn)前水平加固管幕內(nèi)的土體，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

3.不影響各類地下管線、道路交通、地面的各類建筑，施工無噪聲、無環(huán)境污染。

4.根據(jù)工程需要，結(jié)構(gòu)外圍能構(gòu)筑成不同的形狀和面積的鋼管幕，因此能構(gòu)筑各種斷面的地下空間，適應(yīng)范圍廣。

5.采用高精度方向控制的鋼管幕頂進(jìn)技術(shù)，實時監(jiān)控和調(diào)整管幕的姿態(tài)，能有效控制鋼管幕的姿態(tài)精度。

6.采用微機(jī)控制的液壓同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)，自動地遠(yuǎn)程控制箱涵頂進(jìn)中各個頂進(jìn)油缸的頂進(jìn)速度，實時反映箱涵姿態(tài)、頂進(jìn)力、伸長量，使箱涵推進(jìn)處于同步可控狀態(tài)。

7.在箱涵外壁與鋼管幕之間壓注特殊的泥漿材料，使得箱涵頂進(jìn)阻力明顯減小，又能有效地控制地面沉降。

8.施工完畢的暗埋段結(jié)構(gòu)可作為箱涵頂進(jìn)的后靠結(jié)構(gòu)，不需對后方土體進(jìn)行加固，因而施工工序合理，受力體系安全可靠。

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(yùn)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。

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》鋼管幕頂進(jìn)及注漿施工的主要設(shè)備見表1、表2，箱涵頂進(jìn)主要設(shè)備見表3。

一、《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》應(yīng)執(zhí)行《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》GB 50268—97；《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)范》JGJ 81—2002、5218—2002、上海市工程建設(shè)規(guī)范《市政地下工程施工及驗收規(guī)范》DGJ 08—236—1999、上海市標(biāo)準(zhǔn)《市政排水管道工程施工及驗收規(guī)程》DBJ 08—220—96，除此以外，在施工中還應(yīng)滿足以下質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：

1.鋼管幕頂進(jìn)的高程和中心偏差控制在±3厘米以內(nèi)，鋼管幕偏轉(zhuǎn)角度控制在士2℃以內(nèi)。

2.箱涵頂進(jìn)的高程和水平偏差在±5厘米以內(nèi)。

3.箱涵頂進(jìn)的地表降起控制在3厘米以內(nèi)。沉降控制在4厘米以內(nèi)。

二、《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》在施工中還應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場管理：

1.技術(shù)管理

成立由技術(shù)員組成的施工技術(shù)組，由技術(shù)總工負(fù)責(zé)，具體職責(zé)為：監(jiān)督施工參數(shù)的實施、根據(jù)施工情況及時調(diào)整施工參數(shù)；處理施工中出現(xiàn)的異常情況。

2.質(zhì)量管理

成立由操作班長和質(zhì)量員組成的質(zhì)量組，由質(zhì)量工程師負(fù)責(zé)，具體職責(zé)為：建立質(zhì)量安全保證體系和方針目標(biāo)工作流程圖。嚴(yán)格檢驗各工序，尤其是對隱蔽工程，必須同監(jiān)理工程師配合、嚴(yán)格檢查，每道工序均需簽字驗收后方可進(jìn)行下道工序施工。嚴(yán)格各項施工材料合格證的把關(guān)制度。

采用《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》施工時，除應(yīng)執(zhí)行國家、地方的各項安全施工的規(guī)定外，尚應(yīng)遵守注意下列事項：

1.嚴(yán)格遵照國家頒發(fā)的《建筑安裝工程安全技術(shù)規(guī)程》。

2.建立安全管理組織，以項目經(jīng)理為現(xiàn)場安全保證體系第一責(zé)任人的安全領(lǐng)導(dǎo)小組。

3.加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化安全電箱管理。頂管機(jī)及箱涵內(nèi)部照明用電應(yīng)使用安全電壓；施工現(xiàn)場照明設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化；施工現(xiàn)場電纜線路敷設(shè)規(guī)范化，嚴(yán)禁隨地鋪設(shè)。

4.施工現(xiàn)場必須實行動火申報制度。嚴(yán)格執(zhí)行"十不燒"規(guī)章制度，動火必須具有"二證一器一監(jiān)護(hù)"才能進(jìn)行。

5.在吊車行走路線上不得有任何電源線。

6.定期檢查高壓油管及接頭的安全性，防止爆裂傷人。

7.電焊等各操作人員按操作程序進(jìn)行，嚴(yán)防違章操作。

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》的環(huán)保措施如下：

一、應(yīng)執(zhí)行以下規(guī)范

1.上海市工程建設(shè)規(guī)范《地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》DGJ 08—08—1999。

2.上海市工程建設(shè)規(guī)范《基坑工程設(shè)計規(guī)程》DGJ 08—61—97。

3.《上海地鐵基坑工程規(guī)范施工規(guī)程》SZ—08—2000。

二、鋼管幕頂進(jìn)環(huán)保措施

1.應(yīng)采用泥水平衡頂管掘進(jìn)機(jī)施工，地表變形應(yīng)控制在±5毫米以內(nèi)。

2.每根鋼管幕頂進(jìn)后，應(yīng)及時對鋼管外壁觸變泥漿用水泥漿進(jìn)行固化處理，以減少鋼管幕的后期沉降值。

3.在鋼管幕頂進(jìn)后，要及時對鎖口位置壓注水泥漿以形成封閉的水平鋼管幕、切斷管幕內(nèi)外的滲水通徑。為下一步箱涵推進(jìn)創(chuàng)造條件。

三、箱涵頂進(jìn)的環(huán)保措施

1.箱涵網(wǎng)格工具頭的設(shè)計應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件進(jìn)行，應(yīng)能維持開挖面的土壓穩(wěn)定性。

2.箱涵與管幕之間的建筑空隙要合理。在工藝許可的條件下應(yīng)力求減小此空隙，以減小地表變形。

3.在箱涵推進(jìn)后，應(yīng)在出洞口安裝可靠的止水裝置。

4.在箱涵推進(jìn)過程中，應(yīng)在鋼管幕與箱涵之間建立具有一定壓力的完整觸變泥漿潤滑套，進(jìn)一步控制地表變形。

5.在箱涵推進(jìn)后，應(yīng)對建筑空隙的觸變泥漿及時進(jìn)行固化處理。

四、監(jiān)測措施

1.在鋼管幕頂進(jìn)過程中，在地面應(yīng)設(shè)置沉降監(jiān)測點，所測數(shù)據(jù)要及時反饋，用信息化施工手段優(yōu)化推進(jìn)參數(shù)。

2.在箱涵頂進(jìn)過程中，一是在上排鋼管幕內(nèi)設(shè)置水平測斜管，及時掌握上排鋼管幕的變形情況，以便調(diào)整箱涵推進(jìn)參數(shù)。二是在地面上設(shè)置沉降監(jiān)測點，及時反饋地表變形數(shù)據(jù)，以指導(dǎo)箱涵推進(jìn)。三是在箱涵網(wǎng)格開挖面設(shè)置土壓力計，通過正面土壓力的監(jiān)測數(shù)據(jù)來調(diào)整挖土方法。

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》的效益分析如下：

1.與日本等中國之外在軟土地層從事管幕法隧道施工相比較，由于中國之外通常要對管幕內(nèi)軟土進(jìn)行水平加固。所以，該工程的此項加固費(fèi)用就節(jié)約了近4000萬元人民幣。具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.鋼管幕切斷了管幕內(nèi)外的水土聯(lián)系，同時上排管幕分擔(dān)了部分上覆土體的重量，同時采取了合理的施工技術(shù)，該工法能減小地表變形，從而保護(hù)周邊環(huán)境，產(chǎn)生良好的社會效益。

3.《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》還縮短了建設(shè)周期。

注：施工費(fèi)用以2005-2006年施工材料價格計算

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》的應(yīng)用實例如下：

上海市中環(huán)線北虹路下立交工程是中環(huán)線的重要組成部分。其軸線基本呈南北走向，沿虹許路穿越虹橋路、西郊賓館接入北虹路，為大斷面長距離淺埋式地道工程，全長為126米，箱涵斷面尺寸為34.2米×7.85米。管幕段由80根ф970，壁厚10毫米帶鎖口的鋼管呈"口"字形組成，相鄰鋼管間采用鎖口連接。管頂覆土厚度約4.5米。管幕內(nèi)箱涵結(jié)構(gòu)外包尺寸為34.2米×7.85米，其側(cè)墻厚1米，中隔墻厚0.8米，頂板厚1.3米，底板厚1.4米。

管幕和箱涵位于③₁灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和④灰色淤泥質(zhì)黏土層，為飽和軟土。含水量大、承載力低、滲透系數(shù)小。

箱涵所需穿越的虹橋路為交通主干道，車流量很大。虹橋路下的地下管線復(fù)雜，其中有直徑1200毫米的上水管。西郊賓館又是高級賓館區(qū)，對地表變形要求較高。施工中地表允許變形量：隆起30毫米以內(nèi)，沉降50毫米以內(nèi)。

2004年3月上海市第二市政工程有限公司采用管幕一箱涵推進(jìn)工法施工，2004年8月成功地進(jìn)行了80根長度為126米的鋼管幕頂進(jìn)施工。2004年10月開始推進(jìn)第一節(jié)箱涵到2005年4月完成8節(jié)箱涵的分節(jié)制作、養(yǎng)護(hù)和推進(jìn)。箱涵長度為126米，箱涵斷面外包尺寸為34.2米×7.85米。順利地穿越了虹橋路和西郊賓館。地表變形控制在容許的范圍內(nèi)，地下管線和地面建筑未受影響。

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《關(guān)于公布2005-2006年度國家級工法的通知》建質(zhì)[2008]22號，《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》被評定為2005-2006年度國家一級工法。 2100433B

在PCVX中，涵洞的孔數(shù)支持任意孔涵洞的布置；涵洞的布置形式除開明涵和箱涵只支持斜交斜做外，都支持斜交正做和斜交斜做。支持的修筑涵洞類型如下：

箱涵：在箱涵的修建過程中，提供下面幾種細(xì)部構(gòu)造圖的繪制：箱涵涵身配筋構(gòu)造圖，箱涵明涵涵面鋪裝構(gòu)造圖，箱涵牛腿構(gòu)造圖，箱涵右翼墻構(gòu)造圖，箱涵左翼墻構(gòu)造圖，箱涵搭板構(gòu)造圖等6種細(xì)部構(gòu)造圖的設(shè)置和繪制。 2100433B

榮譽(yù)表彰

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《關(guān)于公布2009-2010年度國家級工法的通知》（建質(zhì)[2011]154號），《大斷面雙連拱明洞整體臺架隧道拱體施工工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。 2100433B