白晋明

（山西吕梁建设有限公司，山西 吕梁 033000）

1 受力分析

箱涵顶进从起动到全部入土，其受力状况可分为3个阶段：

（1）箱涵全部在滑板上时，滑板的浇筑坡度决定了箱涵本身的坡度，该阶段箱涵受力状况简单，无需进行受力分析。

（2）当箱涵前端脱离滑板顶入土中，其中重心超出滑板前端时，受力状态和前一阶段相比有较大的差异。见图1、图2，此时滑板前端 O 为力矩中心，p，q，r，e，f，g，n，s，t，h 为相应各力对 O点的力臂，底板摩阻力F下对O点力臂为零。

图1

图2

图中：P：顶力；

Q：结构自重（过重心）；

R：为线路（包括加固设备）重及行车活载；

E：边墙摩阻力（合力）；

F上：顶板摩阻力；

G：刃角正面阻力；

N：刃角竖直分力；

S：船头坡水平分力；

T：船头坡竖直分力；

H：地基反力。

顶进箱涵由刚性滑板跌入柔性地层时，与地层接触处底板受到弹性地基反力集度最大，后面逐渐变小，因而地基的压缩沉陷值前端大，后面逐渐减小，使箱涵产生前端下叩现象。箱涵受到两种力矩的共同作用，即：下叩力矩为Mk=P·p+Q·q+R·r

抬头力矩为：Mk=F上·f++E·e+G·g+N·n+S·s+T·t+H·h

若Mk＞Mt则产生箱涵的下叩现象，如Mk＞Mt则箱涵有抬头现象。

随着箱涵的继续顶进q，r值逐渐增大，叩头力矩也相应增加，若抬头力矩不足以抵消叩头力矩的增加时，则箱涵结构的叩头状态将继续保持，并有更恶化的趋势。

（3）箱涵尾端脱离滑板、完全进入土中时，此时O点已移至箱涵底板后端点处，Mk和Mt的基本因素没有变化，如果地基土质不是极差、挖土方式也没有失误的情况下，该阶段的变化不会十分显著。

2 引起箱涵高程变化的主要因素

有经验可知，在箱涵的顶推过程中，只要土质均匀、顶进设备安放对称，在顶进过程中及时测量和注意纠偏，平面偏移是可以控制的。箱涵的高程变化却难以控制，特别是长度较大的箱涵，一旦出现较大的高差偏移，想纠正也是很困难的。影响箱涵顶进高程变化的主要因素有：

（1）箱涵的自身形状：长细型和短宽型两种不同的箱涵在入土时（特别是在软土地基中）会有不同的反应。长细型的纵向稳定性较好，不容易发生高程变化，如果一旦形成偏差，想纠正也极其困难，甚至根本无法纠正；反之，短宽型箱涵的稳定性较差，但灵敏度相对较高，所以在纠偏时容易受到明显的效果。

（2）箱涵顶部有无覆盖土：有无覆盖土决定了有无箱涵顶板摩阻力。覆土大时不仅顶板摩阻力增加，而且箱涵侧面摩阻力也随之增大，往往使箱涵在顶进过程中发生抬头现象，在质地坚硬的地基中要警惕箱涵的“上窜”现象；无覆盖土的箱涵没有这种现象。

（3）箱涵基底的土质条件：土质因素对箱涵高程变化的影响极为显著。在质地坚硬的地基中，箱涵重心超过滑板前端时，不宜发生叩头现象；反之在质地松软的地基中，箱涵重心超出滑板前端进入软土时，需要注意这种变化，尤其在地下水丰富时，更应加倍注意。对叩头值应有充分的估计，必要时应事先给予“预抬值”。

（4）箱涵前端的刃角构造形式：通常有两种刃角的构造形式，一种是箱涵自身的刃角，即与箱涵浇注一体的混凝土形式；另一种是在箱涵前端的钢制附加形式。前者的刃角体积大，使整个结构的重心前移，产生前叩作用，较短较宽的箱涵不宜采用，在软土地基中也不宜采用，而且这种刃角在顶进完毕后处理也较费事。钢刃角重量较轻，无叩头因素产生，但在加工上费时间，且刚度不可太柔。

（5）开挖面的开挖形式：箱涵顶进时的挖土方式、部位、超挖欠挖等都要事先充分研究。在基地坚硬、水分稀少的地基上，无纠偏要求的箱涵，可适当扩大开挖范围；有纠偏要求基底，箱涵底板前方的土体保留和带土顶进（即欠挖），会使箱涵下叩。

3 防止与纠正偏移水位措施

箱涵顶进与隧道盾构推进不同。盾构千斤顶环绕盾构四周布置，其作用力与开挖面的距离较近，可以凭借调节不同位置千斤顶作用力，使盾构按纠偏要求运移。箱涵顶进千斤顶全部以同一高度排在滑板上，作用点仅限于箱涵的底板部位，特别是长箱涵入土以后，千斤顶远远离开箱涵，借助长顶柱使作用力施加在箱涵底部，千斤顶仅仅是推动的动力，不具有纠偏的作用。因此，箱涵顶进方式的高程偏差是无法通过千斤顶纠偏的，即在箱涵顶进过程中的高差偏移对策应该是“以预防为主，以治理为辅”。常用的整治措施有：

（1）在结构底板前端设置“船头坡”，船头坡的设置可以和强迫顶进相结合，以达到纠正下叩的效果。这种措施对密实性地基效果较好，对软土地基的效果较差。

（2）滑板预留仰坡：这种措施是针对软土地基中的箱涵顶进，对下叩趋势作出必然性判断后采取的。仰坡值的预留量目前尚无计算方法，只能凭经验作出判断。为此，要对地质情况有确切的了解，即要充分掌握土的物理力学指标。

（3）压送短柱，密实地基：在顶进过程中如发现地基软弱的，可以通过预留在箱涵前面底板上的方孔，压入短桩，提高地基土的承载力。