管幕工藝在頂進(jìn)框構(gòu)橋糾偏中的應(yīng)用

摘要：文章結(jié)合工程實(shí)際情況及地質(zhì)情況，介紹了在既有線下頂進(jìn)框構(gòu)橋施工出現(xiàn)扎頭的處理方案。

關(guān)鍵詞：管幕；框構(gòu)橋頂進(jìn)；糾偏

框構(gòu)橋又稱地道橋，早期主要應(yīng)用于城鎮(zhèn)市政道路與既有鐵路線的交叉通過，多采用頂進(jìn)法施工，不需中斷鐵路正常行車，減少了鐵路停運(yùn)損失。近年來，頂進(jìn)框構(gòu)橋在平交道口平改立、高速公路及市政工程下穿既有鐵路工程中得到了越來越多的應(yīng)用，橋體扎頭及偏位一直是施工中經(jīng)常遇到的難題，尤其是在地基承載力較差的軟土和高地下水位地區(qū)，本文即主要介紹管幕工藝在頂進(jìn)框構(gòu)橋糾偏中的具體應(yīng)用情況。

一、工程概況

G307渤海新區(qū)黃驊市繞城工程下穿黃萬鐵路框構(gòu)橋位于黃萬鐵路K3+766.33處，為307國道黃驊市繞城公路下穿黃萬鐵路而設(shè)，結(jié)構(gòu)物與鐵路斜交40y，正交跨度為2-16m，橋位處黃萬鐵路路基填土高度約4.5m。

框構(gòu)橋所處地區(qū)除既有公路及鐵路路基處分布有第四系全新統(tǒng)人工堆積層外，在勘探深度范圍內(nèi)地層為第四系全新統(tǒng)沖洪積層?？蚣軜虺至诱梦挥谟倌噘|(zhì)軟土層上，為飽和含水狀態(tài)、軟塑性質(zhì)。

2011年6月14日框構(gòu)橋開始空頂，6月15號頂進(jìn)過程中橋體出現(xiàn)整體向左偏移，隨著頂進(jìn)偏移的數(shù)據(jù)逐漸加大，目前橋體前端扎頭且橋體向銳角方向平移，如表1所示。

為調(diào)整扎頭和平移問題，首先嘗試在銳角側(cè)打設(shè)鋼板樁并進(jìn)行了地基加固處理，但糾偏效果不理想，如繼續(xù)頂進(jìn)會造成銳角側(cè)土體繼續(xù)移動并造成左側(cè)距離約10米的通道涵的變形破壞，引起鐵路路基變形，影響列車行車安全。到2011年6月19日，橋體頂進(jìn)16.8米，鈍角側(cè)吃土5米、銳角側(cè)已到路基下口，因偏差嚴(yán)重，被迫停止頂進(jìn)。

經(jīng)過對靜止橋體平面高程的連續(xù)觀測，橋體的沉降仍在繼續(xù)，如長期靜止不能推進(jìn)就位，會對鐵路路基造成偏壓影響，同樣橋體整體長時(shí)間沉降過大也會影響路基穩(wěn)定和行車安全。另外，因黃驊地區(qū)地下水位高，施工降水不能停止，持續(xù)抽排地下水亦會導(dǎo)致路基下沉，對路基穩(wěn)定造成影響，因此必須盡快形成切實(shí)可行的糾偏方案，在確保路基穩(wěn)定和鐵路行車安全的前提下及時(shí)連續(xù)施工，縮短頂進(jìn)時(shí)間，以確保鐵路運(yùn)營安全。

二、原因分析及解決方案

（一）原因分析

現(xiàn)場進(jìn)一步開挖后發(fā)現(xiàn)，在框構(gòu)橋底板下有一層飽和水滯水層，滯水層下為黑色淤泥，此地質(zhì)條件遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)時(shí)地質(zhì)條件，承載力低，在對路基進(jìn)行全面注漿后，注漿效果不明顯。在頂進(jìn)過程中前端脫離滑板進(jìn)入飽和水滯水層時(shí)出現(xiàn)扎頭現(xiàn)象?；逡韵碌刭|(zhì)如圖1所示。

（二）解決方案

1.概述

采取從鐵路的另外一側(cè)水平打入一排長度為46-48m直徑為600mm的鋼管，底板底下插入的長度為3m。鋼管的打入方向與橋體的頂進(jìn)方向一致，使鐵路路基下形成由鋼管鋪設(shè)的管幕，增強(qiáng)地基受壓面積形成一個筏型基礎(chǔ)，兼具導(dǎo)軌效能。如圖2所示。待橋體頂上鋼管后再通過頂鎬來調(diào)整橋體的偏移，同時(shí)在橋體底板前端采用高壓旋噴樁機(jī)打樁，加固橋體前端部分路基，利于橋體平穩(wěn)上鋼管和減少鋼管前端下沉量，如圖3所示。

2.施工工藝（拉管與頂管相結(jié)合）

采用拉管機(jī)鉆孔成孔、頂管頂進(jìn)就位的施工方法。

（1）拉管機(jī)成孔

為了保證頂進(jìn)后鋼管位置的精度，首先采用拉管機(jī)鉆孔，此方法可以使用導(dǎo)向儀較好的保證鋼管位置，成孔的長度約30米，頂管過程中鋼管順著成孔的方向頂進(jìn)，剩余的10米在頂進(jìn)中方向就不會偏差太多。即采用鉆桿從地面鉆入地下，鉆機(jī)安裝導(dǎo)向儀，用來跟蹤定位鉆頭的位置，可以控制每根鉆桿的斜度、旋轉(zhuǎn)方位、深度等使其能夠按照測量好的方向準(zhǔn)確地到達(dá)指定位置，然后卸下鉆頭換裝適當(dāng)尺寸的回程擴(kuò)大器，使之能夠在拉回鉆桿的同時(shí)將鉆孔擴(kuò)大到所需直徑，然后通過千斤頂將鋼管按照已經(jīng)鉆好的孔頂進(jìn)就位。在整個過程中，鉆頭處噴射出鉆孔混合液用以潤滑鉆頭、鉆桿和加固鉆道的作用。

平面控制放線：工作坑開挖結(jié)束之后，為了保證鉆孔方向、位置的準(zhǔn)確性、控制線的傳遞采用經(jīng)緯儀進(jìn)行引測。

鉆液的配置：鉆液具有冷卻鉆頭、潤滑鉆具以及可以懸浮和攜帶鉆屑，使混合后的鉆屑成為流動的泥漿順利排出孔外，并能起到護(hù)壁的作用。

導(dǎo)向鉆進(jìn)：先后測量地面到鉆機(jī)架的前端和后端的高度，從而計(jì)算出鉆機(jī)鉆孔的入鉆角度，角度越小就越容易過渡到孔中線的水平位置。如果過渡段太短，鉆桿會超過其彎曲極限而發(fā)生破壞。鉆機(jī)安裝完畢之后，開始鉆進(jìn)。鉆進(jìn)過程中通過在導(dǎo)向鉆頭中安裝的發(fā)射器發(fā)出信號，判斷導(dǎo)向頭位置與鉆進(jìn)路線的偏差，隨時(shí)調(diào)整。為了避免成孔之后頂進(jìn)鋼管過程中鋼管下沉的現(xiàn)象，導(dǎo)向鉆進(jìn)的鉆進(jìn)點(diǎn)的選擇略高于設(shè)計(jì)管中線的位置。

擴(kuò)孔：由于管線的距離較長，泥漿作用特別重要，孔中缺少泥漿，鉆桿及鋼管與孔壁的摩擦力增大。鉆頭鉆到對面的工作坑之后，換取合適的回程擴(kuò)大器使之在回拉的過程中擴(kuò)大孔徑，如此往復(fù)循環(huán)直至達(dá)到設(shè)計(jì)的孔徑。

在頂管之前，首先在距橋體邊墻2米的位置鉆孔，在鉆好的孔中穿孔徑為100mm的PE管，管的高度位于滯水層位置，并在管上鉆孔管子就位之后進(jìn)行壓漿，來阻止橋體外側(cè)滯水層中的水流入。

（2）鋼管頂進(jìn)

第一，首先在橋體底板前端2米范圍內(nèi)打旋噴樁。旋噴樁樁徑為0.6米，采用梅花形布置，間距0.8米，深度為底板以下10米，樁頭的高程根據(jù)橋體的底板確定。

第二，頂進(jìn)鋼管的后背采用打鋼板樁的形式，后背梁先澆筑6.0m×0.8m×1.0m的C25混凝土之后加上鋼橫梁。導(dǎo)軌采用工字鋼，為了防止在頂進(jìn)鋼管過程中導(dǎo)軌跟隨一同前進(jìn)，采取導(dǎo)軌與枕木連接，枕木起到錨梁的作用，同時(shí)使導(dǎo)軌與后背鋼橫梁焊接。

第三，基坑導(dǎo)軌準(zhǔn)備結(jié)束一邊鉆孔一邊采用千斤頂頂進(jìn)。鋼管進(jìn)場，放置在長為12米的導(dǎo)軌上，經(jīng)試驗(yàn)后由一臺或兩臺頂鎬進(jìn)行頂進(jìn)，頂進(jìn)一節(jié)之后緊接著焊接鋼管，焊接鋼管的過程要嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量，連續(xù)頂進(jìn)就位。鋼管前端不封口，吃土頂進(jìn)不對路基產(chǎn)生擠壓，不會發(fā)生路基變形現(xiàn)象，能保證線路運(yùn)行安全。鋼管就位之后，向鋼管內(nèi)澆筑低標(biāo)號大坍落度自密實(shí)混凝土，保證鋼管內(nèi)填充密實(shí)。橋體結(jié)構(gòu)的有效長度為25.3米，鋼管間隙10cm，所需直徑為600mm的鋼管數(shù)量約為35根。

第四，待所有鋼管全部頂入后，在管頭下做1.5m×2.0m混凝土梁封閉，管中澆筑C30碎石混凝土，頂進(jìn)就位后低的鋼管用鋼筋網(wǎng)電焊連接澆筑混凝土，高的鋼管采用切割機(jī)切除高出部分。

第五，所有的加固項(xiàng)目施工完畢之后，開始開挖頂進(jìn)。

（3）對現(xiàn)狀的糾偏措施

第一，頂橋前端全部開挖不吃土，使橋前端抗力為零，使其不產(chǎn)生向銳角側(cè)的分力。橋體鈍角外側(cè)路基打設(shè)鋼板樁護(hù)住路基，挖空預(yù)留出調(diào)整空間，同時(shí)在銳角一側(cè)用頂鐵和方木填實(shí)。增加銳角一側(cè)頂鎬頂力，利用頂力產(chǎn)生的扭矩，恢復(fù)框架橋中線位置。

第二，在橋體上到鋼管排后，便不會再產(chǎn)生扎頭現(xiàn)象，順著鋼管的方向慢慢抬起。

（4）施工特點(diǎn)

目前線路已經(jīng)處于加固狀態(tài)，以上幾種措施對鐵路路基不產(chǎn)生破壞，能起到繼續(xù)穩(wěn)固路基的作用，施工期間能夠保證線路的運(yùn)營安全，處理完畢后，頂進(jìn)可以連續(xù)進(jìn)行，中間不停頓，縮短施工時(shí)間，減少對線路的影響。

三、其他方案比選

第一，橋體前端澆筑橫梁：此方案一直在路基底下施工，頂進(jìn)施工不能連續(xù)，放坡太陡，滯水層出水快，易塌方，頂進(jìn)時(shí)橫梁易翻滾，對鐵路路基影響較大，行車危險(xiǎn)性高。

第二，路基底部采用高壓旋噴樁加固：此方案施工操作困難，質(zhì)量控制具有不可預(yù)見性，其次極易造成路基隆起，將嚴(yán)重影響線路的安全。

四、實(shí)施效果評價(jià)

第一，質(zhì)量效果：實(shí)施以上方案后，橋體頂進(jìn)的過程中對橋體的高程進(jìn)行觀測達(dá)到了預(yù)期的效果，并且頂進(jìn)過程不吃土頂進(jìn)，通過調(diào)節(jié)頂鎬頂力以及對刃角土方的控制有效調(diào)整了軸線的偏移問題。橋體就位后高程及軸線偏位如表1所示。

第二，社會效益：該方案在頂進(jìn)框構(gòu)橋頂進(jìn)施工的大幅糾偏中尚屬首次應(yīng)用，在絕對保證既有線行車安全的前提下按既定工期實(shí)現(xiàn)了框構(gòu)橋頂進(jìn)就位的質(zhì)量，高程和軸線偏差均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，實(shí)施效果并得到了業(yè)主、監(jiān)理及相關(guān)單位的認(rèn)可，對今后類似工程具有較強(qiáng)的實(shí)踐借鑒意義。

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（作者單位：中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司）