软土地层大断面管幕—箱涵推进工法适用范围

《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》适用粉质黏土、淤泥质黏土和黏土等地层的大断面地下通道工程，尤其对浅埋式不能明挖的大断面或超大断面地下通道施工更具优势。例如穿越铁路、高速公路、机场跑道等的大型下立交工程。

软土地层大断面管幕—箱涵推进工法工艺原理

《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》的工艺原理叙述如下：

一、钢管幕

钢管幕形成纵向具有一定刚度的管幕梁，当箱涵网格的迎面推力小于主动土压力时，地面产生沉降。在此工况下，由于上排管幕能分担部分上覆土荷载，可以减小开挖面的土压力并且抑制地表沉降；当网格箱涵的迎面推力大于被动土压力时，地表变形为隆起，在此工况下钢管幕的作用又表现为抑制地表变形。

四周密封的钢管幕切断地下水通道，使得管幕内土体自由水得不到补充，有利于开挖面稳定。

二、箱涵顶进

利用软土地层时空效应原理，箱涵网格在挤土推进时能在开挖面前端形成土拱，充分发挥土体的抗剪强度，减小了网格处土压力。土压力通过网格与土体接触面的摩擦力平衡。

网格内不挖土的挤土推进工艺使地面隆起。网格内适当挖土又使得地表发生沉降，通过不同的推进工艺和挖土量可动态调节地表变形，使其在容许的范围波动。

软土地层大断面管幕—箱涵推进工法施工工艺

• 工艺流程

《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》的箱涵顶进总体施工流程见图1，钢管幕施工流程见图2，箱涵顶进施工流程见图3。

• 操作要点

《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》的操作要点如下：

一、钢管幕顶进施工要点

1.钢管幕顶进高精度方向控制（图4）。

必须采取有效的措施保证钢管幕顶进精度，否则影响钢管之间的闭合、严重时会阻碍箱涵推进施工，为此应注意以下要点。

1）激光反射诱导装置：在掘进机内配备了反射形方向诱导装置（RSG），利用激光发射点把顶管机本体偏移量、应纠偏量和纠偏量等分别显示在操作盘的电视屏上，便于纠偏和控制。

2）掘进机内倾斜仪传感器示踪：通过机内的倾斜仪传感器，实时掌握掘进机的倾角和旋转角度，以便及时纠偏和纠正偏转角度。

3）激光导向：由工作坑内的激光经纬仪的激光点射向机头测量中心靶上，通过机内摄像头把光点偏移量摄录，并在地面TV显示屏上显示。以指导纠偏操作。

4）辅助纠偏导向装置：对钢管幕顶进，由于后续钢管幕是焊接而成，仅依靠机头纠偏导向，并不能较好地引导整体钢管幕的顺利直行。为此，在机头后面紧跟三节过渡钢管。管节之间采用F形管的接头形式，并安装楔形橡胶止水带。在接头处还设置拉杆装置和防偏转装置，使得钢管幕既满足轴线控制要求，又不致产生旋转而使锁口不能正确相接。

5）纠正偏转角度：当掘进机显示出偏转角度以后，可以通过变换刀盘旋转方向和在机头内单侧设置配重的方法纠正。

2.钢管幕进、出洞口措施

土体加固：对工作井进、出洞段的软土进行加固，可采用注浆加固或者水泥搅拌桩，加固后的土体强度在0.8～1.0MPa左右。

3.钢管锁口密封止水措施

钢管幕顶进前，在机头和钢管二侧加设注浆孔。钢管幕顶进过程中，通过注浆孔向锁口部位和管道外壁压注触变泥浆，一是减少锁口对土体的扰动，二是减少钢管幕的推进阻力和地表变形。钢管幕顶进后。要及时利用注浆孔对触变泥浆进行固化处理。固化材料选用纯水泥浆。减少地面沉降。固化过程中应按顺序进行，还应严格控制水泥浆的注浆压力和注浆量。

4.钢管幕顶进顺序

为了减小钢管幕施工次序对地表沉降及管幕变形的影响，采取先顶进底排管幕再顶进上排管幕的施工工艺。

5.钢管幕形成后，应在管幕内全部压注低强度等级混凝土。压注前应在管幕尾端设置排气孔并在管幕内的上部预置注浆管，以便对管幕上部的空隙进一步压注水泥砂浆，使管幕内的空隙充满固体。

二、箱涵顶进施工要点（图5）

1.箱涵进、出洞技术

1）进出洞口土体加固：为保证箱涵出洞过程。土体稳定性，必须对工作井外侧土体进行加固根据稳定性计算结果确定加固范围。

2）洞口管幕梁制作：在推进面上的支撑拆除前，应把全部钢管幕与上部混凝土支撑连成一体，形成钢筋混凝土管幕梁，应对管幕梁的横向跨度进行验算，必要时设置中间支撑点。

3）洞口止水装置：密封止水装置设在管幕梁上。应充分考虑箱涵外轮廓特点，设置双道止水，以保证洞口止水效果。

4）网格工具头安装：网格工具头的开口率及入土深度根据维持开挖面稳定性要求确定。网格由纵横梁形成空间井字结构，前端设置切口，由型钢和钢板焊接而成，现场拼装。

5）地下连续墙拆除：采用分层分块爆破拆除和人工风镐拆除相结合的方法，缩短拆墙时间，提高拆墙安全性。

6）箱涵进洞前，应对网格工具头及后续箱涵外侧的泥浆进行固化处理，防止泥浆窜流到开挖面。

2.特种复合泥浆压注工艺

1）注浆管路

在箱涵沿纵向每隔约6米设置一注浆断面，沿横向在对应管幕锁口之间设置注浆孔，注浆断面通过支管与注浆总管相连，注浆支管埋在箱涵结构内，以防过往的运土车压坏。

2）注浆施工

注浆材料应选择触变性能良好，黏度高，不易流动的材料。注浆施工应定点、定量、定压力进行。注浆压力应能支托上排管幕和土体重量。

3.推进油缸布置

推进油缸的数量由推进阻力计算后，布置在箱涵底板处。为便于纠偏和控制，油缸沿箱涵中心线分组对称布置。

4.箱涵的姿态控制

1）箱涵水平姿态控制

推进平台上设置导向墩使得箱涵基本保持直线推进；通过同步推进系统控制箱涵的水平姿态，根据行程仪传感器的显示数据，通过计算机自动调整各组油泵的流量，使其满足实时调整不同油缸的顶进速度，实现平面姿态同步推进。

2）箱涵高程姿态控制

通过改变注浆量和开挖面不同的挖土工况调节高程姿态。一般适量挖除底排网格内土体，可使箱涵切口下倾，不挖土的挤土推进可使网格上抬。

5.维持开挖面稳定性措施

开挖面稳定性由经过专门设计的网格工具头保证。箱涵预制期间，网格采用封门板封住，增加稳定性，减小地面沉降。

6.箱涵顶进引起的地表变形

1）控制箱涵和管幕之间的建筑空隙是减少地表变形的重要措施，此间隙宜适当减小。

2）利用网格挤土工艺使地面变形得到有效控制，调节和控制挤土速度和挖土量，取得合适的施工参数。

3）加强泥浆压注，通过泥浆压力支撑上部土体。

7.泥浆固化工艺

当箱涵推进结束后，注入纯水泥浆，在箱涵周围形成水泥浆套承担上部荷载。

8.施工监测

箱涵推进施工中，需对地表变形、箱涵应力、箱涵姿态实时监测。在箱涵预制期间，每天监测一次，推进期间，每推进50厘米监测一次。

《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》钢管幕顶进及注浆施工的主要设备见表1、表2，箱涵顶进主要设备见表3。

《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》的工法特点是：

1.钢管之间采用锁口相连，锁口内压注止水浆液形成密封、隔水的水平钢管帷幕，抑制地表变形，保持开挖面稳定性。

2.箱涵前端的网格式工具头能维持软土地层开挖面的稳定，不需要在箱涵顶进前水平加固管幕内的土体，具有显著的经济效益。

3.不影响各类地下管线、道路交通、地面的各类建筑，施工无噪声、无环境污染。

4.根据工程需要，结构外围能构筑成不同的形状和面积的钢管幕，因此能构筑各种断面的地下空间，适应范围广。

5.采用高精度方向控制的钢管幕顶进技术，实时监控和调整管幕的姿态，能有效控制钢管幕的姿态精度。

6.采用微机控制的液压同步顶进控制系统，自动地远程控制箱涵顶进中各个顶进油缸的顶进速度，实时反映箱涵姿态、顶进力、伸长量，使箱涵推进处于同步可控状态。

7.在箱涵外壁与钢管幕之间压注特殊的泥浆材料，使得箱涵顶进阻力明显减小，又能有效地控制地面沉降。

8.施工完毕的暗埋段结构可作为箱涵顶进的后靠结构，不需对后方土体进行加固，因而施工工序合理，受力体系安全可靠。

《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》是在钢管幕内推进箱涵的一种新型地下工程施工工法，是在拟建箱涵位置的外周先用顶管法设置小直径钢管形成封闭的钢管幕，再在该水平钢管幕的围护下顶进箱涵的施工新技术，该工法不需对地表进行开挖、不需对管幕内的软土进行水平加固处理，不影响地面交通和生活，能严格地控制地表变形，对管线及房屋无影响，因此非常适用于穿越铁路、公路、机场跑道、人行通道等特殊条件下的非开挖施工。具有良好的社会和经济效益。该工法已在上海市中环线北虹路下立交工程中得到应用。

一、《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》应执行《给水排水管道工程施工及验收规范》GB 50268—97；《建筑钢结构焊接技术规范》JGJ 81—2002、5218—2002、上海市工程建设规范《市政地下工程施工及验收规范》DGJ 08—236—1999、上海市标准《市政排水管道工程施工及验收规程》DBJ 08—220—96，除此以外，在施工中还应满足以下质量标准：

1.钢管幕顶进的高程和中心偏差控制在±3厘米以内，钢管幕偏转角度控制在士2℃以内。

2.箱涵顶进的高程和水平偏差在±5厘米以内。

3.箱涵顶进的地表降起控制在3厘米以内。沉降控制在4厘米以内。

二、《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》在施工中还应加强现场管理：

1.技术管理

成立由技术员组成的施工技术组，由技术总工负责，具体职责为：监督施工参数的实施、根据施工情况及时调整施工参数；处理施工中出现的异常情况。

2.质量管理

成立由操作班长和质量员组成的质量组，由质量工程师负责，具体职责为：建立质量安全保证体系和方针目标工作流程图。严格检验各工序，尤其是对隐蔽工程，必须同监理工程师配合、严格检查，每道工序均需签字验收后方可进行下道工序施工。严格各项施工材料合格证的把关制度。

《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》的效益分析如下：

1.与日本等中国之外在软土地层从事管幕法隧道施工相比较，由于中国之外通常要对管幕内软土进行水平加固。所以，该工程的此项加固费用就节约了近4000万元人民币。具有良好的经济效益。

2.钢管幕切断了管幕内外的水土联系，同时上排管幕分担了部分上覆土体的重量，同时采取了合理的施工技术，该工法能减小地表变形，从而保护周边环境，产生良好的社会效益。

3.《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》还缩短了建设周期。

注：施工费用以2005-2006年施工材料价格计算

采用《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：

1.严格遵照国家颁发的《建筑安装工程安全技术规程》。

2.建立安全管理组织，以项目经理为现场安全保证体系第一责任人的安全领导小组。

3.加强标准化安全电箱管理。顶管机及箱涵内部照明用电应使用安全电压；施工现场照明设施标准化；施工现场电缆线路敷设规范化，严禁随地铺设。

4.施工现场必须实行动火申报制度。严格执行"十不烧"规章制度，动火必须具有"二证一器一监护"才能进行。

5.在吊车行走路线上不得有任何电源线。

6.定期检查高压油管及接头的安全性，防止爆裂伤人。

7.电焊等各操作人员按操作程序进行，严防违章操作。

《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》的应用实例如下：

上海市中环线北虹路下立交工程是中环线的重要组成部分。其轴线基本呈南北走向，沿虹许路穿越虹桥路、西郊宾馆接入北虹路，为大断面长距离浅埋式地道工程，全长为126米，箱涵断面尺寸为34.2米×7.85米。管幕段由80根ф970，壁厚10毫米带锁口的钢管呈"口"字形组成，相邻钢管间采用锁口连接。管顶覆土厚度约4.5米。管幕内箱涵结构外包尺寸为34.2米×7.85米，其侧墙厚1米，中隔墙厚0.8米，顶板厚1.3米，底板厚1.4米。

管幕和箱涵位于③₁灰色淤泥质粉质黏土和④灰色淤泥质黏土层，为饱和软土。含水量大、承载力低、渗透系数小。

箱涵所需穿越的虹桥路为交通主干道，车流量很大。虹桥路下的地下管线复杂，其中有直径1200毫米的上水管。西郊宾馆又是高级宾馆区，对地表变形要求较高。施工中地表允许变形量：隆起30毫米以内，沉降50毫米以内。

《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》的环保措施如下：

一、应执行以下规范

1.上海市工程建设规范《地基基础设计规范》DGJ 08—08—1999。

2.上海市工程建设规范《基坑工程设计规程》DGJ 08—61—97。

3.《上海地铁基坑工程规范施工规程》SZ—08—2000。

二、钢管幕顶进环保措施

1.应采用泥水平衡顶管掘进机施工，地表变形应控制在±5毫米以内。

2.每根钢管幕顶进后，应及时对钢管外壁触变泥浆用水泥浆进行固化处理，以减少钢管幕的后期沉降值。

3.在钢管幕顶进后，要及时对锁口位置压注水泥浆以形成封闭的水平钢管幕、切断管幕内外的渗水通径。为下一步箱涵推进创造条件。

三、箱涵顶进的环保措施

1.箱涵网格工具头的设计应根据不同的地质条件进行，应能维持开挖面的土压稳定性。

2.箱涵与管幕之间的建筑空隙要合理。在工艺许可的条件下应力求减小此空隙，以减小地表变形。

3.在箱涵推进后，应在出洞口安装可靠的止水装置。

4.在箱涵推进过程中，应在钢管幕与箱涵之间建立具有一定压力的完整触变泥浆润滑套，进一步控制地表变形。

5.在箱涵推进后，应对建筑空隙的触变泥浆及时进行固化处理。

四、监测措施

1.在钢管幕顶进过程中，在地面应设置沉降监测点，所测数据要及时反馈，用信息化施工手段优化推进参数。

2.在箱涵顶进过程中，一是在上排钢管幕内设置水平测斜管，及时掌握上排钢管幕的变形情况，以便调整箱涵推进参数。二是在地面上设置沉降监测点，及时反馈地表变形数据，以指导箱涵推进。三是在箱涵网格开挖面设置土压力计，通过正面土压力的监测数据来调整挖土方法。

2008年1月31日，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2005-2006年度国家级工法的通知》建质[2008]22号，《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》被评定为2005-2006年度国家一级工法。 2100433B

《大跨度箱形变截面钢筋混凝土拱施工工法》的工法特点如下：

1. 拱跨度大，拱的跨度在110米以上。

2. 拱的建筑材料为钢筋混凝土而不是钢材，用钢筋海凝土材料建造大跨度拱结构的施工方法比钢结构拱的施工方法复杂得多。

3. 拱的造型为变截面，拱顶、拱中心线、拱底三弧不同心，与通常的等截面拱，就施工技术而言，要困难得多，并且由于采用变截面拱，两拱之间钢筋混凝土连系柏架的高度、角度、位置、方向都不相同，并且只能高空现场施工作业。

4. 由于结构构造需要，变截面拱设计为封闭式的箱形拱，在每桶和架与拱的相交处设拱的加强肋，为了确保混凝土结构的耐久性，施工完后箱形拱内不允许留置模板，必须全部拆除。

5. 由于工程的重要性和结构设计上的考虑，拱脚与承台之间不能留置施工缝，混凝土拱结构的施工质量要求达到阳坚外美的清水棍凝土效果。