1、浅谈顶进框架箱涵的施工技术摘要：箱涵指的是洞身以钢筋混凝土箱形管节修建的涵洞。箱涵由一个或多个方形或矩形断面组成，一般由钢筋混凝土或圬工制成，但钢筋混凝土应用较广，当跨径小于 4m 时，采用箱涵，对于管涵，钢筋混凝土箱涵是一个便宜的替代品，并且有很好的经济和社会效益。上下板都全部一致浇筑。本文对直接顶进施工技术、管幕-箱涵顶进施工技术、R震动和噪声小,不扰民;可以安全穿越河流、地面建筑,不影响现有管线和建筑的使用,降低造价,其主要缺点是技术难度大。顶管机头分敞开式顶管工具管和封闭式顶管掘进机两大类型。目前我国多轴偏心大断面矩形顶管机截面已达 4m6m,自重超过 150t。 近期,矩形顶管在公路
2、工程应用中取得了很好的效果。如梅河高速公路 K33+772 处的公路箱形涵洞顶进项目,箱涵全长 112m,涵顶平均覆土厚度 3.6m。顶进设备采用土压平衡式 2.2m2.2m 矩形顶管机,顶管机头全长 4.8m。施工监控结果表明,除局部未固结回填土存在最大 2030mm 沉降外,其余路基、路面监控点均未沉降。 施工技术要点: (1)根据地层土壤参数选择合适的顶管机头; (2)在施工中尽量避免较大角度的纠偏操作; (3)用二次注浆改善土体的物理力学性质; (4)控制工具管前工作舱里的压力与土体压力平衡,也可通过控制排土的速度,保持开挖面的稳定; (5)对地表沉降产生影响的因素有正面推进力、纠偏角
3、度、覆土厚度、管径、土的弹性模量等。 1.2 管棚箱涵顶进法 管棚箱涵顶进法是先将涵顶土体用管棚加固,再实施顶进的方法,适用于穿越已有建筑,并对沉降变形要求高的工程。在箱涵顶进时,一般将管棚一次性设置完成,并进行水泥注浆,使土体板固化,形成整体性的管棚。1.3 管幕箱涵顶进法 管幕法是利用微型顶管技术在拟建的箱涵四周顶入钢管,钢管之间采用锁口连接,并注入防水材料而形成水密性地下空间,在此空间内顶入箱涵的方法。 管幕箱涵顶进工法主要有以下几个特点: (1)该工法施工时无噪声和振动,不必降低地下水位和大范围开挖; (2)适用于回填土、砂土、黏土、软土和岩层等多种地层; (3)可以有效控制地面沉降以
4、及对周围环境的影响; (4)由于对地表沉降要求较高,要求顶管机具有较高的顶进精度; (5)作为管幕的钢管埋入土体后不能回收,造成了资源浪费,成本较高。1.4 盾构箱涵顶进法 盾构工法是利用盾构机械所特有的盾壳作为支护,一边控制开挖面及围岩不发生坍塌失稳,一边进行隧道掘进、出渣,并在机内拼装管片形成衬砌、实施壁后注浆,从而尽量少地扰动周边土体而修筑隧道的方法。将盾构法的管片衬砌、壁后注浆改为箱涵顶进形成的盾构箱涵顶进法,继承了盾构法地层适应性强、环境影响小的优点。在地表变形控制严格、顶进长度小的顶进工程中是技术先进、有经济优势的一种方法。 目前应用于箱涵顶进的均为简易盾构。由支撑架、盾壳、子盾构
5、、液压推进系统、辅助机构等 5 部分组成。在盾壳中的钢构排列成丌字形或门形组合,其门形组合的外轮廓尺寸与地道桥箱框外廓尺寸基本相同。采用了网格式工具头的原理,化整为零,设置多组子结构。掘进面土体分部开挖。 施工中,每组钢构都是独立体,使用时钢构组相继错开推进,使掘进面化成若干个小断面掘进,待清除钢盾构底板前方部分的中心土体即可实施箱框推进。该法的优点是化整为零,设置多个子结构,有利于掘进面土体的稳定,同时分解、减小了顶力,也减小了土体所受压力和剪切力,有助于顶进面土体的稳定,使得土体变形、沉降较小。缺点是钢结构体量较大,安装拆除复杂,且只能单向顶进。 二、计算理论及方法 2.1 地表变形计算
6、1998 年,方从启和王承德提出顶管施工中的地面沉降估算方法;房营光等根据现场监测和试验结果,对大型顶管施工产生的周围土体扰动变形的机理和特性进行了分析研究,提出了对工程有指导意义的扰动机理理论;同时,考虑扰动区土体密实度变化的影响,对 Peck 的地表沉降理论计算公式进行了修正。施成华等将顶管施工隧道周边岩土体看作一种随机介质,将隧道开挖(或挤压)所引起的土体移动看作一个随机过程,应用随机介质理论,对顶管施工隧道开挖引起的扰动区土体的移动与变形进行分析,推导了相应的扰动区土体下沉(隆起)、倾斜、水平移动、水平变形及弯曲曲率计算公式,并编制了相应的计算程序。 2.2 顶进力计算 采用铁路或公路
7、桥涵施工手册提供的最大顶力计算公式,对于箱涵顶进工程是适用的。顶力计算是后背设计、顶进设备配置、箱涵局部承压强度验算的重要依据,同时要考虑顶力的分配。杜守继等运用三维实体建模,通过设置接触单元来模拟地道桥箱涵结构与土的相互作用,分析得到顶进过程中地道桥箱涵结构的位移、应力场分布。 三、施工技术措施 3.1 降低顶进阻力的方法 一般采用在管(框架)外注入触变泥浆,形成泥浆套的方法减小顶进阻力。将泥浆特殊设计,使其具有一定固化强度,可降低地表沉降量。注浆时应使得压力能在泥浆套中挤出一条带状的地层空隙,并避免过大的注浆压力引起地表有害隆起。 在盾构顶进法应用中,采用了在框架与土体间设置窄条钢板(厚3
8、5mm)的方法,该钢板由盾构的子结构拖动,这样顶进时框架与钢板的摩阻小于框架与土的摩阻力。当框架较长时,还可以采用叠合钢板解决由于长度大造成的单块钢板阻力过大、子结构顶力过大问题,是一种较好的减阻方法。 覆膜顶进施工法是在顶进箱涵及其外周覆罩的不透水膜之间注入润滑材料,通过保持比土压、水压等外压更高的压力,在顶进箱涵的外周形成润滑层,以便于进行顶进。其优点是: (1)不会出现润滑材料扩散和劣化,能得到确实的润滑效果,进而能够安全地进行超长距离顶进施工; (2)通过覆膜材料的中介能够由润滑材料支承地层压力,所以能最小限度地抑制地基下沉,此外,还能长时间停止顶进。 3.2 纠偏措施 中线偏差的纠正
9、,一般采用调整顶镐位置和台数,使两侧顶力不等,产生力偶,结合两侧超欠挖土形成的阻力来实现。当地质条件较差时,顶进“扎头”的现象非常普遍,有的甚至非常严重,给工程造成了永久性的缺限。在底板的不同部位,应力分布差别较大,导致箱底地基受力不均,变形不一。在顶进过程中,变形不断累积,箱身横向结构常常发生不均匀下沉现象。可以选择采取的措施是: (1)在箱体预制时,将预制标高比设计标高提高 5cm,预留沉降量; (2)将滑板前端 3m 范围内的地基用砂石土进行换填加固,设置过渡段,并将滑板做成前高后低的仰坡; (3)将箱体底板前端做成船头坡,水平长 100cm,垂直高 10cm; (4)在底板预留孔洞,用
10、千斤顶压入方桩,可加固软弱地基,减少沉降。四、结语 现行规范和许多应用总结中提到,为了保证高程准确而采用预抬高(滑道仰坡)措施,以及为了减小阻力而在预制时设置的结构端头外尺寸正偏差等,这些都会增加路面沉降量,尤其在软土地质情况下的地基沉降,对地面的影响尤其大。从目前已有的工程实例看,管幕法和盾构顶进法是较理想的方法。对于埋深浅、断面大、地质条件复杂的地下工程,管幕法有其他施工方法无可比拟的优点,但其钢管无法回收,浪费大,应用受到一定限制。变性理论和数值计算对于指导施工具有重要作用,但因环境条件、结构和工艺的复杂性,尚需有针对性的研究和总结。 参考文献： 1刘向东.秦沈客运专线框架涵顶进施工技术J.铁道标准设计. 2003(06) 2王朝杰.中继间法顶进箱涵施工技术J.山西建筑. 2005(19)
