文档介绍：大型箱涵顶管法在穿堤施工中的应用研究
 
 
覃立宁 周世武 李森源
摘要：随着中国城镇化进程的不断发展，区域汇流条件及内涝洪水调蓄容积发生变化，很多城区已建泵站洪水抽排能力不能满足现代城市发展的需要，在防洪排涝泵站扩容改造工程中，对大孔径穿堤排水通道的需求越发凸显。大型箱涵顶管法穿堤方案具有大流量排泄洪水、提供稳定洞内流态、无需大面积开挖已建堤防、施工工期短、有效保障改造施工期城区防洪安全等优势。针对大型箱涵顶管法应用于穿堤建筑施工中遇到的技术问题，采取堤身加固灌浆及管棚支撑，优化顶进箱涵断面，采用合理的摩阻力控制措施及有效的堤身沉降控制措施，使大型箱涵顶管法成功应用于广西崩冲泵站扩容改造工程。
关键词：大型箱涵;顶管法;穿堤施工;沉降控制;防洪排涝工程;崩冲泵站
中图法分类号：TV67文献标志码：ADOI：.
：1006 - 0081（2021）07 - 0049 - 05
1    研究背景
目前，在水利及市政雨污排水行业中使用的顶管主要包括3 m口径以下[1-2]的中小直径钢管及混凝土管，一些小型的市政顶管使用拖拽式施工方法。然而，对于大直径、大尺度的大型箱涵顶管法穿堤建筑物少有研究。大型箱涵在中大流量洪水排涝工程的应用效果明显优于多孔中***组合管道，可使洞内流态保持相对稳定，避免在洪水排泄过程中出现明满流交替的不利流态[3]。
然而，与目前市政工程中常用的中小直径钢管、混凝土管顶进方案不同，大型箱涵顶管穿堤方案在实施过程中会遇到以下难题。
（1）为了保证建成区的防洪安全，对顶进箱涵穿越防洪堤的堤防沉降控制及防渗透控制要求较高。
（2）大型箱涵自重大、工作面大，顶进施工对堤身土体扰动大，对堤身稳定安全的保证率要求较高。
（3）顶进大型箱涵所需顶推力大，受堤防区域地形及建成区用地的限制，大多工程难以实现双向顶进，对顶推后背墙的设置提出较高要求。在顶进过程中，需要采取有效措施减小摩阻力。
（4）需要重视大顶推力下大型箱涵的受力传导平衡问题。
2 工程概况
崩冲泵站扩容改造工程是广西首个成功实施的大型箱涵顶进穿堤案例。以该工程为例，介绍了箱涵顶管穿堤过程中所遇到的技术难题及解决方案。崩冲泵站总装机容量2 000 kW， m3/s， m3/s，泵站主要建筑物等级为3级。
m× m， m，分两段同一方向渐次顶进，技术方案及实施流程如图1所示。
3 大型箱涵顶管法穿堤施工要点
加固及支护
m， m。根据堤防安全稳定评价及深土洞土体应力分析评价，原则上箱涵顶进不会对堤身结构稳定造成影响。为进一步提高堤身稳定性，防止堤身土体发生徐变、坍塌、断裂、沉降等现象，确保防洪堤及堤顶防汛抢险道路安全，在箱涵顶进实施前，采用灌浆加固土体及管棚支护措施对拟顶进箱涵的顶部土体进行加固处理。为了提高管棚承载能力，加强支撑结构的抗弯性、抗震动性及抗扰动性能，对支撑管棚进行灌浆处理，使管棚能有效支撑局部散落土体。此外，管棚还能隔离上部土体与箱涵，避免土体在箱涵顶进过程中随箱涵一起移动。顶进箱涵管棚示意见图2。
通过采用堤身加固灌浆及管棚支撑，能够保证顶推箱涵上部土体的稳定性，在不中断堤顶道路交通的前提下，避免土体坍塌。
顶進箱涵选型
大型箱涵顶进属于深土洞开挖土体应力的重分布问题[4]。目前，顶管施工中顶进阻力常用规程算法[5]如下：
[FP=πD0Lfk+NF]         （1）
式中：FP为顶进阻力;D0为管道外径;L为顶进长度;fk为管道外壁与土的单位面积平均摩阻力;NF顶管机的迎面阻力。该计算方法基于触变泥浆稳定技术，适用于四周摩阻系数一致的圆形管道顶进阻力计算。该方法难以反映土拱效应作用下，采用箱涵润滑隔离层措施后，箱涵上表面、底板及侧面等不同作用面摩阻系数的差异。摩阻系数是顶推力计算的敏感值，可以反映箱涵各个面层与土体的摩擦情况，还包含顶进作业中，箱涵“扎头”“抬头”“偏移”“倾斜”所引起的阻抗和挖土不善及调偏预挖所产生的影响。
崩冲大型箱涵顶进采用土拱效应折减顶推力计算法[6]进行箱涵最大顶推力计算，并以此为依据，进行顶推箱涵选型：
[Pmax=K[N1f1+N1+N2f2+2Ef3+RA]]   （2）
式中：Pmax为最大顶力;N1为箱涵顶上荷载;f1为箱涵顶上表面与荷重摩阻系数;N2为箱涵自重;f2为箱涵底板与基底摩阻系数;f3为侧面摩阻系数;E为箱涵两侧土压力;R为钢刃角正面阻力;A为钢刃角正