高速公路浅覆土特长箱涵顶进关键技术概述

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1、高速公路浅覆土特长箱涵顶进关键技术概述第一章概述1.1研究背景及意义随着国民经济持续不断地发展，高速公路的投资和建设规模亦随之不断地扩大。高速公路由于里程较长，沿线穿越城市、村庄及河流较等多，且所经之处多为横穿而过，对公路两侧人们的生活、生产及其周围生态环境造成严重影响。箱涵作为解决新建和既有道路相交叉问题的一种道路重要设施，在高速公路中应用较为普遍。当前国内外有关公路箱涵就位施工的方法较多，有顶进施工法、开槽埋设施工法及盾构施工法等，与其它方法相比顶进施工方法具有工程造价低、施工速度快，且对周围环境影响小等特点。尽管顶进技术在公路工程、铁路工程及市政工程中得到普遍应用，但受顶进结构

2、的断面形式、跨度大小、穿越长度、覆土厚度及其物理力学性质指标、顶进施工技术与工艺等因素的影响，顶进关键技术差异很大。高速公路浅覆土特长箱涵顶进就位施工与一般公路、铁路及市政工程箱涵不同，由于其顶进长度较长，涵顶覆土厚度较浅，顶进施工中涵身周边土体受力与变形较为复杂，极易造成涵顶上覆路面破坏。例如郑州文化路浅覆土箱涵顶进施工出现开裂、平移及隆起等病害，路面形成搓板形状，造成交通中断说明浅覆土特长箱涵顶进施工不能简单地采用普通箱涵顶进施工方法，但目前国内外有关浅覆土特长箱涵顶进仍没有系统完善的成套技术。为此，本文依托工程实际，通过室内模型试验、数值模拟、理论计算及现场监测等方法，对高速公

3、路浅覆土特长箱涵顶进施工中的减阻技术、涵-土体受力与变形特性、箱涵顶进的合理速度、路基路面沉降量计算及控制标准等进行系统研究。..1.2国内外研究现状箱涵顶进施工方法最早起源于顶管技术，而顶管施工技术是继盾构施工之后，发展起来的一种地下管道施工方法，其不需要对管涵所在位置处的地面层进行开挖，而将管涵穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线的施工方法。1896年美国人在北太平洋铁路铺设工程施工最早开始使用顶进技术。1948年，日本开始在位于尼崎市的一条铁路下面（这条铁路现已废弃）使用顶管技术，该工程的顶管是一根内径600mm的铸铁管，顶进距离6m，主顶是一种为手摇液

4、压千斤顶。1964年前后，我国上海一些单位开始进行大直径机械式顶管的各种试验，直径2m的钢筋混凝土管，一次推进距离达120m，开创了使用机械顶管的先河。此后，又进行了多种直径、不同形式的机械顶管试验，其中土压式居多。土压式顶管机分上部出土和下部出土两种，但均未引进土压力概念。随着顶管技术的不断发展，当管面的圆形断面不经济或不能满足人们生产、生活要求时，矩形断面的箱涵便随之出现了，箱涵顶进技术也随之而发展起来。1957年，德国最早在奥芬堡市的铁路线下，采用顶进技术将宽2.5m、2.4m的盒式钢筋混凝土框架就位。此后箱涵顶进技术在德国的其它地区也被运用于修建更大截面面积的通道[1]。美国

5、于60年代开始采用箱涵顶进技术，并在以后的30年内得到快速的发展，例如1999年，在波士顿修建的州际高速公路与火车南站交叉处通道，采用冻结法将截面尺寸为：25m12m的3座预制箱涵顶入就位，其被称为当时世界上截面最大、施工难度最为复杂的箱涵顶进施工，该工程的实施使美国处于箱涵顶进的顶峰[2]。日本在箱涵顶进技术研究的也较早，上世纪70年代以来日本在箱涵顶进技术方面取得了较快的发展，研发了很多箱涵顶进施工方法，例如：ESA（endlessself-advancing）、FJ（frontjacking）、URT（UnderRail，箱涵采用顶进技术全长112m，箱涵外部尺寸2.2m2.2

6、m、底板厚40cm、侧板和面板厚30cm、截面净尺寸为：1.6m1.5m；箱涵流水面坡度为3‰，涵顶平均覆土厚度3.6m。顶进设备为镇江安达机械厂生产的土压平衡式2220mm2220mm矩形顶进机，顶进机头全长4.8m。该项目位于山坡地带，受地下水影响小，施工条件优越。顶进穿越的地层为硬质粘土层，地质分布均匀。本箱涵穿越已成型的梅河高速公路路基，施工现场交通方便，用水用电便利，考虑现有场地归属尚未解决，箱涵预制场设置在施工现场附近。现场钻孔显示，施工地层由第四系残积层（Qe1）组成。层序号⑤，亚粘土：紫红、灰黄、灰白等色，稍湿，硬塑，土质不均匀，杂少量半岩半土状强风化岩

7、碎块，局部岩块呈强风化状，用手难折断，浸水易软化、崩解，土质较好利于顶进施工。根据现场钻孔取样，项目所在场区内的地层岩性主要由：第四系残坡积物（Qel）和震旦系基岩（Z）组成。..第三章浅覆土特长箱涵顶进减阻技术室内模型试验研究.......343.1引言............343.2试验目的与内容..........343.2.1试验目的..........343.2.2试验内容..........343.3试验选用材料性能............3