大斷面箱涵推進(jìn)微擾動(dòng)施工技術(shù)應(yīng)用

牛 杰

(上海城建市政工程(集團(tuán))有限公司， 上海 200065)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，新建下穿主干路下立交對(duì)于緩解交通擁堵問(wèn)題具有重要作用。下立交施工過(guò)程中存在的主要問(wèn)題包括地下管線復(fù)雜，需設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)斷面形式，埋深淺以減少對(duì)周邊路網(wǎng)的影響，以及地面沉降要求嚴(yán)格等。管幕-箱涵與矩形頂管在下立交施工中的應(yīng)用十分廣泛。

李耀良等[1]和陳立生等[2]的研究表明，封閉式箱涵工具頭能較好地維持開(kāi)挖面的穩(wěn)定，同時(shí)需注重多個(gè)螺旋出土相互協(xié)調(diào)以及施工參數(shù)的合理選擇； 肖世國(guó)等[3]的研究表明，在箱涵推進(jìn)過(guò)程中頂部管幕是可以承擔(dān)相當(dāng)量的上覆土體質(zhì)量，因而在此過(guò)程中管幕能起到相當(dāng)大的力學(xué)作用，有利于箱涵前端網(wǎng)格尺寸經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)； 孫鈞等[4]對(duì)“管幕-箱涵”頂進(jìn)非開(kāi)挖工法所引起的地表變形位移進(jìn)行了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滾動(dòng)預(yù)測(cè)。日本在管幕-箱涵工法方面有很多成功的案例。在國(guó)內(nèi)，上海市中環(huán)線北虹路下立交工程[5-9]采用管幕-箱涵工法，使用網(wǎng)格式工具頭來(lái)保證開(kāi)挖面的穩(wěn)定，相關(guān)學(xué)者對(duì)箱涵頂進(jìn)的姿態(tài)控制以及地表變形控制措施進(jìn)行了闡述。王滕等[10]和李向陽(yáng)等[11]對(duì)箱涵推進(jìn)階段土體變形的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究分析，得出一旦正面平衡失穩(wěn)會(huì)造成頂排管幕下沉，引起地表變形和地基沉降； 榮亮等[12]、銀英姿等[13]、徐新等[14]、李達(dá)等[15]對(duì)矩形頂管施工過(guò)程中的姿態(tài)控制技術(shù)、數(shù)值模擬地表沉降以及地表沉降規(guī)律進(jìn)行了研究。然而，以往研究中管幕-箱涵采用的網(wǎng)格式箱涵工具頭對(duì)于開(kāi)挖面穩(wěn)定不易精確控制，且矩形頂管由于“背土效應(yīng)”，不利于沉降控制。目前研究的熱點(diǎn)是大斷面矩形頂管施工以及管幕內(nèi)采用礦山法暗挖工藝或箱涵前方設(shè)置鋼刃角，對(duì)于開(kāi)挖面穩(wěn)定控制較難，而開(kāi)挖面穩(wěn)定則是控制地面沉降的重要措施。

本文依托田林路下穿中環(huán)線地道項(xiàng)目，采用管幕加1臺(tái)全封閉的土壓平衡箱涵掘進(jìn)機(jī)作為箱涵掘進(jìn)設(shè)備來(lái)確保開(kāi)挖面的穩(wěn)定。與以往工程采用的矩形頂管、管幕內(nèi)礦山法暗挖或網(wǎng)格式箱涵工具頭不同，本文主要研究了大斷面箱涵推進(jìn)的管幕頂進(jìn)質(zhì)量控制、開(kāi)挖面穩(wěn)定技術(shù)、同步推進(jìn)系統(tǒng)、特種泥漿施工技術(shù)以及微擾動(dòng)施工效果，以期為類(lèi)似軟土地層中采用管幕-箱涵工法大斷面箱涵微擾動(dòng)施工提供參考。

1 工程概況

田林路地下通道工程下穿中環(huán)線采用管幕-箱涵施工工藝，管幕-箱涵段下穿中環(huán)線始末里程樁號(hào)為K0+663～+749，穿越長(zhǎng)度為86 m，如圖1所示。鋼管幕斷面為口字型，由62根帶鎖口鋼管組成，上排管幕頂距離中環(huán)線路面僅6.3 m；穿越段箱涵外包尺寸為19.8 m×6.4 m。

圖1 管幕-箱涵穿越中環(huán)線平面圖

根據(jù)工程地質(zhì)詳細(xì)勘查，管幕-箱涵穿越中環(huán)段土層為③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和④淤泥質(zhì)黏土。箱涵穿越段各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

勘探地下水埋深為1.00～1.50 m。 ③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土含氧化鐵斑點(diǎn)和鐵錳質(zhì)結(jié)核，隨深度增加土質(zhì)漸軟，稍有光澤，干強(qiáng)度中等，韌性中等，流塑，高壓縮性； ④淤泥質(zhì)黏土夾極少量薄層粉砂和砂團(tuán)狀粉砂，流塑，高壓縮性。箱涵穿越段地質(zhì)剖面如圖2所示。

2 大斷面箱涵推進(jìn)概況

對(duì)于軟土地層的大斷面暗挖地道，選擇口字型管幕作用下大斷面土壓平衡箱涵掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)施工，對(duì)于地表變形控制是比較有利的。該技術(shù)對(duì)防止土體松弛、避免土體坍落和控制地表下沉有明顯效果[1-2]。

2.1 基本參數(shù)

穿越段箱涵外包尺寸為19.8 m×6.4 m，箱涵制作總長(zhǎng)度為87.6 m，在始發(fā)井內(nèi)分5節(jié)現(xiàn)澆制作，首節(jié)12.4 m，后4節(jié)均為18.8 m，制作1節(jié)推進(jìn)1節(jié)，箱涵節(jié)段間連接方式為中埋式橡膠止水帶(柔性接頭)，鋼管幕與箱涵間的空隙為： 上部為10 cm、下部為0、左右兩側(cè)各為10 cm。大斷面箱涵施工穿越中環(huán)線斷面圖如圖3所示。

2.2 箱涵掘進(jìn)機(jī)

箱涵掘進(jìn)機(jī)為土壓平衡式，斷面尺寸為19.84 m×6.42 m，具備PLC可編程序計(jì)算器。箱涵掘進(jìn)機(jī)刀盤(pán)配置共有3種規(guī)格，分別為： 3套φ6 360 mm面板式大刀盤(pán)、4套φ2 170 mm幅條式小刀盤(pán)以及4套φ1 300 mm幅條式小刀盤(pán)。大斷面箱涵掘進(jìn)機(jī)刀盤(pán)布置如圖4所示，采用錯(cuò)層分布，8套小刀盤(pán)位于3套大刀盤(pán)后方，對(duì)大刀盤(pán)切削盲區(qū)進(jìn)行補(bǔ)充切削，掘進(jìn)機(jī)整個(gè)刀盤(pán)的切削面積占挖掘總面積的92%。箱涵掘進(jìn)機(jī)出土采用螺旋機(jī)配合皮帶機(jī)的形式，主要采用4套螺旋輸送機(jī)，均勻分布，最大出土量700 m3/h，滿足掘進(jìn)機(jī)正常推進(jìn)出土要求。

圖2箱涵穿越中環(huán)線地質(zhì)剖面圖(單位： m)

Fig. 2 Geological profile of box culvert crossing Central Ring Line (unit: m)

圖3 大斷面箱涵施工穿越中環(huán)線斷面圖(單位： mm)

圖4 大斷面箱涵掘進(jìn)機(jī)刀盤(pán)布置圖

2.3 沉降監(jiān)測(cè)

大斷面箱涵推進(jìn)期間，在中環(huán)線路面布置12個(gè)斷面共計(jì)98個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，中環(huán)線主路每個(gè)斷面9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，中環(huán)線輔路每個(gè)斷面7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)來(lái)指導(dǎo)大斷面箱涵推進(jìn)微擾動(dòng)施工。大斷面箱涵穿越中環(huán)線監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置如圖5所示。

3 大斷面箱涵推進(jìn)微擾動(dòng)施工

3.1 管幕頂進(jìn)質(zhì)量控制

理論分析表明，具有一定剛度的管幕能顯著減小地表變形，增加開(kāi)挖面穩(wěn)定性[3-4]。可以說(shuō)管幕施工決定了微擾動(dòng)施工的成敗，為控制管幕施工質(zhì)量，主要從精確導(dǎo)向方面進(jìn)行管控，防止由于姿態(tài)及扭轉(zhuǎn)偏差導(dǎo)致管幕間內(nèi)鎖口無(wú)法正常鎖住。

3.1.1 管幕頂管激光導(dǎo)向系統(tǒng)

頂管糾編系統(tǒng)如圖6所示。管幕頂管激光導(dǎo)向系統(tǒng)可精確地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頂管的軸線偏差(圖中紅點(diǎn))，同時(shí)可精確地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頂管刀盤(pán)中心的軸線偏差(圖中藍(lán)點(diǎn))，對(duì)機(jī)頭糾偏具有前瞻性、數(shù)字化，能為操作人員提供準(zhǔn)確可靠的、可量化的糾偏依據(jù)，糾偏精度達(dá)到mm級(jí)，極大地方便了操作人員勤測(cè)勤糾。

圖5 大斷面箱涵穿越中環(huán)線監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置

圖6 頂管糾偏系統(tǒng)

3.1.2 高精度后配套裝置

3.1.2.1 洞口限位裝置

在始發(fā)洞口前安裝洞口限位裝置，如圖7所示，有效地避免了鋼管因連接誤差、放置誤差、千斤頂受力偏心等因素造成鋼管姿態(tài)偏差，從而保證鋼管頂進(jìn)精度。

3.1.2.2 正環(huán)形限扭裝置

在鋼管后端部采用正環(huán)形限扭裝置，如圖8所示，在該裝置面部與鋼管端部各焊接2個(gè)“限扭塊”，保證頂進(jìn)過(guò)程鋼管扭轉(zhuǎn)盡可能地小。在此裝置下部?jī)?nèi)置滑軌，卡扣在導(dǎo)軌上，加強(qiáng)管幕鋼管在頂進(jìn)過(guò)程中的抗扭轉(zhuǎn)力。

圖7 洞口限位裝置(單位： m)

圖8 正環(huán)形限扭裝置

3.2 開(kāi)挖面穩(wěn)定技術(shù)

開(kāi)挖面的土壓平衡控制是箱涵推進(jìn)過(guò)程中控制地表變形的重要措施。在加固體中掘進(jìn)時(shí)，推進(jìn)速度控制為5～10 mm/min，同時(shí)需控制大刀盤(pán)扭矩，一旦油壓升高，立即減緩?fù)七M(jìn)速度，刀盤(pán)繼續(xù)切削刀體，向刀盤(pán)前方加水或土體改良劑。掘進(jìn)機(jī)刀盤(pán)開(kāi)挖面切削率僅為92%。針對(duì)刀盤(pán)切削盲區(qū)，采取在刀盤(pán)中部增加盲區(qū)擠壓裝置、刀盤(pán)外側(cè)增加導(dǎo)流板的措施。推進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)螺旋機(jī)出渣土的情況，對(duì)開(kāi)挖面的土體適當(dāng)加以膨潤(rùn)土、分散劑為主的改良劑，改良劑用量為切削土體量的10%，與推進(jìn)速度同步增減。

箱涵掘進(jìn)機(jī)正常掘進(jìn)速度為20～30 mm/min。通過(guò)開(kāi)挖面的土壓傳感器，主要用于監(jiān)測(cè)正面土體壓力，自動(dòng)(可手動(dòng))調(diào)整頂進(jìn)速度和螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到穩(wěn)定的開(kāi)挖面土壓力，進(jìn)而維持正面水土壓力的平衡。在掘進(jìn)機(jī)的土艙內(nèi)設(shè)置14處土壓傳感器，頂部4處，中間6處，底部4處。土壓傳感器分布如圖9所示。

圖9 掘進(jìn)機(jī)土壓傳感器分布

在不考慮鋼管幕的截?cái)嘧饔眉僭O(shè)下，根據(jù)地道埋深及土體容重，正常推進(jìn)時(shí)可保持前艙土壓為輕微狀態(tài)下的欠挖，這對(duì)地下管線及中環(huán)線路面沉降控制是非常有利的。根據(jù)掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)圖紙，14個(gè)土壓力計(jì)分3排布置，上排距離掘進(jìn)機(jī)頂部1.21 m、埋深8.43 m，中排距離掘進(jìn)機(jī)頂部3.37 m、埋深10.59 m，底排距離掘進(jìn)機(jī)頂部5.20 m、埋深12.42 m。

計(jì)算參數(shù)如下： 中環(huán)線結(jié)構(gòu)層1.1 m，重度為24 kN/m3； 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土厚8.7 m，重度為18 kN/m3； 淤泥質(zhì)黏土厚7.0 m，重度為16.8 kN/m3。根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告資料，淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土c=12 kPa、φ=18°、側(cè)壓力系數(shù)K0=0.48，淤泥質(zhì)黏土c=11 kPa、φ=11.5°、側(cè)壓力系數(shù)K0=0.59。

3.2.1 靜止土壓力計(jì)算

上排：p0=K0∑γh=[1.1×24+(8.43-1.1)×18]×0.48=76 kPa；

(1)

中排：p0=K0∑γh=[1.1×24+8.7×18+(10.59-8.7-1.1)×16.8]×0.59=116 kPa;

(2)

底排：p0=K0∑γh=[1.1×24+8.7×18+(12.42-8.7-1.1)×16.8]×0.59=134 kPa。

(3)

最小土壓力值由靜止土壓力計(jì)算公式獲得，為推進(jìn)過(guò)程中前方土體開(kāi)挖面穩(wěn)定最低極限值，推進(jìn)時(shí)不得低于該值。

3.2.2 掘進(jìn)機(jī)理論設(shè)定土壓力計(jì)算

根據(jù)土壓平衡盾構(gòu)，黏性土層中，考慮地下水位位于地表，掘進(jìn)機(jī)理論設(shè)定土壓力為p設(shè)=p0+20 kPa。

上排：p設(shè)=p0+20 kPa=96 kPa;

(4)

中排：p設(shè)=p0+20 kPa=136 kPa;

(5)

底排：p設(shè)=p0+20 kPa=154 kPa。

(6)

設(shè)定參考值由土壓平衡盾構(gòu)推進(jìn)理論經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算獲得，推進(jìn)過(guò)程中土壓力應(yīng)保持在該值附近。

在推進(jìn)施工中，當(dāng)土艙內(nèi)某個(gè)區(qū)域局部出現(xiàn)土壓力下降的情況，并且下降的量較小時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整兩側(cè)螺旋機(jī)出土量，升高該螺旋機(jī)內(nèi)部的土壓力，進(jìn)而調(diào)整土艙內(nèi)的土壓力，使之再平衡；反之，當(dāng)土艙內(nèi)土體壓力過(guò)大時(shí)，增加螺旋機(jī)排土量，從而達(dá)到開(kāi)挖面穩(wěn)定[10-11]。

3.3 姿態(tài)控制技術(shù)

箱涵姿態(tài)控制通過(guò)調(diào)整左右兩側(cè)千斤頂頂力或調(diào)整箱涵掘進(jìn)機(jī)左右兩側(cè)螺旋機(jī)出土量的方法實(shí)現(xiàn)[5-9]。根據(jù)對(duì)箱涵掘進(jìn)機(jī)的姿態(tài)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行糾偏，需要向左側(cè)轉(zhuǎn)彎，可使右側(cè)油缸加長(zhǎng)，左側(cè)超挖。大斷面箱涵推進(jìn)過(guò)程中姿態(tài)糾偏的原則是勤測(cè)勤糾、微量糾偏。箱涵頂進(jìn)過(guò)程中，建立頂進(jìn)精度軸線控制報(bào)警機(jī)制，見(jiàn)表2。

表2頂進(jìn)精度軸線控制報(bào)警(高程及水平)

Table 2 Axis control alarm for jacking accuracy (elevation and level) mm

頂進(jìn)范圍警戒值(作業(yè)隊(duì))警戒值(項(xiàng)目部)允許值洞口加固區(qū)±15±20±30加固與原狀土連接區(qū)(4 m)±25±30±50原狀土±25±30±50

3.4 同步推進(jìn)系統(tǒng)

箱涵同步推進(jìn)控制系統(tǒng)以中央集中控制系統(tǒng)為中心，實(shí)現(xiàn)箱涵自動(dòng)推移同步控制。具體控制策略是采用2臺(tái)激光測(cè)距儀檢測(cè)箱涵行程作為反饋輸入，以左側(cè)激光測(cè)距儀檢測(cè)箱涵行程為基準(zhǔn)，結(jié)合專(zhuān)家PID控制算法，計(jì)算右左兩側(cè)箱涵行程差值，再根據(jù)行程差值計(jì)算比例項(xiàng)、積分項(xiàng)、微分項(xiàng)以及各項(xiàng)系數(shù)，從而計(jì)算出右側(cè)R3G泵站變頻器輸出頻率，并計(jì)算調(diào)整R2G泵站、R1G泵站、CG泵站、L1G泵站、L2G泵站變頻器輸出頻率，控制液壓缸推進(jìn)速度，實(shí)現(xiàn)箱涵同步推進(jìn)。箱涵同步推進(jìn)系統(tǒng)如圖10所示。

圖10 箱涵同步推進(jìn)系統(tǒng)

3.5 特種泥漿施工技術(shù)

3.5.1 注漿性能

注漿系統(tǒng)對(duì)于大斷面箱涵推進(jìn)的推力控制及地面沉降是至關(guān)重要的。箱涵推進(jìn)過(guò)程中，建立同步注漿(A漿)與補(bǔ)充注漿(B漿)2個(gè)獨(dú)立的注漿系統(tǒng)，采用不同的漿液配比、注漿設(shè)備及注漿控制。同步注漿(A漿)以支撐好、保水性好為主，補(bǔ)充注漿(B漿)以潤(rùn)滑減摩為主。泥漿性能見(jiàn)表3。

表3 泥漿性能對(duì)照表

3.5.2 注漿孔布置

箱涵的表面積非常大，建筑空隙上部及兩側(cè)為2 cm，實(shí)驗(yàn)室對(duì)A漿和B漿的流動(dòng)性、支撐性進(jìn)行試驗(yàn)，自機(jī)頭尾部與箱涵連接處開(kāi)始布置首個(gè)注漿斷面，孔邊距離殼尾25 mm，該斷面同步注壓A漿，并采用電動(dòng)球閥控制。其余位置縱向間隔3 m、橫向間隔2 m布置注漿孔，A漿與B漿注漿斷面間隔布置。箱涵注漿孔縱向布置見(jiàn)圖11。

圖11 箱涵注漿孔縱向布置(單位： mm)

Fig.11 Longitudinal layout of grouting holes in box culvert (unit: mm)

3.5.3 注漿控制

在管幕與箱涵之間的建筑空隙中及時(shí)同步壓注厚漿，同時(shí)壓注一定量的觸變泥漿(稀漿)，以控制箱涵推進(jìn)的地表變形。

機(jī)頭尾部與箱涵連接處布置的首個(gè)同步注漿斷面為注漿重點(diǎn)，使用4臺(tái)注漿泵將此注漿斷面21個(gè)注漿孔劃分為4個(gè)注漿子單元進(jìn)行同步注漿。采用PLC控制電動(dòng)球閥，每個(gè)孔電控注漿時(shí)間為1 min，在1.5 m頂程范圍內(nèi)，全部注滿建筑空隙。考慮管幕的止水密封性能，注漿充盈系數(shù)選為4，箱涵推進(jìn)過(guò)程中根據(jù)地面測(cè)點(diǎn)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)充盈系數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

4 微擾動(dòng)施工效果分析

矩形頂管施工過(guò)程中，以地層結(jié)構(gòu)特性為研究對(duì)象，引起地表變形的影響因素主要包括開(kāi)挖面的支護(hù)壓力、側(cè)摩阻力、超挖引起的地層損失、注漿壓力等[12-15]。本工程微擾動(dòng)施工從開(kāi)挖面土壓力、箱涵注漿效果以及地面累積沉降方面進(jìn)行分析。

4.1 開(kāi)挖面土壓力分析

第2節(jié)箱涵推進(jìn)期間，2018年8月18日上午與下午掘進(jìn)機(jī)中部土壓傳感器土壓力變化與中環(huán)線縱向中軸線路面沉降變形監(jiān)測(cè)對(duì)比見(jiàn)圖12。

圖12第2節(jié)箱涵推進(jìn)單日地面沉降變化

Fig. 12 Daily surface settlement variation when jacking 2nd ring of box culvert

由圖12可知： 2018年8月18日上午中部土壓力為0.109 MPa，工作井始發(fā)洞口地下墻外側(cè)距離刀盤(pán)切口為16.5 m，刀盤(pán)前方最大隆起為1.3 mm，隆起范圍為切口前方約15 m；8月18日下午中部土壓力為0.098 MPa，刀盤(pán)切口距離為17.5 m，刀盤(pán)前方最大隆起為0.3 mm，隆起范圍為切口前方約15 m。

根據(jù)以上監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在管幕隔離作用下掘進(jìn)機(jī)中部土壓力控制在0.10 MPa左右，可以使得刀盤(pán)前方處于微隆狀態(tài)，與未考慮管幕隔離作用下的中部土壓力理論值0.136 MPa進(jìn)行對(duì)比分析，可知由于開(kāi)挖面土體的松動(dòng)，掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖面前方約15 m范圍內(nèi)土體受到影響，路面發(fā)生下沉或隆起，約為箱體高度2.5倍范圍以內(nèi)。在箱涵以一定速度頂進(jìn)并開(kāi)挖土體過(guò)程中，頂部管幕下土體會(huì)出現(xiàn)部分卸荷狀態(tài)，這恰好就形成了作用于管幕上的附加作用力，同時(shí)這也是頂部管幕所承擔(dān)的荷載，掘進(jìn)機(jī)前方用以穩(wěn)定開(kāi)挖面的壓力相應(yīng)減小。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，管幕隔離作用下上部鋼管幕承載的荷載為0.036 MPa，則相應(yīng)的上部鋼管幕承載量約為0.036/0.136=26.5%。

4.2 箱涵注漿效果分析

箱涵推進(jìn)過(guò)程中根據(jù)地面測(cè)點(diǎn)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)注漿的充盈系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，同步注漿A漿注漿孔布置在掘進(jìn)機(jī)尾套內(nèi)側(cè)，距離刀盤(pán)切口距離5.0 m。第4節(jié)箱涵推進(jìn)期間2018年10月12日上午與下午中環(huán)線縱向中軸線路面沉降變形監(jiān)測(cè)對(duì)比見(jiàn)圖13。

圖13 第4節(jié)箱涵推進(jìn)單日地面沉降變化

由圖13可知： 2018年10月12日上午刀盤(pán)切口距離為52.6 m，機(jī)頭尾部同步注漿位置地面出現(xiàn)沉降趨勢(shì)，現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)按照同步注漿量為4倍建筑空隙進(jìn)行注漿；10月12日下午刀盤(pán)切口距離為55.7 m，機(jī)頭尾部同步注漿位置地面出現(xiàn)微隆狀態(tài)。根據(jù)以上監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，注漿充盈系數(shù)選為4倍建筑空隙，能夠使得路面出現(xiàn)微隆狀態(tài)，同時(shí)驗(yàn)證了口字型鋼管幕良好的止水密封性能。根據(jù)注漿流量匹配推進(jìn)速度確保微擾動(dòng)進(jìn)行大斷面箱涵推進(jìn)施工，注漿流量為(4V推進(jìn)) L/min。

4.3 地面累積沉降分析

大斷面箱涵推進(jìn)微擾動(dòng)施工技術(shù)的應(yīng)用效果可以通過(guò)中環(huán)線路面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累積變化量來(lái)進(jìn)行分析。圖14為5節(jié)箱涵中每節(jié)箱涵推進(jìn)完成時(shí)中環(huán)線縱向中軸線路面累積沉降值曲線。

由圖14可知： 第1節(jié)箱涵推進(jìn)待機(jī)頭出4.8 m長(zhǎng)度加固區(qū)進(jìn)入原狀土后，開(kāi)挖面土壓力未能及時(shí)建立，使得前方的D2和D3斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)較大沉降，待第1節(jié)箱涵推進(jìn)完成時(shí)刀盤(pán)切口位于13.8 m處，前方中部土壓力設(shè)置為0.12 MPa，使得前方D4和D5斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)微隆； 第2節(jié)箱涵推進(jìn)期間，將前方中部土壓力降低至0.10 MPa左右，前方D4和D5斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)回落； 第3節(jié)和第4節(jié)箱涵推進(jìn)期間，機(jī)頭尾部同步注漿量開(kāi)始逐步加大，機(jī)頭后方地面監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)隆起狀態(tài)； 第5節(jié)箱涵推進(jìn)期間，由于接收井接收掘進(jìn)機(jī)過(guò)程中出現(xiàn)少量水土流失，使得靠近接收井的D10和D11斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)沉降，同時(shí)在后續(xù)箱涵頂板補(bǔ)充注漿，使得D2～D9斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)均出現(xiàn)隆起狀態(tài)。整體來(lái)說(shuō)，5節(jié)箱涵推進(jìn)完成后最大沉降出現(xiàn)在工作井與接收井加固區(qū)前方，最大隆起出現(xiàn)在中環(huán)線外圈D4和D5斷面，中環(huán)線路面最大沉降為±1 cm，達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了大斷面箱涵推進(jìn)的微擾動(dòng)施工。

該工法總體比較合理，在工程中得到了成功的應(yīng)用。開(kāi)挖面土壓力與方法控制最終反映在開(kāi)挖面穩(wěn)定，在管幕保護(hù)作用下，掘進(jìn)機(jī)中部設(shè)置土壓力在0.10 MPa左右，可以保證開(kāi)挖面穩(wěn)定。姿態(tài)控制與注漿材料反映在箱涵注漿效果，管幕與箱涵之間留有10 cm空隙，姿態(tài)控制出現(xiàn)偏差以及掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)后方的建筑空隙需及時(shí)進(jìn)行注漿，注漿充盈系數(shù)選為4倍建筑空隙，能夠有效控制地表變形。

圖14 箱涵推進(jìn)期間中環(huán)線地面累積沉降變化圖

5 結(jié)論與討論

1)相比常規(guī)的矩形頂管以及管幕加網(wǎng)格式工具頭而言，本工程采用管幕加土壓平衡式箱涵掘進(jìn)機(jī)的組合形式，成為保證中環(huán)線路面沉降的“雙保險(xiǎn)”，控制開(kāi)挖面穩(wěn)定更加精確，有利于減少地面沉降。

2)大斷面箱涵推進(jìn)過(guò)程中，掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖面前方約15 m范圍內(nèi)土體受到影響，路面發(fā)生下沉或隆起，約為箱體高度2.5倍范圍之內(nèi)，由于鋼管幕承載上部土體的作用，掘進(jìn)機(jī)前方用以穩(wěn)定開(kāi)挖面的壓力相應(yīng)減小，上部鋼管幕承載量約為26.5%。

3)箱涵推進(jìn)過(guò)程中建立的同步注漿(A漿)與補(bǔ)充注漿(B漿)2個(gè)獨(dú)立的注漿系統(tǒng)對(duì)于控制地面沉降是可行的。注漿量與地層有關(guān)，在淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土地層中，注漿充盈系數(shù)選為4倍建筑空隙，能夠使得路面出現(xiàn)微隆狀態(tài)。根據(jù)注漿流量匹配推進(jìn)速度確保微擾動(dòng)進(jìn)行大斷面箱涵推進(jìn)施工，注漿流量為(4V推進(jìn)) L/min。

4)大斷面箱涵推進(jìn)完成后中環(huán)線路面累積沉降控制在±1 cm，實(shí)現(xiàn)了微擾動(dòng)施工，證明采用的各項(xiàng)技術(shù)措施是可行的，對(duì)于類(lèi)似軟土地層、淺覆土工況下采用管幕-箱涵工法施工大斷面下立交具有借鑒意義。

綜上所述，開(kāi)挖面穩(wěn)定控制以及箱涵注漿作為影響大斷面箱涵施工中地表變形的主要因素，其對(duì)工程施工的影響機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。