大断面

河道水道断面扩展至历年最高洪水位以上 0.5～1.0m的断面称为大断面。它是用于研究测站断面变化的情况以及在测流时不施测断面可供借用断面。大断面的面积分为水上、水下两部分。水上部分面积采用水准仪测量的方法进行；水下部分面积采用面积测量称水道断面测量。2100433B

大断面判断标准

对大断面判断的标准较多，主要以国际隧道协会和日本的判断标准为主。

国际隧道协会对大断面的判断标准如下：

日本对大断面的判断标准如下：

大断面大断面施工特点

1.由于开挖断面积的增大，施工难度也急剧增加，特别是对一般地质条件下的初期支护技术和不良地质条件下的超前支护技术，提出来很高的要求。因此， 在大断面的条件下要特别关注初期支护和超前支护的质量。

2.开挖底部转角处应力容易过度集中，要求的地基承载力也会较高。

3.松弛荷载较大，开挖宽度和开挖高度越大，则要求成拱效应的的条件越高，在埋深不够处，会产生很大的松弛荷载。

4.支护结构需要承载的力相对较小。

软土地层大断面管幕—箱涵推进工法适用范围

《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》适用粉质黏土、淤泥质黏土和黏土等地层的大断面地下通道工程，尤其对浅埋式不能明挖的大断面或超大断面地下通道施工更具优势。例如穿越铁路、高速公路、机场跑道等的大型下立交工程。

软土地层大断面管幕—箱涵推进工法工艺原理

《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》的工艺原理叙述如下：

一、钢管幕

钢管幕形成纵向具有一定刚度的管幕梁，当箱涵网格的迎面推力小于主动土压力时，地面产生沉降。在此工况下，由于上排管幕能分担部分上覆土荷载，可以减小开挖面的土压力并且抑制地表沉降；当网格箱涵的迎面推力大于被动土压力时，地表变形为隆起，在此工况下钢管幕的作用又表现为抑制地表变形。

四周密封的钢管幕切断地下水通道，使得管幕内土体自由水得不到补充，有利于开挖面稳定。

二、箱涵顶进

利用软土地层时空效应原理，箱涵网格在挤土推进时能在开挖面前端形成土拱，充分发挥土体的抗剪强度，减小了网格处土压力。土压力通过网格与土体接触面的摩擦力平衡。

网格内不挖土的挤土推进工艺使地面隆起。网格内适当挖土又使得地表发生沉降，通过不同的推进工艺和挖土量可动态调节地表变形，使其在容许的范围波动。

软土地层大断面管幕—箱涵推进工法施工工艺

• 工艺流程

《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》的箱涵顶进总体施工流程见图1，钢管幕施工流程见图2，箱涵顶进施工流程见图3。

• 操作要点

《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》的操作要点如下：

一、钢管幕顶进施工要点

1.钢管幕顶进高精度方向控制（图4）。

必须采取有效的措施保证钢管幕顶进精度，否则影响钢管之间的闭合、严重时会阻碍箱涵推进施工，为此应注意以下要点。

1）激光反射诱导装置：在掘进机内配备了反射形方向诱导装置（RSG），利用激光发射点把顶管机本体偏移量、应纠偏量和纠偏量等分别显示在操作盘的电视屏上，便于纠偏和控制。

2）掘进机内倾斜仪传感器示踪：通过机内的倾斜仪传感器，实时掌握掘进机的倾角和旋转角度，以便及时纠偏和纠正偏转角度。

3）激光导向：由工作坑内的激光经纬仪的激光点射向机头测量中心靶上，通过机内摄像头把光点偏移量摄录，并在地面TV显示屏上显示。以指导纠偏操作。

4）辅助纠偏导向装置：对钢管幕顶进，由于后续钢管幕是焊接而成，仅依靠机头纠偏导向，并不能较好地引导整体钢管幕的顺利直行。为此，在机头后面紧跟三节过渡钢管。管节之间采用F形管的接头形式，并安装楔形橡胶止水带。在接头处还设置拉杆装置和防偏转装置，使得钢管幕既满足轴线控制要求，又不致产生旋转而使锁口不能正确相接。

5）纠正偏转角度：当掘进机显示出偏转角度以后，可以通过变换刀盘旋转方向和在机头内单侧设置配重的方法纠正。

2.钢管幕进、出洞口措施

土体加固：对工作井进、出洞段的软土进行加固，可采用注浆加固或者水泥搅拌桩，加固后的土体强度在0.8～1.0MPa左右。

3.钢管锁口密封止水措施

钢管幕顶进前，在机头和钢管二侧加设注浆孔。钢管幕顶进过程中，通过注浆孔向锁口部位和管道外壁压注触变泥浆，一是减少锁口对土体的扰动，二是减少钢管幕的推进阻力和地表变形。钢管幕顶进后。要及时利用注浆孔对触变泥浆进行固化处理。固化材料选用纯水泥浆。减少地面沉降。固化过程中应按顺序进行，还应严格控制水泥浆的注浆压力和注浆量。

4.钢管幕顶进顺序

为了减小钢管幕施工次序对地表沉降及管幕变形的影响，采取先顶进底排管幕再顶进上排管幕的施工工艺。

5.钢管幕形成后，应在管幕内全部压注低强度等级混凝土。压注前应在管幕尾端设置排气孔并在管幕内的上部预置注浆管，以便对管幕上部的空隙进一步压注水泥砂浆，使管幕内的空隙充满固体。

二、箱涵顶进施工要点（图5）

1.箱涵进、出洞技术

1）进出洞口土体加固：为保证箱涵出洞过程。土体稳定性，必须对工作井外侧土体进行加固根据稳定性计算结果确定加固范围。

2）洞口管幕梁制作：在推进面上的支撑拆除前，应把全部钢管幕与上部混凝土支撑连成一体，形成钢筋混凝土管幕梁，应对管幕梁的横向跨度进行验算，必要时设置中间支撑点。

3）洞口止水装置：密封止水装置设在管幕梁上。应充分考虑箱涵外轮廓特点，设置双道止水，以保证洞口止水效果。

4）网格工具头安装：网格工具头的开口率及入土深度根据维持开挖面稳定性要求确定。网格由纵横梁形成空间井字结构，前端设置切口，由型钢和钢板焊接而成，现场拼装。

5）地下连续墙拆除：采用分层分块爆破拆除和人工风镐拆除相结合的方法，缩短拆墙时间，提高拆墙安全性。

6）箱涵进洞前，应对网格工具头及后续箱涵外侧的泥浆进行固化处理，防止泥浆窜流到开挖面。

2.特种复合泥浆压注工艺

1）注浆管路

在箱涵沿纵向每隔约6米设置一注浆断面，沿横向在对应管幕锁口之间设置注浆孔，注浆断面通过支管与注浆总管相连，注浆支管埋在箱涵结构内，以防过往的运土车压坏。

2）注浆施工

注浆材料应选择触变性能良好，黏度高，不易流动的材料。注浆施工应定点、定量、定压力进行。注浆压力应能支托上排管幕和土体重量。

3.推进油缸布置

推进油缸的数量由推进阻力计算后，布置在箱涵底板处。为便于纠偏和控制，油缸沿箱涵中心线分组对称布置。

4.箱涵的姿态控制

1）箱涵水平姿态控制

推进平台上设置导向墩使得箱涵基本保持直线推进；通过同步推进系统控制箱涵的水平姿态，根据行程仪传感器的显示数据，通过计算机自动调整各组油泵的流量，使其满足实时调整不同油缸的顶进速度，实现平面姿态同步推进。

2）箱涵高程姿态控制

通过改变注浆量和开挖面不同的挖土工况调节高程姿态。一般适量挖除底排网格内土体，可使箱涵切口下倾，不挖土的挤土推进可使网格上抬。

5.维持开挖面稳定性措施

开挖面稳定性由经过专门设计的网格工具头保证。箱涵预制期间，网格采用封门板封住，增加稳定性，减小地面沉降。

6.箱涵顶进引起的地表变形

1）控制箱涵和管幕之间的建筑空隙是减少地表变形的重要措施，此间隙宜适当减小。

2）利用网格挤土工艺使地面变形得到有效控制，调节和控制挤土速度和挖土量，取得合适的施工参数。

3）加强泥浆压注，通过泥浆压力支撑上部土体。

7.泥浆固化工艺

当箱涵推进结束后，注入纯水泥浆，在箱涵周围形成水泥浆套承担上部荷载。

8.施工监测

箱涵推进施工中，需对地表变形、箱涵应力、箱涵姿态实时监测。在箱涵预制期间，每天监测一次，推进期间，每推进50厘米监测一次。

近年来我国高速铁路及公路工程中修建了大量大断面黄土隧道，揭示大断面黄土隧道变形特征及初支与围岩作用机理，从而采取合理的支护措施和施工方法是目前极需解决的问题。项目以多座铁路及公路大断面黄土隧道为依托，采用理论分析、数值模拟、离心试验等综合方法，开展了大断面黄土隧道施工时空效应分析及支护结构作用机理研究，主要研究内容如下：（1）大断面黄土隧道变形特性；（2）大断面黄土隧道施工过程时空效应分析；（3）大断面黄土隧道系统锚杆作用机理及效果研究；（4）大断面黄土隧道格栅钢架作用机理及适应性研究。 项目收集了大量大断面黄土隧道变形数据，明确了其变形规律，建立大断面黄土隧道施工过程数值模拟计算模型，结合现场监测变形数据，分析了施工过程时空效应。建立了大断面黄土隧道锚杆作用数值计算模型和离心试验模型，阐明了锚杆作用机理，通过大断面黄土隧道有、无系统锚杆现场试验，明确提出大断面黄土隧道应取消系统锚杆。建立了黄土隧道围岩特征曲线和支护特征曲线力学计算模型，分析了格栅拱架 喷射混凝土、型钢拱架 喷射混凝土与围岩作用机理，通过现场对比试验，分析了格栅拱架适应性，提出大断面黄土隧道应采用格栅拱架支护，建立了大断面黄土隧道施工及变形控制体系。研究成果在郑西高速铁路，宝兰客专、武西高速等工程了开展了试验应用，为我国大断面黄土隧道顺利修建提供了重要理论基础和工程借鉴。 项目发表论文7篇，其中EI论文6篇，申请发明专利3项；培养博士生2名，硕士生4名，参加国际学术会议3次，国内学术会议3次；研究成果获得省部级二等奖1次，国家科技进步二等奖1次。 2100433B