管幕法箱涵顶进施工工艺的防水设计探讨

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1、管幕法箱涵顶进施工工艺的防水设计探讨上海市隧道工程轨道交通设计研究院  陆 明 陈 鸿 朱祖熹     摘 要 上海市中珠线虹许路—北虹路下立交工程是中环线西段的一个重要工程节点，由于此工程需穿越西郊宾馆，只能采用暗挖施工，且对地表变形控制有严格的要求。因此，设计采用管幕法施工，即采用管幕结合箱涵顶进的方法进行施工。本项工程为世界上饱和含水软土地层中施工的最长最大的以管幕法为施工工艺的工程。针对工程箱涵接缝防水、箱涵顶进所设中继间防水、箱涵出洞防水等设计思路及设计的优化演变展开论述，作为今后此类大型管幕结合箱涵顶进的施工方法的设计参考实例。     关键词 管幕法 箱涵顶进 接缝

2、防水 中继间防水 出洞防水     1 管幕法箱涵顶进施工工艺简介     随着城市化的进程不断加快，地下空间资源越来越紧张，如何开发和利用城市地下空间成为当今世界各大城市一致的发展问题。然而，在城市采用明挖法建造隧道会对城市交通、市民正常生活带来严重影响，为减少对城市环境的影响，现多采用盾构法进行隧道施工。但对于大断面、短距离的隧道(如下立交公路)而言，采用盾构法进行施工显然得不偿失。故对于一些不可能采用明挖法施工、采用盾构法又不经济的特殊隧道，可采用一种新的施工方法--管幕施工法。     管幕施工法以单管顶进为基础，各单管间依靠锁口在钢管侧面相接形成连为一体的管排，并在锁口

3、相接处预先涂布润滑止水浆液，此浆液最初可起到减小单管顶进摩擦阻力的作用，在顶进结束后会遇水固结封闭单管之间的渗水途径。管排顶进完毕后，形成管幕(见图1)。根据内部结构断面构造形式及地质条件，管幕可形成多种形状，如半圆形、圆形、口字形等。管幕由相对刚性的钢管形成的临时挡土结构，可减少开挖时对邻近土体的扰动并相应减少周围土体的变形，达到开挖时不影响地面活动，并维持管幕结构上部建筑物与管线正常使用功能的目的。     管幕施工法作为利用小口径顶管机建造大断面地下结构的施工工艺，国外已有20多年的发展历史，在日本、美国等国家应用于穿越道路、铁路、机场等形成的隧道，都取得了不错的效果。该施

4、工工艺适用范围较广，从已有的工程实例来看，它适用于回填土、砂土、粘土等各种地层，应用前景十分广泛。     图1见第4页 管幕段断面及锁口构造图     上海市中环线虹许路－北虹路下立交工程是中环线西段的一个重要工程节点，下立交道路规模为双向八车道。本工程有如下要求：①虹许路、北虹路之间约有125m长的距离穿越西郊宾馆；②该区域不能明挖；③对地表变形控制有严格的要求。基于上述原因，设计人员采用管幕施工工艺进行设计，此工程为世界上饱和含水软土地层中施工的最长最大的管幕法工程。    以往管幕作业完毕后，在内部结构开始施工前，应对管幕内土体先进行加固处理，以保证在结构高度范围内的土体

5、能自立稳定，随后在内部边开挖边支撑，直至管幕段完全开挖贯通，再浇注主体结构。而本工程采用特殊设计的网格工具管及其它监控措施来保证开挖面的稳定，以管幕一箱涵顶进施工工艺来完成125m长的非开挖段下立交工程。此工艺无须对土体进行加固，且省略了支撑系统，可大幅度降低工程造价、加快施工进度，具有显著的社会与经济效益。     2 管幕法箱涵顶进施工工艺的防水设计     箱涵顶进施工过程中，整个内部结构的防水设计处于十分重要的地位。防水重要节点主要包括箱涵间接缝防水、箱涵中继间防水、箱涵出洞防水等内容。     图2见第5页　箱涵底板诱导缝防水构造图     2.1　箱涵间接缝防水   

6、  最初的设计中，箱涵接缝采用诱导缝的设计思想，即接缝处仅部分钢筋连通，缝间设置中埋式止水带、遇水膨胀橡胶条，形成两道兜绕成环的封闭防水线，另顶板、底板、侧墙增设剪力杆，以提高箱涵之间的抗剪能力(见图2)。但在第二节箱涵顶进结束后，施工现场出现异常情况：网格工具管切口姿态下倾，地面沉降明显增大，箱涵所需顶力明显变大。    经现场调查，底排管幕下方的土体强度过低为造成网格工具管切口下倾的主要原因。经过与施工单位的协商讨论，将随后的箱涵接缝由半刚性(诱导缝)接头设计更改为柔性(变形缝)接头设计。接头防水设计形式也做相应变更，设计人员在此借鉴了“F”型承插式顶管接口模式的设计思想，于

7、箱涵接缝处安装钢套环，钢套环与前后节箱涵接缝处分别设置成环的预埋式注浆管与遇水膨胀橡胶条，以达到钢套环与前后节箱涵之间接缝的水密性要求。另外，前后节箱涵间接缝设置衬垫材料，以便有效传递后方顶力，并对箱涵端部混凝土起到保护作用。因箱涵顶进线路有一定的高程纠偏要求，故选用松木板为衬垫材料。由于采用钢套环作为接头形式，箱涵拥有了一定的转弯能力，但同时也会导致箱涵间接缝张开量的增大。为保证此工况条件下的接缝防水要求，在接缝中除继续采用可适应一定接缝张开量的中埋式止水带外，还增设了一道弹性