基槽自动挡板的发明探析
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摘要：文章简述了基槽自动挡板的发明过程，详细讲解了自动挡板的设计原理、组装和使用方法，介绍了基本参数的计算方法和设计参数的验算以及自动挡板的适用范围、优点。
关键词：排水管道；基槽；自动挡板；支护
中图分类号：TU62 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）09-0012-03
经多年在阿尔及利亚从事城市排水施工项目的管理与技术工作，在施工中总结滨海城市工程地质与水文地质的施工特点的基础上，创新使用了基槽自动挡板技术，并在多个项目中实施、改进完善。
自动挡板主要适用于城市排水管道安装施工；施工场地无障碍或较少时，可采用自动整体挡板。适用于松散土层及淤泥等易发生流沙、坍塌的软土地层，地下水位以下尤其适用，特别是解决了城市旧有管线复杂的难题。该工艺节省了大量人工，提高了施工效率，减少了材料损耗，从多方面降低了成本。
1 设计原理及使用方法
1.1 设计原理
针对城市管道施工的特点，要求自动挡板具有以下特点：结构简单，制造加工容易，造价低；体积不是特别大，可现场组装，满足在城市街道施工的条件，符合管道施工的快速转移的特点；支挡板组合安装方便、灵活，满足遇障碍物时调整位置；设计灵活，可根据不同施工条件制造不同型号。
综合考虑管道施工与隧道施工有其相同性与差异性，因此着重考虑了盾构机的工作原理，并结合组合模板的施工特点，设计了自动组合挡板。盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。组合钢模板适用于各种现浇钢筋混凝土工程，可事先按设计要求组拼成大型模板，整体吊装就位，也可采用散装散拆方法，施工方便，通用性强，易拼装，周转次数多。
自动挡板相较于盾构机具有以下不同点：体积小得多，动力小；断面形状为方形而不为圆形，顶面敞开，不具有封闭性；掘进与排土系统也是分开的，由地面挖掘机完成掘进。主要功能是稳定开挖面。
1.2 组装方法
自动挡板主要由整体部分、组装板、横梁、双丝杆内支撑、液压推进装置五部分组成。整体部分处于挡板下部，两侧挡板与支撑连接成整体，高度由场地主要障碍物埋深情况确定。上部用组装板拼装，便于遇障碍物时拆除、转用。整体部分与组装板连接采用插槽，便于快速拆除与安装。内支撑采用双螺旋丝杆（或液压缸）。推进装置由垫板、液压缸、液压泵组成。
根据施工场地条件，自动挡板可设计为整体式或现场组装两种模式。根据工程地质条件，当地层具有一定自稳能力时，开挖至设计深度后安装自动挡板整体部分；当地层完全不具有自稳能力时，开挖1～2m后放入整体部分，然后边挖边沉入，直至设计深度。整体部分安装完毕后，根据上部障碍物情况，将上部组装板排列安装在下部整体部分的插槽内；组装板安装完毕后，在卡槽内安装横梁、内支撑杆，根据基槽宽度调整双丝内支撑长度。最后安装伸缩液压缸，液压缸一端连接在整体部分隔板，活动端顶住已安装的管道口垫板。
1.3 使用方法
基槽开挖一定长度后安装自动挡板，清理基槽至设计要求后安装管道，第1根管道安装后，夯实回填到要求标高，用开挖机械牵引移动支挡板；当安装2～3根管道后，管道外表面与填土具有较大抗摩擦阻力时，活动端支承在已安装的管口端，管口安装专用垫板。此后随基槽开挖方向，依靠液压缸顶进挡板，跟进开挖支护基槽两侧土壁，保持短时土壁稳定，保证管道安装质量与施工安全；掘进空间满足单根管子的长度后，缩进液压缸，安装管子；然后再重复前面操作，周而复始，直至一线段结束后转移至下一施工面。如推进阻力较大、推进动力不足时，可部分拆除上部组合挡板，或在挡板与土壁接触面涂抹黄油，减小摩擦阻力。当遇到较小障碍物横穿基槽时，可拆除上部前方组合挡板，随着推进转至障碍物后方继续使用。
2 基本参数计算
2.1 挡板侧向土压力
由于管道施工速度较快，短时间内，土体总有一定自稳能力，并不是立即处于极限平衡状态或失稳状态，挡板所受土压力小于主动土压力，按郎肯主动土压理论计算，并取0.5～0.8的折减系数。
计算公式：
E=×H2×γ×ka×β
式中：
H――基槽开挖深度
γ――土天然重度
ka――郎肯主动土压力系数
β――折减系数
2.2 内支撑轴向压力
实际为超静定平衡条件，为简化计算，将支撑杆视为支座，土压力视为线性非均布荷载的简支梁，按静力平衡与弯矩等值法计算。
2.3 挡板弯矩
实际受力较为复杂，为简化计算，将支撑杆视为支座，土压力视为线性非均布荷载的简支梁。
计算公式：
M=q0×l×-q0×x3×
式中：
M――任一截面处弯矩值
q0――两支撑之间土压力最大值，取正值
l――支座之间长度
x――距支座反力较小端的距离
2.4 推进阻力
推进阻力主要来自侧向土压力对挡板产生的摩擦阻力。
计算公式：
F=2×L×E×μ
式中：
μ――挡板与土壁之间摩擦系数，通过现场实验统计，取0.1～0.2
2.5 管道接触面抗压承载力
钢筋混凝土管材强度等级达到C20以上时，管道端口能满足顶进承压要求。执行《混凝土和钢筋混凝土排水管》（GB/T11836-19999）的管材，常用的Ⅰ、Ⅱ钢筋混凝土管的抗压强度达到C20，已具有足够的强度，通常不需要进行验算，当单管长度超过4m时，可根据需要验算。