頂管隧道的發(fā)展與施工技術(shù)

李永永

（山西呂梁建設(shè)有限公司，山西 呂梁 033000）

頂管隧道的發(fā)展與施工技術(shù)

李永永

（山西呂梁建設(shè)有限公司，山西 呂梁 033000）

頂管隧道是公路與鐵路構(gòu)成立體交叉的一種特殊構(gòu)造物，特別是公路與鐵路立交經(jīng)常采用，文章介紹了頂管隧道的發(fā)展史及頂進(jìn)涵洞常用的施工方法、工作坑和滑板作用及制作技術(shù)。

隧道頂管；發(fā)展；施工技術(shù)；滑板

1 概述

頂管隧道是公路與鐵路構(gòu)成立體交叉的一種特殊構(gòu)造物，是在不中斷原有鐵路交通的情況下，確保鐵路交通能照常安全運(yùn)營(yíng)；不影響或較小的影響列車車速的一種構(gòu)筑立體交叉的方式，是把在路線一側(cè)基坑內(nèi)預(yù)制好的鋼筋混凝土箱涵，用頂進(jìn)的施工方法穿越鐵路的過水涵洞、水渠以及礦山排洪溝等。

在原有鐵路線下用頂進(jìn)法建造箱涵式地道橋的施工方法，是在20世紀(jì)60年代前后發(fā)展起來的。最早的頂進(jìn)涵洞是德國(guó)于1957年初在奧芬堡市的鐵路線下，頂進(jìn)寬2.5 m、高2.4 m的盒式鋼筋混框架人行通道。后來又在德國(guó)的阿伊梅洛臺(tái)茵車站下，用頂進(jìn)箱涵的方式建造寬度達(dá)15.25 m，高度為4.5 m的地下通道。采用先頂入兩頭的橋臺(tái)，然后在橋臺(tái)之間的上方和線路下面，頂進(jìn)頂板結(jié)構(gòu)，構(gòu)筑成框架橋式地下通道。

英國(guó)于1960年采用激光方式制導(dǎo)推進(jìn)方向并開發(fā)了機(jī)械挖掘方式建造地下隧道。1976年日本國(guó)鐵等單位開發(fā)的URT（Under Railway Tunnelling）是一種采用鋼管護(hù)頂作為永久結(jié)構(gòu)對(duì)待，使得地道橋上方的覆蓋土為最小厚度，所使用的鋼管斷面是梯形或橢圓形的剛度較大的中空箱型單體。從路線的垂直方向水平壓入路基下面，作為橫梁支承線路荷載，而橫梁線路上的荷載則支撐在與線路平行的主梁上。1977年有開發(fā)了PCR工法（Prestressed Concrete Roof），即預(yù)應(yīng)力混凝土頂蓋工法的簡(jiǎn)稱。用預(yù)應(yīng)力混凝土中空方型斷面梁，沿橫斷線路方向水平地逐根壓入鐵路路基下面，以承受線路上的荷載。

我國(guó)最早采用頂進(jìn)法施工的立交箱涵地道橋，是天津市政工程部門，他們于1966年用頂進(jìn)法先頂進(jìn)3座箱型橋墩，然后在3座橋墩的上方水平頂進(jìn)兩塊橋面板（板的上方覆蓋土為1.0m），再挖去板面下墩與墩之間的土體，最后澆注底板，組成框架式地道橋。該地道橋穿過8股鐵路線，總長(zhǎng)近60 m，橫斷面的內(nèi)部?jī)艨諡椋簩挘?+5.5+5.5+2）m，高 4.05 m（邊孔）和 4.2 m（中空），后來又相繼完成了其他幾座地道橋。20世紀(jì)70年代后開始廣泛應(yīng)用，尤其在華北、西北和一部分中原地區(qū)，設(shè)計(jì)并施工了不少箱涵，箱涵的斷面形式也由單孔、雙孔及三孔的一次頂進(jìn)，發(fā)展到用組合成分離式雙孔、三孔等不同形式。還改良了頂進(jìn)設(shè)備和工藝，較少設(shè)備的功率，達(dá)到節(jié)省投資的目的，由單一的“頂”演變到對(duì)頂、拉頂、牽引等多種方式，在采用中繼千斤頂設(shè)施后大幅度地降低了傳到后背上的反頂力，把頂力減少到相當(dāng)?shù)偷某潭取?/p>

2 頂進(jìn)箱涵的施工

2.1 工作坑

工作坑是頂進(jìn)工程水位基地，箱涵的預(yù)制、養(yǎng)護(hù)和頂進(jìn)的開始等工序，都是在工作坑內(nèi)完成的，必須安置好這個(gè)基地，才能保證箱涵的安全頂進(jìn)和正確就位。

雖然工作坑是僅供施工階段使用的臨時(shí)性建筑物，在箱涵頂進(jìn)工程結(jié)束后就失去作用，但是對(duì)工作坑的重要職能決不可輕視，因?yàn)樗鼪Q定了施工期間工程的安全性及可靠性。

工作坑的位置，通常選擇在既不妨礙公路交通，又便利頂進(jìn)工程材料、設(shè)備的運(yùn)入以及土方外運(yùn)的地方。工作坑可能用放坡開挖，其邊坡應(yīng)在1∶1～1∶1.5之間，并且要保證其上角與鐵路最外側(cè)的一根軌道距離不小于2.5 m，也可以借板樁維護(hù)坑壁進(jìn)行開挖。坑內(nèi)四周要設(shè)置排水明溝和集水渠，坑內(nèi)放入潛水泵等抽水設(shè)備，以便及時(shí)排除工作坑的積水，使地下水位保持在坑底以下50～100 cm。

2.2 滑板

滑板的用途主要是在箱涵預(yù)制時(shí)作為施工墊層，在箱涵頂進(jìn)起動(dòng)時(shí)作為與基底層的隔離層，確保箱涵結(jié)構(gòu)在混凝土澆筑過程中不產(chǎn)生不均勻的沉降，防止箱涵起動(dòng)時(shí)基墊底面下的土體滑動(dòng)，以及起導(dǎo)向作用等。

滑板式頂進(jìn)施工的臨時(shí)設(shè)備，除應(yīng)具有一定的強(qiáng)度外，還要有相當(dāng)好的平整度，在有潤(rùn)滑劑的隔離層作用下，使箱涵十分容易起動(dòng)，能脫離滑板的黏著向前推移。平整度、光潔度越好，推進(jìn)的頂力越能大幅度地減少，因此滑板必須滿足以下要求：①有足夠的剛度和穩(wěn)定性；②表面要達(dá)到一定的平整度；③底部要按構(gòu)造要求，設(shè)置一定數(shù)量的橫肋，其方向與箱涵前進(jìn)方向相垂直，間距為3～4 m，以便增加滑板底部的抗滑能力；④對(duì)平坡頂進(jìn)的箱涵，滑板面應(yīng)按0.3%～0.5%的上坡設(shè)置坡道，以便消除在頂進(jìn)過程中的一部分“下叩”值；⑤為防止箱涵左右偏移，可在箱涵的外側(cè)5～10 cm處等距離設(shè)置方向墩，以便控制箱涵的平面偏移。

3 滑板的形式及分類

根據(jù)頂進(jìn)的實(shí)際需要和施工現(xiàn)場(chǎng)的取材難易程度，盡量做到經(jīng)濟(jì)、牢靠。其結(jié)構(gòu)形式通常有以下兩種：

3.1 滑板與后背梁分離式

這種滑板的受力特點(diǎn)是靠近后背梁一端受力最小，而沿著頂進(jìn)方向在箱涵尾部滑板承受的拉力逐漸增大，從工程實(shí)際來看，在起動(dòng)頂進(jìn)時(shí)，滑板的斷面位置一般出現(xiàn)在箱涵尾部附近。

3.2 滑板與后背梁為整體式

這種滑板承受的拉力沿頂進(jìn)方向逐漸減少，斷裂可能出現(xiàn)在滑板和后背梁連接處。為了保障滑板和后背梁的整體性，應(yīng)該把滑板中的鋼筋伸到后背梁中并加以錨固。

3.2.1 混凝土滑板

用15～20號(hào)混凝土澆注成20～25 cm厚的滑板，在混凝土底部鋪設(shè)10～15 cm厚的道渣或碎石即可。在地基強(qiáng)度中等的地區(qū)，一般可采用這種滑板。

3.2.2 鋼筋混凝土滑板

涵洞頂進(jìn)工程處于地質(zhì)條件差、承載強(qiáng)度低的軟土地基時(shí)，應(yīng)用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)滑板，有兩種形式：

（1）滑板與后背梁為分離式結(jié)構(gòu)時(shí)，滑板頂面可以布置構(gòu)造鋼筋，鋼筋規(guī)格為φ8～φ10 mm，間距（縱橫）可取20 cm左右。

（2）滑板和后背梁為整體式結(jié)構(gòu)時(shí)，在整個(gè)滑板長(zhǎng)度上的鋼筋布置可分成2～3個(gè)區(qū)段，靠近后背梁的一個(gè)區(qū)段，鋼筋用量按實(shí)際計(jì)算數(shù)量放置中間區(qū)段，鋼筋用量可減少1/3，到第三個(gè)區(qū)段，可再減少1/3，但減少的數(shù)量不得少于構(gòu)造配筋量。鋼筋直徑不宜大于16 mm，盡量選用φ10 mm左右的鋼筋，間距以20 cm，左右為宜。

3.2.3 干砌塊石滑板

對(duì)易于取得石塊的地區(qū)，可采用干砌塊石滑板，砌筑完畢后，上面鋪一層10 cm厚的素混凝土，并壓平抹光。

3.2.4 白灰土、三合土滑板

在北方土質(zhì)較好、干燥，又不受地下水影響的地區(qū)，為了節(jié)省投資，先用白灰土夯實(shí)，上面再鋪設(shè)厚度2～5 cm的粗砂，即筑成白灰土滑板。還有采用石灰、黏土、煤渣等配制的三合土，經(jīng)夯實(shí)、整平后即筑成三合土滑板。

3.2.5 利用舊鋼軌鋪設(shè)的滑板

在工作坑內(nèi)，經(jīng)強(qiáng)夯壓實(shí)、整平、鋪設(shè)20～25 cm碎石道渣后，鋪設(shè)舊枕木（間距取50 cm），沿著滑板縱向按25 cm間距鋪設(shè)舊鋼軌，軌間間隙充填石灰。煤渣或三合土并夯實(shí)，按軌頂標(biāo)高抹平，上面涂刷石蠟、機(jī)油作為潤(rùn)滑隔離層，即筑成滑板。

設(shè)置潤(rùn)滑隔離層的目的是在于減少摩阻力。潤(rùn)滑隔離層有潤(rùn)滑劑和隔離層兩部分組成。通常使用的潤(rùn)滑劑有黃油、機(jī)油、石蠟和滑石粉等。雖然石蠟效果較好，但價(jià)格較貴，且在施工時(shí)受氣溫影響較大，當(dāng)前用的較多的是機(jī)油和石蠟以1∶3的比例調(diào)制而成的潤(rùn)滑劑，使用時(shí)操作也較簡(jiǎn)單方便。隔離層的材料有塑料薄膜和油氈紙等，前者應(yīng)用比較方便，只需要一層塑料薄膜覆蓋在涂過潤(rùn)滑劑的滑板上面即可。

Top Pipe Tunnel's Development and Construction Technique

Li Yongyong

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U455.7

A

1000-8136(2011)05-0008-02

李永永，男，1981年4月4日出生，山西離石人，2005年7月畢業(yè)于中央廣播電視大學(xué)公路與橋梁專業(yè)，助理工程師。