谢振桦 刘广辉
中国地质工程集团有限公司
摘要：采用小导管注浆的方式使变形、塌陷部位周围软弱土层、流沙地层固结，注浆材料Spetec H40/H100。其次，待管道周围土体交联固结，确认安全后，将变形塌陷部位管片切割，去除塌陷部位土体，恢复管位空间，同时内衬钢管片支撑保持管位空间。最后采用CIPP紫光原位固化法在原箱涵内安装一条类玻璃钢管道，以达到全结构性修复的目的。
关键词：箱涵修复 工法 非开挖
1、项目背景
由中国地质承建的江西省新余市黑臭水体整治项目中，在综合排水管网普查中发现位于竹山路的北湖支涵存在箱涵体裂缝及拱脚坍塌等结构破坏情况，箱涵内存在大量破碎石块严重影响着排水通畅，且存在重大安全隐患，随时面临箱涵坍塌风险。
经与建设单位联合水利局深度探讨，决定同时对比新建及修复方案，以确定处理方式。新建方案初定分为开挖新建和盾构法新建两种方式，因原箱涵距周边商户及建构筑物太近，且管线迁改工作量巨大，原位开挖新建法首先放弃；异位开挖新建虽然最经济，但不能解决原箱涵存在的安全隐患。原位盾构法则需要大型机械进场，且每隔50M设置一个工作井，对周边的学校、写字楼等均造成了不小的影响，且工程造价较高超出了建设单位计划投入。最终，经方案对比确定采取箱涵修复方案。
2、工艺的比选
因现场不具备开挖条件，箱涵修复工艺首先否定了开挖修复；那么适用于本箱涵修复的非开挖方法就成为工艺比选的首要工作。
依据目前市场上应用较广的箱涵结构性修复方法，最为经济快捷的方法即为紫外光原位固化法，但该工法尚未查询到有箱涵修复的应用，且该工法仅能适用于圆形管道，对于拱形箱涵应结构层不贴合不能起到结构修复的作用。但是，在过流计算中，我们发现了新的突破口：
该箱涵原始位置是一条地表河流支流，后期城市发展中将其改建为地下箱涵，而上游已经改造为北湖公园，北湖水源源头目前已封堵改道，北湖的水源纯粹为降雨，该箱涵原过流计算可重新调整参数。经重新收集资料进行汇水计算，直径为1.5M以上管径的管道即可满足过流要求，这就给本箱涵修复设计带来了新的技术思路。如果能够将箱涵改造成圆形管道，并将中间的空隙填充密实，在采用紫光固化法重新固化一根新的管道，即可完成本箱涵的结构性修复工作，根据紫光固化材料的性能，延长使用寿命至少20年以上。
最终，经多方交流，通过大量的计算工作并经专家论证，确定了采用钢制管片支撑结合紫外光原位固化法相结合的修复方案。
3、钢制管片安装
首先，为避免坍塌风险，施工顺序由各检查井向箱涵内部推进。按照施工方案应先安装钢制管片，施工人员在管片的保护下完成钢圈外圬工砌体加固和注浆作业及等，那么钢圈应满足一定的强度，保障施工作业安全。内衬钢圈主要承受土压力及地面荷载考虑，其壁厚计算参数及结果如下图所示。
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钢制管片壁厚计算公式 ：
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式中：qt ——管道总的外部压力（MPa），包括地下水压力、上覆土压力以及活荷载； Rw——水浮力系数（最小取0.67）； Hw——管顶以上地下水位高（m）； HS——管顶覆土厚度（m）；γ ——土的重度（kN/m3）；WS——活荷载（MPa），应根据现行国家标准《给水排水工程管道结构设计规范》GB 50332中的规定确定；B′ ——弹性支撑系数； ES′——管侧土综合变形模量（MPa），参照现行国家标准《给水排水工程管道结构设计规范》GB 50332选取。
计算结果为6.79mm，故选用壁厚为7mm的钢制管片施工。钢制管片采用直径DN1500mm钢圈，厚度7mm，宽度380mm，每环有3片钢片组成。施工时，先将钢片吊至检查井内，然后拼接成钢环并连接固定，钢环与钢环间进行纵向连接，钢圈与箱涵的空隙位置采用砂浆填充密实，每套一环，填充一环。施工时可由上、下游同步进行施工，施工成品如下图所示：
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4、内衬管厚度确定及施工
紫外光固化内衬管的壁厚应按下列公式计算：
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式中： t——内衬管壁厚（mm）；P——内衬管管顶地下水压力（MPa），地下水位的取法，参照国标《给水排水管道结构工程设计规范》GB 50332中的规定选取； C——椭圆度折减系数； q——原有管道的椭圆度（%），一般可取2%； DE——原有管道的平均内径（mm）； Dmin——原有管道的最小内径（mm）； Dmax——原有管道的最大内径（mm）； N——安全系数（取2.0）； EL——内衬管的长期弹性模量（MPa）宜取短期模量的50%； K——圆周支持率，推荐取值为7.0；μ——泊松比（原位固化法内衬管取0.3，PE内衬管取0.45）。
计算得壁厚为12mm，再按照材料的单位重量计算拖拽力，反推材料承受拉力值是否满足要求，进而确定卷扬机的功率，准备施工。紫外光固化法的施工在我国已经有较为成熟的经验，此文不再赘述。
5、结语
本修复工程采用加固体系结合非开挖修复工艺的结合，带有一定的偶然性，因管径损失较大并不适用于大规模的推广。但是，对于本预废弃的箱涵能够达到修复和消除安全隐患双赢的结果也算是一个成功的案例，也体现出科学的采取技术路线，审定汇算细节的重要性。对于施工中的参数选定，不能一味地按照常规思维一带而过，而是应当全面的了解参数来源，多进行实地考察分析，才能更加准确地达到技术攻关的目的，解决工程难题。