軟土地層大斷面管幕—箱涵推進工法效益分析

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進工法》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軟土進行水平加固。所以，該工程的此項加固費用就節(jié)約了近4000萬元人民幣。具有良好的經濟效益。

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

3.《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進工法》還縮短了建設周期。

注：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進工法》的環(huán)保措施如下：

一、應執(zhí)行以下規(guī)范

1.上海市工程建設規(guī)范《地基基礎設計規(guī)范》DGJ 08—08—1999。

2.上海市工程建設規(guī)范《基坑工程設計規(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、鋼管幕頂進環(huán)保措施

1.應采用泥水平衡頂管掘進機施工，地表變形應控制在±5毫米以內。

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

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

三、箱涵頂進的環(huán)保措施

1.箱涵網格工具頭的設計應根據不同的地質條件進行，應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力求減小此空隙，以減小地表變形。

3.在箱涵推進后，應在出洞口安裝可靠的止水裝置。

4.在箱涵推進過程中，應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，進一步控制地表變形。

5.在箱涵推進后，應對建筑空隙的觸變泥漿及時進行固化處理。

四、監(jiān)測措施

1.在鋼管幕頂進過程中，在地面應設置沉降監(jiān)測點，所測數據要及時反饋，用信息化施工手段優(yōu)化推進參數。

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

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

1.嚴格遵照國家頒發(fā)的《建筑安裝工程安全技術規(guī)程》。

2.建立安全管理組織，以項目經理為現場安全保證體系第一責任人的安全領導小組。

3.加強標準化安全電箱管理。頂管機及箱涵內部照明用電應使用安全電壓；施工現場照明設施標準化；施工現場電纜線路敷設規(guī)范化，嚴禁隨地鋪設。

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

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行，嚴防違章操作。

一、《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進工法》應執(zhí)行《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》GB 50268—97；《建筑鋼結構焊接技術規(guī)范》JGJ 81—2002、5218—2002、上海市工程建設規(guī)范《市政地下工程施工及驗收規(guī)范》DGJ 08—236—1999、上海市標準《市政排水管道工程施工及驗收規(guī)程》DBJ 08—220—96，除此以外，在施工中還應滿足以下質量標準：

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

2.箱涵頂進的高程和水平偏差在±5厘米以內。

3.箱涵頂進的地表降起控制在3厘米以內。沉降控制在4厘米以內。

二、《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進工法》在施工中還應加強現場管理：

1.技術管理

成立由技術員組成的施工技術組，由技術總工負責，具體職責為：監(jiān)督施工參數的實施、根據施工情況及時調整施工參數；處理施工中出現的異常情況。

2.質量管理

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

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

軟土地層大斷面管幕—箱涵推進工法適用范圍

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進工法》適用粉質黏土、淤泥質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—箱涵推進工法工藝原理

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進工法》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，當箱涵網格的迎面推力小于主動土壓力時，地面產生沉降。在此工況下，由于上排管幕能分擔部分上覆土荷載，可以減小開挖面的土壓力并且抑制地表沉降；當網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，使得管幕內土體自由水得不到補充，有利于開挖面穩(wěn)定。

二、箱涵頂進

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

網格內不挖土的擠土推進工藝使地面隆起。網格內適當挖土又使得地表發(fā)生沉降，通過不同的推進工藝和挖土量可動態(tài)調節(jié)地表變形，使其在容許的范圍波動。

軟土地層大斷面管幕—箱涵推進工法施工工藝

• 工藝流程

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

• 操作要點

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進工法》的操作要點如下：

一、鋼管幕頂進施工要點

1.鋼管幕頂進高精度方向控制（圖4）。

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

1）激光反射誘導裝置：在掘進機內配備了反射形方向誘導裝置（RSG），利用激光發(fā)射點把頂管機本體偏移量、應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）掘進機內傾斜儀傳感器示蹤：通過機內的傾斜儀傳感器，實時掌握掘進機的傾角和旋轉角度，以便及時糾偏和糾正偏轉角度。

3）激光導向：由工作坑內的激光經緯儀的激光點射向機頭測量中心靶上，通過機內攝像頭把光點偏移量攝錄，并在地面TV顯示屏上顯示。以指導糾偏操作。

4）輔助糾偏導向裝置：對鋼管幕頂進，由于后續(xù)鋼管幕是焊接而成，僅依靠機頭糾偏導向，并不能較好地引導整體鋼管幕的順利直行。為此，在機頭后面緊跟三節(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。在接頭處還設置拉桿裝置和防偏轉裝置，使得鋼管幕既滿足軸線控制要求，又不致產生旋轉而使鎖口不能正確相接。

5）糾正偏轉角度：當掘進機顯示出偏轉角度以后，可以通過變換刀盤旋轉方向和在機頭內單側設置配重的方法糾正。

2.鋼管幕進、出洞口措施

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

3.鋼管鎖口密封止水措施

鋼管幕頂進前，在機頭和鋼管二側加設注漿孔。鋼管幕頂進過程中，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阻力和地表變形。鋼管幕頂進后。要及時利用注漿孔對觸變泥漿進行固化處理。固化材料選用純水泥漿。減少地面沉降。固化過程中應按順序進行，還應嚴格控制水泥漿的注漿壓力和注漿量。

4.鋼管幕頂進順序

為了減小鋼管幕施工次序對地表沉降及管幕變形的影響，采取先頂進底排管幕再頂進上排管幕的施工工藝。

5.鋼管幕形成后，應在管幕內全部壓注低強度等級混凝土。壓注前應在管幕尾端設置排氣孔并在管幕內的上部預置注漿管，以便對管幕上部的空隙進一步壓注水泥砂漿，使管幕內的空隙充滿固體。

二、箱涵頂進施工要點（圖5）

1.箱涵進、出洞技術

1）進出洞口土體加固：為保證箱涵出洞過程。土體穩(wěn)定性，必須對工作井外側土體進行加固根據穩(wěn)定性計算結果確定加固范圍。

2）洞口管幕梁制作：在推進面上的支撐拆除前，應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，應對管幕梁的橫向跨度進行驗算，必要時設置中間支撐點。

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

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

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

6）箱涵進洞前，應對網格工具頭及后續(xù)箱涵外側的泥漿進行固化處理，防止泥漿竄流到開挖面。

2.特種復合泥漿壓注工藝

1）注漿管路

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

2）注漿施工

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

3.推進油缸布置

推進油缸的數量由推進阻力計算后，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

推進平臺上設置導向墩使得箱涵基本保持直線推進；通過同步推進系統(tǒng)控制箱涵的水平姿態(tài)，根據行程儀傳感器的顯示數據，通過計算機自動調整各組油泵的流量，使其滿足實時調整不同油缸的頂進速度，實現平面姿態(tài)同步推進。

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節(jié)高程姿態(tài)。一般適量挖除底排網格內土體，可使箱涵切口下傾，不挖土的擠土推進可使網格上抬。

5.維持開挖面穩(wěn)定性措施

開挖面穩(wěn)定性由經過專門設計的網格工具頭保證。箱涵預制期間，網格采用封門板封住，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，此間隙宜適當減小。

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

3）加強泥漿壓注，通過泥漿壓力支撐上部土體。

7.泥漿固化工藝

當箱涵推進結束后，注入純水泥漿，在箱涵周圍形成水泥漿套承擔上部荷載。

8.施工監(jiān)測

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

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進工法》的工法特點是：

1.鋼管之間采用鎖口相連，鎖口內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，不需要在箱涵頂進前水平加固管幕內的土體，具有顯著的經濟效益。

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.根據工程需要，結構外圍能構筑成不同的形狀和面積的鋼管幕，因此能構筑各種斷面的地下空間，適應范圍廣。

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

6.采用微機控制的液壓同步頂進控制系統(tǒng)，自動地遠程控制箱涵頂進中各個頂進油缸的頂進速度，實時反映箱涵姿態(tài)、頂進力、伸長量，使箱涵推進處于同步可控狀態(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構可作為箱涵頂進的后靠結構，不需對后方土體進行加固，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—箱涵推進工法》是在鋼管幕內推進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下頂進箱涵的施工新技術，該工法不需對地表進行開挖、不需對管幕內的軟土進行水平加固處理，不影響地面交通和生活，能嚴格地控制地表變形，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濟效益。該工法已在上海市中環(huán)線北虹路下立交工程中得到應用。

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進工法》的應用實例如下：

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。管幕內箱涵結構外包尺寸為34.2米×7.85米，其側墻厚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灰色淤泥質粉質黏土和④灰色淤泥質黏土層，為飽和軟土。含水量大、承載力低、滲透系數小。

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，沉降50毫米以內。

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工法施工，2004年8月成功地進行了80根長度為126米的鋼管幕頂進施工。2004年10月開始推進第一節(jié)箱涵到2005年4月完成8節(jié)箱涵的分節(jié)制作、養(yǎng)護和推進。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，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)建設部發(fā)布《關于公布2005-2006年度國家級工法的通知》建質[2008]22號，《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進工法》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，提供下面幾種細部構造圖的繪制：箱涵涵身配筋構造圖，箱涵明涵涵面鋪裝構造圖，箱涵牛腿構造圖，箱涵右翼墻構造圖，箱涵左翼墻構造圖，箱涵搭板構造圖等6種細部構造圖的設置和繪制。 2100433B

榮譽表彰

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布《關于公布2009-2010年度國家級工法的通知》（建質[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