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1、浅议顶进框架箱涵施工技术 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&C这几种箱涵顶进施工技术和箱涵顶进置换管幕施工技术进行介绍，对箱涵施工技术进行深入研究。关键词：框架箱涵；顶进；加固中图分类号：TU74文献标识码：A一、不同顶进法及其
2、技术特点1.1大口径矩形顶管法箱涵前端的工具头为机械式的称为矩形顶管。该法优点是占地面积小,地面活动不受影响;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4m×6m,自重超过150t。7近期,矩形顶管在公路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
3、压平衡式2.2m×2.2m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20～30mm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
4、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:7(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
5、以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
6、先进、有经济优势的一种方法。7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、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
7、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
8、)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7采用铁路或公路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
