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巖土工程勘察

1管幕法設計施工中的巖土工程

1.1對巖土工程情況的要求

管幕-箱涵法施工的方法很多，且適用不同的地質條件及各種工程場地。從巖土工程角度考慮，它有如下的要求：

1）由于它適用于各種地質條件，所以要求調查相關的地質、巖性、地下水等情況；

2）除主體工程外，輔助場地也需要作巖土工程分析；

3）工作井（基坑）與接收井需重點探查。

1.2地基土的加固

管幕段在軟土地層中需要加固。地基土加固的目的為：降低地表沉降、減少管幕段上方土體的沉降、降低管幕段的側向變形、增加管幕段開挖面的穩定。軟土地區若設置預制箱涵工作井，如考慮不用抗浮構件，可考慮采用地基土加固處理方案，以提高地基土的強度。

2巖土工程勘察要求

應根據工程項目了解工程實施方案的特點，明確工作井與接受井的布設方式，掌握和控制與巖土有關的施工難點問題。工程的主體段應查清場地地層分布、巖土特性，特別是軟土地區土層的性質；工程埋深很淺，需查明淺層市政設施分布等情況，同時應查明場地地下水類型及對工程的影響，并判定對建筑材料的腐蝕性等。

3勘察方案的布設

3.1布孔原則

工程主體段寬度≥20m，布置2排孔；主體段寬度＜20m，兩側交叉布置；勘探孔間距≤30m，勘探孔布置在管幕外側3～5m。接收井應專門布孔，工作井布孔應加密至15～20m。輔助工作井（或預制場地）布孔同工作井。

3.2孔深確定

勘探孔一般布設控制性孔和一般性孔。結合《公路工程地質勘察規范》和《市政工程勘察規范》管涵相關條文，確定一般性孔深為箱涵埋深下8～10m，當地基土主要為軟土時，應適當加深。控制性孔深為箱涵埋深+壓縮層厚度。勘探手段主要為靜力觸探和鉆探，其比例可控制為2∶1。同時，軟土地區可沿管幕外側布置小螺紋鉆，以查明不良地質發育、分布情況。管幕段視其長度選取不少于2個孔，在管幕以上2m至以下2m范圍內連續取土樣。接收井、工作井井深依據基坑工程勘察情況來考慮。對設立預制箱涵的工作井，需考慮設立樁抗浮或根據圍護結構方案（工作井一般屬一、二級深基坑，支護結構可采用地下連續墻或型鋼水泥土攪拌墻等）綜合考慮確定孔深，即孔深應滿足圍護結構穩定驗算的要求，一般不宜小于工作井、接收井基坑深度的2.5倍。

3.3箱涵荷重的確定

地下工程一般情況下，下部土體不存在承受附加壓力問題。對管幕-箱涵法工程，管幕完成后的一段時間其內部形成封閉狀態，可根據幾個工程實例估算管幕內每平方米的箱涵荷重。如：北京首都機場T2—T3航站樓箱涵荷重約為84.0kPa；上海北虹路箱涵荷重約為80.9kPa；臺北復興路穿機場地道箱涵荷重為96.9kPa。箱涵下的管體間鎖口相連，可不看作為剛性層，估算上述管幕內相應土體（飽和狀態）荷重分別約為：60.2kPa（北京）、55.5kPa（上海）、71.7kPa（臺北），即箱涵荷重均大于相應部位飽和土體質量，施工期間的附加應力分別為23.8，25.4，25.2kPa，壓力范圍處于彈性階段，但箱涵寬度大，長寬比約為3.6～10。以上海北虹路箱涵為例，箱涵寬度34m左右，估算壓縮層厚約20m左右。

4原位測試及土工試驗

在管幕段和工作井部位需測量承壓水頭，軟土地區需做管幕內地基土開挖穩定及基坑穩定驗算所需的三軸CU試驗及土層的滲透系數K、側壓力系數K0試驗。工作井處在軟土地層中應布置“十”字板孔。

5勘察實施中的問題

1）對擬建場地管線的分布，應收集調查相應資料，全面了解管線類別、走向、埋深等，一般可考慮采用物探手段加以探明；

2）進行專門的水文地質調查，特別是工作井和接收井處在地下水位比較高的粉性土與砂性土中應作抽水試驗，并了解地下水補給與排泄情況；

3）布置于管幕范圍的孔，勘探結束后，應用黏土球填沒。

6勘察成果

勘察成果應滿足設計和施工要求，同時還要滿足除常規的管幕頂管及箱涵支撐、開挖、頂進所需要的施工要求外，設計計算模型所需要的參數及反饋分析計算所需參數的要求。

巖土工程問題

1管幕內開挖邊坡的穩定性

軟土地區對管幕內土體不加固的箱涵推進方案，出洞時需要對土體穩定性進行驗算。

2管幕內土體的加固

國外軟土地區的管幕內箱涵施工，一般都要進行管幕施工前的垂直向加固，或管幕施工后的水平向加固。在軟土地區管幕內土體不進行加固，但要對出洞地段在箱涵長度方向1倍左右高度范圍內的土體進行加固，目的是為了減少頂進箱涵時管幕撓曲變形，進而有利地表的環境保護。一般近井口處采用水泥攪拌樁，稍遠處采用壓密注漿加固，并進行穩定性驗算，以保證開挖面的穩定。

3管排鎖口處及時注漿

在管排鎖口處抹滑潤止水漿液，起到減阻作用，管頂后漿液遇水固結。在箱涵頂進中其外壁注入鈉基膨潤土和其他聚合物制成的復合觸變泥漿，使其四周形成泥漿套潤滑減阻，減少土體擾動及支承上覆土體，同時合理控制好泥漿量、壓力及注漿點，也有利于頂進時減阻及減少地表沉降。例如上海北虹路地道工程形成泥漿套后的注漿壓力為0.1～0.2MPa。為避免鋼管局部應力集中而屈服，造成大的先期沉降，在鋼管內可充填混凝土，以加大縱向剛度。

4管幕-箱涵法工程的沉降

管幕-箱涵法工程的沉降由兩部分組成，即管排頂進形成管幕時的變形，以及在管幕內推進預制箱涵或現澆鋼筋混凝土結構施工時形成的沉降。對于用支撐現澆構筑施工的，其引起的沉降較大。

4.1管幕施工過程中的沉降

管幕施工中主要的控制因素是地面沉降。對管幕變形量目前尚無統一標準。日本的管幕法允許變形量[δ]＝5mm。北京機場T2—T3管幕頂進完成后，鋼管在自重作用下，中間最大下沉量達到6.5mm。控制管幕頂進變形主要是選用合適的管排頂進施工順序，即先下排后側排，最后頂排施工。從實踐和理論分析都表明頂排管幕施工是減少沉降的關鍵。避免逐一單管頂進引起地面沉降遞加效應，以減少沉降；同時必須提高頂進施工精度，且注意管幕頂進過程的速度與出土量的平衡?？傋冃沃斜仨毧紤]土體擾動超孔隙壓力消失后形成的壓密變形。減少頂進引起的變形，其措施為選用合適的潤滑材料及其背后注漿和二次注漿。

4.2箱涵施工過程中的沉降

一般說，地表變形控制或地表沉降是管幕-箱涵施工引起的綜合沉降，而管幕施工引起的沉降是較快完成的。地表的下沉主要是管幕的厚度及剛度有限；管幕工程上覆土較淺，不能形成卸力拱，上方土體隨管幕下沉而下沉，即使是支撐下現澆箱涵或頂進預制箱涵，同時采取注漿措施，但土體開挖引起的頂部管幕仍有下沉。在管幕封閉施工期間，其內土體排除后置換箱涵結構，基底的附加應力很小，產生的沉降很小，箱涵基層下土體基本上處于回彈壓縮狀態；施工完成后仍處在飽和環境下，理論上不產生沉降，而且也未見過箱涵施工引起的單獨變形觀測資料。

地表變形與施工方法密切有關，更為確切的是與施工出土有關，以管幕-箱涵施工為例，在箱涵頂進過程中有管幕變形效應產生。例如上海北虹路工程即在施工切口前15m和切口后10m范圍內有隆起變形，一般達50mm，分析認為與土體固結時間有關，3d后孔壓消失土體固結，地表基本不隆起。將網格擠土頂進與網格內挖土頂進比較，前者的固結沉降是后者的1/3。北京的管幕下土體雖經水平向加固，但理論分析結果認為，工作面前方5～40m范圍內鋼管最大隆起1.5mm，開挖時仍引起箱涵上方管幕繼續下沉，地表最大下沉14mm。

控制地表的沉降，最主要的是提高管幕施工精度及盡可能縮小箱涵與管幕間的建筑空間；其次是上覆土不大時，需控制箱涵網格抬頭，在網格內控制出土，減少地面隆起，而受兩側向管排約束隆起量則中間大，兩邊小。施工中控制箱涵推進速度、調節泥漿套注漿壓力是控制地表變形的有效手段?？刂茲{液均勻、連續地注入，保證鋼管鎖口間及塘口處的密封性，以及后續水泥漿置換膨潤土，應當在推進全部結束后，在管幕與箱涵間壓注固化材料，以減少后期沉降。從實測地表變形分析，箱涵推進過程中地表的變形在靠近切口處沉降速率大，而在切口后的沉降速率小。

1節制箱涵推進的地面隆起量可達40mm，見圖1。4巖土工程監測在設計分析及施工預測中許多不確定因素需要通過現場觀測進行監控和合理的調整，以求得設計合理和施工安全。作為施工階段實行全過程的巖土工程監測，應將土層特性、出土量的分析、地面沉降監測數據整理后，反饋給施工人員，實時調整頂進機械的推進參數，指導施工。管幕監測分3個部分：

1）一般性施工監測。其內容為地層變形、地表沉降與附近建筑物安全觀測，地下水位及其水頭觀測。

2）管幕內施工監測。其內容為管幕下沉、底層管幕的隆起及側向管幕位移觀測，對設立支撐的則測其軸力。

3）箱涵推進統計時網格前方土壓力以及網格壁與土體的摩阻力的測定。各觀測點的布點數量及觀測頻率由場地土質、施工進度及資料的重要性來確定，并在實施中作調整，但必須滿足指導施工與回饋分析需要。

結語

對于大斷面、短距離的隧道（如下立交道路），不可能采用明挖法施工，而盾構法又不經濟的特殊斷面隧道，選用管幕法施工較為合適。管幕法施工對地表的影響很小，對周圍建（構）筑物影響不大。管幕法設計施工前應查明管幕段和工作井、接收井處土層分布情況，詳細進行巖土工程勘察，為管幕法設計提供相應參數，同時分析可能產生的巖土工程問題，提出處理建議，在施工期間加強監測，才能保證工程順利進行。

作者：李民龔啟昌龔宇煦單位：上海市城市建設設計研究總院中船第九設計研究院工程有限公司