软土地区管幕法箱涵顶进施工技术

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管幕法是利用顶管机建造大断面地下空间的施工技术，是一种新型的地下暗挖技术。其原理是以单根钢管顶进为基础，各钢管间依靠锁口相连，并在锁口处注入止水剂，形成密封的止水帏幕。采用管幕法时，由于开挖土体或者推进箱涵是在管幕的保护下进行的，因此，可以显著减少地面沉降和增加施工时开挖面的稳定性，同时，由于管幕具有隔离地下水的作用，故施工时无需降低地下水位。本文详细讨论了有关软土地区管幕法箱涵顶进施工技术以及箱涵推进施工技术。
    一、管幕顶进施工技术
    （一）顶管进出洞技术措施
    1、土体加固
    当在软弱土地区进行施工时，由于管幕段所处的土层基本为流塑状的土，含水量大，强度低，为保证管幕钢管进出洞时洞口的稳定性及防水要求，避免软弱土体及地下水涌入工作井内，造成地表沉降，同时为增加始发井后靠土体的稳定性，需要采取土体加固的措施。土体加固要求为：
    （1）土体加固、改良后的土体的无侧限抗压强度需大于1.2MPa。但也不能太高，以免造成顶管顶进时顶力太大，影响顶进精度。
    （2）加固范围按3米考虑。加固过程中，应对地表进行跟踪监测，地表隆起应控制在20毫米以内。
    2、顶管出洞技术措施
    （1）出洞施工
    在出洞施工之前，需要通过开观察孔等手段，确认加固后的土体的止水性达到设计要求，防止由于加固效果不良，导致洞口泥水涌入。若土层加固未达到设计要求，则需要进行二次加固处理，直到确认安全后，才可进行顶管的出洞施工。
    为防止掘进机出洞时发生磕头现象，可采取如下措施：调整后座主千斤顶的合力中心，出洞时加密对掘进机偏差的测量，一旦发现有下磕的趋势，立即用后座千斤顶进行纠偏。
    （2）洞口止水装置
    在软粘土及淤泥质粘土地区，地下水也是管幕施工的一大影响因素。对于高地下水位地区，为避免推进过程中的涌水及涌砂现象，应尽可能选用具有水密性的推进机头，或在推进进行的过程中进行止水灌浆。为有效地防止地下水、润滑泥浆流入工作井内，需要设置有效的洞口止水构造。
    3、顶管进洞技术措施
    在机头将要达到接收井时，要精确测出机头姿态位置，尽量满足橡胶法兰与机头同心的要求。在顶管结束后，顶管首节与尾节和井壁预埋钢环连接，并作密封处理。
    （二）管幕渗漏的防治
    虽然在开挖前，管幕接口间压注过高分子浆液，但随着开挖的进行，管幕接口仍然可能渗漏。此时，根据渗漏点的部位应分别采取措施：
    （1）渗漏点在已开挖的部位：此时用电钻在连接口部位穿孔，直接压注油溶性聚氨酯。也可以采用钢板封堵后压注聚氨酯。
    （2）渗漏点在开挖部位前方：派人乘小车进入钢管，在预定部位压注聚氨酯浆液。如果发生在侧壁且深度较大，视情况可以在地面振管注浆。值得指出的是，为保护地面绿化，管幕以上土体不容许注任何浆液。
    （三）触变泥浆减阻
    顶进施工中，触变泥浆的应用是减少顶进阻力的重要措施。顶进时，通过顶管机铰接处及管节上预留的注浆孔，向管道外壁压入一定量的减阻泥浆，在管道四周外围形成一个泥浆套，减少管节外壁压入一定量的减阻泥浆，从而减少顶进时的顶力。泥浆套形成的好坏，直接关系到减阻的效果。
    （四）钢管焊接
    为提高焊接质量与焊接速度，可以采用管道自动焊接技术，以人工焊接为辅，自动焊接为主。
    由于管幕钢管的厚度较厚，管节头部设单面坡口，尾部不设坡口，这样管节顶进时不会减少受力面积，坡口采用45°。
    管节吊下井后，先进行拼接。拼接时，在前一节管节尾部烧焊几个“搭子”，通过在搭子中打入铁楔，可将后一节管节头部整形，使之与前一节尾部能相连接。拼接时，前后管节间应留1～2毫米的空隙，利于烧焊牢固。
    （五）管幕顶进后的处理措施
    （1）置换触变泥浆
    当相邻两根钢管顶进结束后，进行触变泥浆的置换。置换材料选用纯水泥浆，以便有足够的连接强度。置换过程按顺序进行，通过回流孔将触变泥浆完全排入钢管内。置换时，需要严格控制水泥浆的注浆压力和注浆量。
    （2）钢管锁口止水处理
    为了防止箱涵顶进时，不发生渗漏泥水的现象，在触变泥浆置换完成后，要利用预留的注浆孔向锁口部位压注聚胺脂浆。同时，要预留足够的跟踪注浆孔，以便在箱涵顶进过程中对局部渗漏点进行二次注浆。
    （3）钢管混凝土填充
    在箱涵顶进前，在管幕部分钢管内进行无收缩、免振捣混凝土填充，以加大管幕纵向的刚度，和避免管幕局部出现应力集中而屈服。
    （4）钢管端部与工作井的连接
    浇注混凝土后，将钢管的口部焊接封闭，再用钢板与连续墙预留钢板焊接，连为一体。
    二、箱涵推进施工技术
    在软弱粘土中进行大断面的箱涵顶进施工，由于施工难度很大，可结合工程具体情况，采用管幕法箱涵顶进的施工方案。
    目前，国外应用较多的大断面箱涵顶进施工工法主要有FJ工法和ESA工法。FJ工法通过钢绞线把两侧箱涵连接在一起，通过后面的串芯油缸或者中继间千斤顶交替牵引两侧的箱涵，或者设置反力壁安装钢绞线，箱涵一侧牵引推进；ESA工法则完全依靠箱涵自身的反力推进。
    以上两种工法的主要特点都是先挖土后推进，因此，前方土体必须加固以保持工作面的稳定，同时，箱涵推进时需要开挖导坑，布设轨道；还需要很大的场地来制作箱涵；但无需反力后背及反力架；箱涵分节推进，总的推进力较小，减少千斤顶和钢绞线的数量，可靠性较高。
    国内应用较多的是箱涵顶进工法，该工法工艺简单，技术相对成熟，但是后靠土体需要加固，而且后靠结构容易失稳。当由于道路的限制，不可能提供很大的预制场所；同时限于工程造价，管幕内的土体也不加固，所以导洞也无法施工。此时，箱涵有四种方案可供选择：推进工法、牵引工法、推拉结合工法和有中继间的推进工法。