张 烨
(1.南京市市政管理处,江苏 南京 210017; 2.南京市市政工程质量安全监督站,江苏 南京 210017)
矩形顶管近距离下穿大断面排水箱涵施工技术
张 烨1,2
(1.南京市市政管理处,江苏 南京 210017; 2.南京市市政工程质量安全监督站,江苏 南京 210017)
南京市地铁4号线某站点地下人行通道采用大断面矩形顶管法施工，4 m×6 m矩形顶管近距离下穿13.4 m宽既有砖混结构排水箱涵。介绍了工程地质条件及周边环境，运用有限元方法模拟分析了矩形顶管穿越施工过程中排水箱涵的变形情况，对排水箱涵针对性地布置了监测点并进行了分析总结，采取了有效的施工控制措施。
南京地铁，矩形顶管，近距离下穿，大断面排水箱涵
矩形顶管施工方法已被广泛运用于地铁车站出入口结构施工中，在矩形顶管施工过程中，需要横向穿越诸多市政管线，对管线的安全运营带来极大威胁。尤其是穿越一些断面较大的区域性排水箱涵时，控制周边土体变形，对管线进行及时的监测，是解决此问题的关键。研究矩形顶管安全下穿大断面排水箱涵，特别是困难条件下的此类施工，具有较高的推广价值。
1 工程概况
南京地铁4号线某站点设4个地面出入口，其中，车站4号出口位于车站主体结构东侧，中间横跨一主干道，需建设地下通道连接。该主干道为中部高架桥+两侧地面道路，不具备开挖施工条件，因此地下通道采用3 m×5 m的矩形顶管法施工。
矩形顶管地下通道长62.4 m，自东往西推进，覆土厚度约为5.9 m，坡度+3‰。掘进设备采用4 m×6 m偏心多轴土压平衡式矩形顶管机，C50钢筋混凝土预制管节共计41节，断面尺寸统一为4 m×6 m，单节长度1.5 m，壁厚0.5 m，接口采用“F”型承插式。
矩形顶管施工需下穿城市主干道及沿线诸多管线，其中保护难度最高的管线为靠近该主干道南侧机动车道下的大断面排水箱涵。箱涵断面尺寸为13.4 m宽、2.7 m高，内部设有中隔墙分隔成两孔，箱涵底与矩形顶管通道顶部净距为1.6 m。矩形顶管主要位于③1和③3土层中，表1给出了工程场地各土层的物理力学指标。
表1 地层物理力学指标
2 矩形顶管下穿大断面排水箱涵数值模拟分析
2.1计算模型
建立包括顶管隧道、排水箱涵在内的三维计算模型，模型的总尺寸为40 m×55 m×30 m，共计70 686个单元，76 024个节点。边界条件为底部固定，两边轴向约束，上部自由。计算模型顶管与箱涵位置关系如图1所示。
2.2计算结果
计算时，土压力系数取为0.7。
开挖面距离外墙体2 m，砖墙及排水箱涵顶底板沉降云图如图2,图3所示。当开挖面距离外墙约2 m时，前方距离最近墙体开始发生沉降，沉降量约1.2 mm。顶管隧道距离排水箱涵垂直距离很小，仅为1.6 m，且排水箱涵底板较宽，约为13.4 m，因此通道限制了由隧道开挖引起的周围土体的沉降，排水箱涵底板几乎不发生沉降，而顶板由于上方及左右土体变形引发了一定的沉降，当开挖面距离外墙约2 m时，顶板最大沉降约1.1 mm，顶板的最大沉降量同与之相连的墙体的最大沉降量几乎相同。开挖面前方墙体发生的水平位移仅约0.3 mm，非常微小。
顶管穿越中隔墙，开挖面位于中隔墙与第二外墙之间。砖墙及排水箱涵顶底板沉降云图如图4,图5所示。开挖面位于中隔墙与第二外墙之间，外墙沉降量继续增加，最大约为6.7 mm。
开挖面离开外墙2 m，砖墙及排水箱涵顶底板沉降云图如图6,图7所示。排水箱涵最大沉降约为8 mm。顶管穿越前后，混凝土板受到的最大拉应力约为40 kPa，砖墙主要受压，与混凝土板连接点可能会出现最大约10 kPa的拉应力。
3 矩形顶管下穿大断面排水箱涵施工技术
3.1穿越技术措施
1)合理确定各顶进控制参数取值，严格控制穿越大断面排水箱涵顶进时的纠偏量，最大程度减少顶管对排水箱涵的不利影响。
2)正常顶进施工时，其顶进速度宜控制在20 mm/min左右，在加固区及排水箱涵影响范围内顶进速度控制在10 mm/min。
3)顶进过程应当通过预制管节各注浆孔不间断压浆，一方面在管节外侧形成完整的泥浆膜，起到减小摩擦力的作用；另一方面，浆液可以及时填充管节与土体之间的空隙，保持土体稳定。
4)顶管结束后，首先在通道前后各三节顶管注浆孔内注入双液浆，过24 h后及时打开管节上的注浆孔，压入水泥浆液置换管道外的触变泥浆。根据排水箱涵的沉降情况，在其正下方的前后各10 m范围内，适当超压水泥浆，起到固化周边土体，减少后期沉降的目的。
3.2施工监测
3.2.1监测点布设
图8给出矩形顶管穿越大断面排水箱涵处孔隙水压力、测斜以及直接监测点的布设示意。
3.2.2监测结果分析
1)孔隙水压力监测结果及分析。
孔隙水压力共布置4个测点，通过箱涵前2.7 m设置一排，通过箱涵后5 m设置一排，每排2个测点，测点间距10 m，均距离顶进轴线5 m。图9是超静孔隙水压力随顶管机通过测点过程中的变化曲线。其中测点KY4点被破坏，数据未能采集。
当顶管机头到达孔隙水压力测点前6 m左右时，孔压开始上升，在顶管机切口通过测点1 m时， KY1的孔压增加最大值为10 kPa，KY2孔压增加最大值约20 kPa，KY3孔压增加最大值约30 kPa，孔压达到最大值。机身通过测点的过程中，孔压下降很快。机尾通过测点后(顶管机切口过孔压计5 m后)，孔压缓慢消散，孔压经5 d基本全部消散。说明超孔隙水压力变幅大小反映了土体受扰动的程度。
2)测斜监测结果及分析。
测斜共布置2个测点，通过箱涵前2.0 m设置一排共2个测点，测点间距8 m，均距离顶进轴线4 m。图10，图11是测斜随顶管机通过测点过程中变化曲线。X方向为平行于顶管推进方向，Y方向为垂直于顶管推进方向。选取CX1测点进行数据分析。
水平和垂直方向的水平位移主要发生在深度2 m～12 m范围内，基本和顶管出现的位置对应。平行顶管施工方向的水平位移在顶管到达前基本表现为向顶管推进方向的位移，最大偏移量达到27 mm，在顶管机切口通过该点后，由于摩擦力的作用，逐步恢复到初始状态。垂直顶管方向规律相似，最大变形达到10 mm，顶管顶进过后，垂直顶管方向水平位移有一定量的恢复变形。
3)直接点沉降监测。
直接点布置9个测点，按照顶进里程，共分为3排，分别位于箱涵的前中后段，测点间距10 m。图12是直接点随顶管机通过测点过程中变化曲线。
直接沉降点沉降趋势均为切口达到前开始有隆起的趋势，在切口达到测点正下方前后达到峰值(最大峰值9 mm)，在切口通过测点后逐步恢复，与顶管机操作参数相匹配。
4 结语
在穿越大断面排水箱涵前，在调查、搜集相关资料的基础上建立了有限元模型，模拟分析了矩形顶管施工对箱涵的影响，有针对性的采取了有效的施工控制技术措施。对顶管施工全过程实施了监测，特别是对顶管机穿越排水箱涵处的布点监测，监测结果反映顶管施工参数选取合理，施工控制措施有效。
[1] 余彬泉.顶管施工技术[M].北京:人民交通出版社,2002.
[2] 刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.
[3] 林宗元.岩土工程治理手册[M].北京:中国建筑出版社,2005.
[4] 黄绍铭,高大钊.软土地基与地下工程[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社,2005.
Theconstructiontechnologyofrectangularpipe-jackingtopassthroughlargesectiondrainageboxculvertatcloserange
ZhangYe1,2
(1.NanjingMunicipalProjectManagementOffice,Nanjing210017,China; 2.NanjingMunicipalEngineeringQualityandSafetySupervisionStation,Nanjing210017,China)
The large section rectangular pipe-jacking method is used in the underpass of a station on Metro Line 4 in Nanjing. The dimension of rectangular pipe jacking is 4 m×6 m, and the rectangular pipe jacking construction needs to pass through the 13.4 m wide brick concrete structure drainage box at short distance. This paper introduces the geological conditions and surrounding environment of the engineering, and simulates and analyzes the deformation of the drainage culvert during the construction of the rectangular pipe-jacking by using the finite element method. Furthermore, the paper arranges the monitoring points and analyzes the monitoring results of the drainage box culvert, and takes effective control measures.
Nanjing metro, rectangular pipe-jacking, close down wear, large section drainage box culvert
1009-6825(2017)30-0083-03
2017-08-14
张 烨(1974- )，女，高级工程师
TU990.3
A
