頂進箱涵的偏差及防治

白晉明

（山西呂梁建設有限公司，山西 呂梁 033000）

1 受力分析

箱涵頂進從起動到全部入土，其受力狀況可分為3個階段：

（1）箱涵全部在滑板上時，滑板的澆筑坡度決定了箱涵本身的坡度，該階段箱涵受力狀況簡單，無需進行受力分析。

（2）當箱涵前端脫離滑板頂入土中，其中重心超出滑板前端時，受力狀態和前一階段相比有較大的差異。見圖1、圖2，此時滑板前端 O 為力矩中心，p，q，r，e，f，g，n，s，t，h 為相應各力對 O點的力臂，底板摩阻力F下對O點力臂為零。

圖1

圖2

圖中：P：頂力；

Q：結構自重（過重心）；

R：為線路（包括加固設備）重及行車活載；

E：邊墻摩阻力（合力）；

F上：頂板摩阻力；

G：刃角正面阻力；

N：刃角豎直分力；

S：船頭坡水平分力；

T：船頭坡豎直分力；

H：地基反力。

頂進箱涵由剛性滑板跌入柔性地層時，與地層接觸處底板受到彈性地基反力集度最大，后面逐漸變小，因而地基的壓縮沉陷值前端大，后面逐漸減小，使箱涵產生前端下叩現象。箱涵受到兩種力矩的共同作用，即：下叩力矩為Mk=P·p+Q·q+R·r

抬頭力矩為：Mk=F上·f++E·e+G·g+N·n+S·s+T·t+H·h

若Mk＞Mt則產生箱涵的下叩現象，如Mk＞Mt則箱涵有抬頭現象。

隨著箱涵的繼續頂進q，r值逐漸增大，叩頭力矩也相應增加，若抬頭力矩不足以抵消叩頭力矩的增加時，則箱涵結構的叩頭狀態將繼續保持，并有更惡化的趨勢。

（3）箱涵尾端脫離滑板、完全進入土中時，此時O點已移至箱涵底板后端點處，Mk和Mt的基本因素沒有變化，如果地基土質不是極差、挖土方式也沒有失誤的情況下，該階段的變化不會十分顯著。

2 引起箱涵高程變化的主要因素

有經驗可知，在箱涵的頂推過程中，只要土質均勻、頂進設備安放對稱，在頂進過程中及時測量和注意糾偏，平面偏移是可以控制的。箱涵的高程變化卻難以控制，特別是長度較大的箱涵，一旦出現較大的高差偏移，想糾正也是很困難的。影響箱涵頂進高程變化的主要因素有：

（1）箱涵的自身形狀：長細型和短寬型兩種不同的箱涵在入土時（特別是在軟土地基中）會有不同的反應。長細型的縱向穩定性較好，不容易發生高程變化，如果一旦形成偏差，想糾正也極其困難，甚至根本無法糾正；反之，短寬型箱涵的穩定性較差，但靈敏度相對較高，所以在糾偏時容易受到明顯的效果。

（2）箱涵頂部有無覆蓋土：有無覆蓋土決定了有無箱涵頂板摩阻力。覆土大時不僅頂板摩阻力增加，而且箱涵側面摩阻力也隨之增大，往往使箱涵在頂進過程中發生抬頭現象，在質地堅硬的地基中要警惕箱涵的“上竄”現象；無覆蓋土的箱涵沒有這種現象。

（3）箱涵基底的土質條件：土質因素對箱涵高程變化的影響極為顯著。在質地堅硬的地基中，箱涵重心超過滑板前端時，不宜發生叩頭現象；反之在質地松軟的地基中，箱涵重心超出滑板前端進入軟土時，需要注意這種變化，尤其在地下水豐富時，更應加倍注意。對叩頭值應有充分的估計，必要時應事先給予“預抬值”。

（4）箱涵前端的刃角構造形式：通常有兩種刃角的構造形式，一種是箱涵自身的刃角，即與箱涵澆注一體的混凝土形式；另一種是在箱涵前端的鋼制附加形式。前者的刃角體積大，使整個結構的重心前移，產生前叩作用，較短較寬的箱涵不宜采用，在軟土地基中也不宜采用，而且這種刃角在頂進完畢后處理也較費事。鋼刃角重量較輕，無叩頭因素產生，但在加工上費時間，且剛度不可太柔。

（5）開挖面的開挖形式：箱涵頂進時的挖土方式、部位、超挖欠挖等都要事先充分研究。在基地堅硬、水分稀少的地基上，無糾偏要求的箱涵，可適當擴大開挖范圍；有糾偏要求基底，箱涵底板前方的土體保留和帶土頂進（即欠挖），會使箱涵下叩。

3 防止與糾正偏移水位措施

箱涵頂進與隧道盾構推進不同。盾構千斤頂環繞盾構四周布置，其作用力與開挖面的距離較近，可以憑借調節不同位置千斤頂作用力，使盾構按糾偏要求運移。箱涵頂進千斤頂全部以同一高度排在滑板上，作用點僅限于箱涵的底板部位，特別是長箱涵入土以后，千斤頂遠遠離開箱涵，借助長頂柱使作用力施加在箱涵底部，千斤頂僅僅是推動的動力，不具有糾偏的作用。因此，箱涵頂進方式的高程偏差是無法通過千斤頂糾偏的，即在箱涵頂進過程中的高差偏移對策應該是“以預防為主，以治理為輔”。常用的整治措施有：

（1）在結構底板前端設置“船頭坡”，船頭坡的設置可以和強迫頂進相結合，以達到糾正下叩的效果。這種措施對密實性地基效果較好，對軟土地基的效果較差。

（2）滑板預留仰坡：這種措施是針對軟土地基中的箱涵頂進，對下叩趨勢作出必然性判斷后采取的。仰坡值的預留量目前尚無計算方法，只能憑經驗作出判斷。為此，要對地質情況有確切的了解，即要充分掌握土的物理力學指標。

（3）壓送短柱，密實地基：在頂進過程中如發現地基軟弱的，可以通過預留在箱涵前面底板上的方孔，壓入短樁，提高地基土的承載力。