復雜地質條件下鐵路、公路穿越技術錨噴一襯施工工藝

【摘要】近年來，鐵路、公路等主管部門針對油氣管道穿越其設施提出越來越高的要求。《公路安全保護條例》實施以來，其條文明確要求在公路建筑控制區(qū)范圍的油氣管道必須向公路等主管部門提出申請。以河北省高速主管部門為例，要求油氣管道穿越高速的作業(yè)坑須在建筑控制區(qū)范圍之外，這就導致頂管穿越長度較長，有的可達到百米以上，在地質較好的地段，頂管工藝還可適用，但在山區(qū)、丘陵處的公路、鐵路穿越地段地質較為復雜，穿越層多卵礫石、碎石或高強度基巖、花崗巖等，頂管工藝難以進行穿越，從而推出錨噴一襯施工工藝方法。

【關鍵詞】豎井；錨噴一襯

1、錨噴一襯施工工藝流程

在碎石、花崗巖等復雜地質情況下，采用的錨噴一襯施工工藝流程主要分三個步驟：工作豎井施工、錨噴一襯、套管頂進。

2、錨噴一襯施工方法

2.1工作豎井施工方法

在花崗巖等地質情況下，豎井施工可采用倒掛井壁法。豎井施工包括井口鎖口圈梁及井口圍護、豎井井身初襯、豎井提升系統(tǒng)等方面的內容。

2.1.1豎井作業(yè)準備

豎井施工前對施工準備工作做一次詳細檢查，尤其需要挖探槽進一步探查地下管線情況，檢查各種防排水、支護監(jiān)測等措施的準備情況。進行詳細的測量放線定位。提前做好工地用料、建材的檢測工作和砂漿、砼配合比的設計工作。

工作豎井深度根據具體情況而定，一般鐵路、公路穿越深度約為5m，上口寬約為7×5m，設臨時鋼支撐，初期支護采用400mm厚的C25網噴混凝土及格柵鋼架組成聯(lián)合支護體系。

2.1.2豎井施工工藝流程及工藝

施工流程主要為豎井施工就以測量定位、豎井鎖口圈施工、豎井井身施工、豎井封底施工、土方開挖、提升系統(tǒng)裝配等幾個主要施工工序作施工說明。

2.1.3豎井鎖口圈施工

1）施工順序。豎井鎖口圈施工主要包括測量放線、土方開挖、鋼筋綁扎、立模以及澆注砼等工序。

2）井口開挖和噴錨支護。確保鎖口圈施工范圍無地下管線的情況下，采用人工開挖土方，必須自上而下分層、分段依次開挖，嚴禁掏底施工。開挖后及時施作“100mm厚C10混凝土墊層”支護結構。

3）鎖口圈鋼筋綁扎。鎖口圈鋼筋在鋼筋加工廠加工，嚴格按照井口尺寸及相關規(guī)范要求進行加工。加工前需先對鋼筋調直及除銹，確保鋼筋潔凈，無損害，表面無油、漆污、鐵銹，鋼筋調直后平直、無局部彎折。

4）鎖口圈模板支撐。鎖口圈模板施工采用定型鋼模板，復合木板輔助，模板接縫處塞膠條防止漏漿。模板拼裝前及時、準確放樣，以20cm垂直間距設好鎖口圈邊線檢查點。模板背后使用方木及架子管支撐固定，各接觸點頂緊塞實，架子管連接處使用旋轉扣件固定牢固。

5）混凝土澆注?；炷恋燃墳镃20，采用插入式振搗棒振搗，澆筑沿鎖口圈軸線方向采用“一個坡度、薄層澆注、循序推進、一次到頂”的連續(xù)澆筑方法。在每個澆注部位的前后布置兩道振搗器，第一道布置在混凝土卸料點，主要解決上部混凝土的搗實。第二道布置在混凝土坡腳處，確保下部混凝土搗實，混凝土澆注向前推進，振搗器搗固跟上，確保整個混凝土體的質量，搗固上層時，插入下層不小于50mm，不大于300mm，保證上下層連接。

2.1.4提升架安裝

豎井提升系統(tǒng)采用卷揚機提升系統(tǒng)。

2.1.5豎井井身施工

豎井開挖施工先將空壓機、注漿機、真空泵、攪拌站、風鎬等設備調試良好。并在開挖前備足錨噴料、雙液漿等以備急用。

1）豎井井身開挖

豎井開挖時從開挖輪廓線上一點沿順時針（逆時針）進行順序開挖，嚴格控制開挖步距。

2）初支施工

開挖完成后即進行初噴，封閉開挖后的臨空面土體，噴射混凝土厚度4～8cm。

格柵的安裝：首先豎井中線要準確，設交叉十字線控制，避免格柵偏離中線造成嚴重的超欠挖現(xiàn)象；控制標高從地面引到豎井內，用水準儀控制每榀格柵標高。

鋼筋網片焊接：φ6.5@150×150mm鋼筋網內外雙層布設，搭接一個網眼，焊接固定，噴砼時不允許晃動。

連接筋焊接：連接筋采用Ф20鋼筋，水平間距0.5m，內外側間隔布置。

3）豎井封底

豎井開挖至設計標高后，豎井底部采用Ф14@0.1×0.2m，橫縱向排列，鋼筋與格柵預埋鋼板螺栓連接，噴射200mm厚C25混凝土。

2.1.6后背梁施工

后背梁梁長5m，錨入底板以下70cm，采用Ф16、Ф10鋼筋和C25混凝土澆筑。

2.2錨噴一襯施工

襯砌采用Ф32、L=2.5m超前小導管，環(huán)向間距300mm；網片采用Ф6，網格70×70mm；格柵主筋為Ф22螺紋鋼，拱架縱向間距0.5m；縱向連接筋采用Ф20鋼筋，環(huán)向間距0.5m；采用300mm厚C25噴射混凝土。

2.2.1施工工藝

根據地質情況，應用巖土力學理論，充分利用和維護土體自穩(wěn)能力，以達到結構及土體穩(wěn)定的目的。在超前支護的前提下嚴格遵循短進尺、強支護、快封閉、勤量測的原則分步開挖支護。

拱部弧型部分順著拱外弧線采用人工環(huán)狀開挖，周邊用洋鎬修整，盡可能減少對拱部開挖土體的擾動。

開挖輪廓經尺寸檢查滿足設計要求后，立即初噴5cm厚C25素噴混凝土封閉開挖面，再架立格柵鋼架，依據斷面中線及標高，準確就位。由于分步開挖，格柵鋼架架立時注意控制連接板精度。每片格柵鋼架間采用螺栓連接，要求保證螺栓連接質量。拱腳部位嚴禁架立在虛土上，如存在超挖，應用混凝土墊塊或木板墊塞牢固，同時每拱腳各打設φ32，2.5m長的鎖腳錨管，錨桿尾段與拱架焊接牢固，控制拱部下沉。格柵鋼架定位后，掛設φ670×70mm鋼筋網片，鋼筋網緊貼初噴混凝土，掛在格柵鋼架外側，鋪設平順，用細鐵絲與格柵鋼架綁扎牢固。格柵鋼架間采用縱向聯(lián)接筋連接，聯(lián)接筋縱向搭接長度滿足規(guī)范要求（單面焊10d，d為鋼筋直徑），同時保證焊接質量。

上述各項經檢查符合要求后，即進行噴射C25混凝土到設計厚度，噴射時由拱腳自下而上分層進行，保證混凝土噴射密實，不留空洞。

在開挖支護過程中應嚴格控制開挖進尺，避免冒進，每循環(huán)開挖進尺為一榀格柵間距，即0.5m。用激光指向儀控制開挖中線及水平，確保開挖斷面圓順，無欠挖，開挖輪廓線充分考慮施工誤差、預留變形和超挖等因素的影響。對意外出現(xiàn)的超挖或局部塌方應采用噴砼回填密實，并及時進行背后回填注漿。

開挖過程中必須加強監(jiān)控量測，當發(fā)現(xiàn)地面沉降或拱頂、拱腳和邊墻位變形值超過設計允許值或出現(xiàn)突變時，應停止掘進，打錨桿掛網，噴射混凝土封閉掌子面，及時加設臨時支撐或仰拱，形成封閉環(huán)，控制位移和變形。做好開挖的施工記錄和地質斷面描述，加強對洞內外的觀察。

2.2.2格柵架設施工工藝及技術

為保證管道開口處的結構安全，開挖前先沿初襯外輪廓打設超前導管、注漿支護再開挖，同時該處并排架設2榀初支格柵，加強支護。管道洞室開挖成形后，為防止開挖面暴露時間過長，引起坍塌，應立即進行格柵掛網噴射混凝土施工。

1）格柵鋼架的制作

格柵鋼架在鋼筋加工廠采用冷彎分段制作，段與段之間采用角鋼螺栓連接。加工完拭拼合格后，運至現(xiàn)場安裝。格柵質量必須符合下列條件。

（1）加工成型的格柵鋼架應圓順；允許偏差為：拱架矢高及弧長±20mm，架長±20mm。

（2）格柵鋼架組裝后應在同一個平面內，斷面尺寸允許偏差為±20mm，扭曲度為20mm。

（3）格柵鋼架各單元主筋、加強筋、連接角鋼焊接成型，片與片之間用螺栓栓接。

2）格柵鋼架的安裝

格柵架設質量要求

（1）格柵鋼架應架設在與管道軸線垂直的平面內，安裝位置允許偏差為：與線路中線位置支距不大于30mm，垂直度5%。

（2）格柵鋼架保護層厚度≮25mm，其背后應保證噴射混凝土密實。

（3）格柵鋼架安設正確后，縱向必須用鋼筋連接牢固，并與鎖腳錨桿焊接成一體。

3）鋼筋網加工架設

鋼筋網在現(xiàn)場編制加工成0.65m×1.5m的網片，加工時，Ф8盤條冷拉調直并除銹后現(xiàn)場截取編網，點焊成網片，工作面鋪設。

網片加工、鋪設應符合下列要求：

（1）鋼筋網片應與格柵鋼架連接牢固，網片搭接長度不少于20cm。

（2）網片鋪設應緊貼支護面并保持30mm的保護層。

2.2.3噴混凝土施工工藝

1）濕噴混凝土機具及工藝流程。噴射混凝土采用噴射干噴工藝。噴射用混凝土采用現(xiàn)場拌合，由豎井下料管入運料車運至噴射工作面。噴射混凝土配合比由現(xiàn)場試驗室根據現(xiàn)場實驗選擇，并經過試驗驗證。

2）噴混凝土特殊技術要求。噴射混凝土采用濕噴工藝，噴射設備采用混凝土噴射機，人工掌握噴頭直接噴射混凝土。

噴射混凝土作業(yè)在滿足《錨桿噴射混凝土支護規(guī)范》有關規(guī)定的基礎上，采取以下技術要求：

（1）攪拌混合料采用強制式攪拌機，攪拌時間不小于2分鐘。原材料的稱量誤差為：水泥、速凝劑±1%，砂石±3%；拌合好的混合料運輸時間不得超過2小時；混合料應隨拌隨用。

（2）混凝土噴射機具性能良好，輸送連續(xù)、均勻，技術性能滿足噴射混凝土作業(yè)要求。

（3）噴射混凝土在開挖面暴露后立即進行，作業(yè)符合下列要求：

噴射混凝土作業(yè)應分段分片進行。噴射作業(yè)自下而上，先噴格柵鋼架與拱壁間隙部分，后噴兩鋼架之間部分。

噴射混凝土分層進行，一次噴射厚度根據噴射部位和設計厚度而定，拱部宜為5cm～6cm，邊墻為7cm～10cm，后噴一層應在先噴一層凝固后進行，若終凝后或間隔一小時后噴射，受噴面應先用風水清洗干凈。

噴射混凝土噴頭垂直受噴面，噴頭距受噴面距離以0.6m～1.2m為宜。噴頭連續(xù)、緩慢做橫向環(huán)行移動，使受噴面厚度均勻、密實。

噴射混凝土作業(yè)應保持供料均勻，噴射連續(xù)。

正常情況采用干噴工藝，混凝土的回彈量邊墻不大于15%，拱部不大于25%。

（4）噴射混凝土終凝2小時后開始灑水養(yǎng)護，灑水次數(shù)應以能保證混凝土具有足夠的濕潤狀態(tài)為度；養(yǎng)護時間不得少于14天。

（5）噴射混凝土表面應密實、平整，無裂縫、脫落、漏噴、空鼓、滲漏水等現(xiàn)象，平整度允許偏差為±3cm。

2.3套管頂進施工

2.3.1頂管

頂進套管尺寸根據具體管道外徑選擇，內徑大于300左右為宜。

管口形式可選擇鋼承口、企口等方式。

2.3.2頂管注漿加固

頂管施工過程中，為了保證管線質量和施工期間公路、鐵路運營線安全，開挖前采用超前小導管注漿預加固地層，小導管采用Ф32普通鋼管，長度2.5m，間距每米設三根，搭接1.25m，外插腳15°，布置在上半圓弧的外側。注漿漿液為改性水玻璃，注漿壓力宜控制在0.1-0.5Mpa。

2.3.3頂進

1）平基

在頂管施工開始前，對結構內底進行全面的測量，校正其中誤差，根據設計坡度在底部做平基以滿足頂管需要。

2）導軌

（1）采用43kg/m鋼軌作為導軌，長度為6m，導軌間距為86cm。

（2）兩導軌順直、平行、等高、其縱坡與管道設計坡度一致。

（3）導軌安裝允許偏差為：

軸線位置 3mm 頂面高程 0～+3mm 兩軌間距 ± 2mm

（4）安裝后的導軌牢固，不得在使用過程中位移，需經常檢查、校核。

3）后背

為滿足頂進過程中后背力的要求，后背梁采用C25混凝土，厚度1.2m、寬度5m，高度為2m。

4）頂管

（1）下管：采用人工滾管，吊車下管。

（2）頂進施工完成后要認真測量、填寫記錄，記錄要求真實、整潔、字體工整。

（3）在路基坡腳外每次頂進進尺不超50cm，進行路基后每次頂進進尺不超30cm，土質情況較差須適當縮小進尺。

2.3.4管外注漿

為了保證公路、鐵路的安全運行和路基土質的穩(wěn)固，在頂管全線完成后，須進行管外的注漿處理，必須嚴格控制注漿量及注漿壓力。管外注漿一般采用泥漿泵注入水泥注漿法，將施工中的空隙全部注滿，施工完成后對鐵路路基進行雷達探測，保證施工后的土質穩(wěn)定性，確保公路、鐵路的安全運行。

3、事故處理方式

錨噴一襯施工方法易引起兩部分事故，塌方與地表沉降。當出現(xiàn)以上兩種情況時，可采用以下處理方式。

1）塌方量較小時的處治方法

（1）對塌方相鄰地段作強支護，以控制塌方的發(fā)展和蔓延；（2）待相鄰段穩(wěn)定后，以短進尺清渣；（3）清除危石后立即施噴混凝土；（4）打錨桿或超前注漿管棚；（5）掛鋼筋網復噴混凝土至設計厚度；（6）進行監(jiān)控量測；（7）循序漸進，往前施工；（8）襯砌加強（鋼拱加徑向型鋼支撐）。

2）塌方量很大或通頂時的處治方法

（1）對塌方相鄰段作強支護，以控制塌方的發(fā)展和蔓延；（2）對塌體從地表（淺埋時）或隧道內沿開挖線以外打孔注漿或超前管棚注漿，膠結松散塌體；（3）待穩(wěn)固后，小段清渣；（4）及時掛網、噴混凝土；（5）安設鋼支撐，并縱向連接，上下與錨桿焊接形成為一初期支護的完整受力體；（6）進行監(jiān)控量測；（7）循序漸進，往前施工；（8）襯砌加強（護拱腹部留空）。

3）地表有沉陷的處治方法

（1）地表處理。地表及時回填并夯實（或噴混凝土封閉），可預埋注漿管，搭防雨棚（或植草皮），挖排水溝；（2）對塌方相鄰段作強支護，以控制塌方的發(fā)展和蔓延；（3）塌方體處理，洞內塌體用鋼軌或小鋼管棚超前支護；立鋼拱架，在排與排之間施焊鋼筋連接，使之成為整體。（4）塌渣處理，隨挖隨撐；超挖部分用同級混凝土回填（或用漿砌片石回填）；（5）進行監(jiān)控量測；（6）循序漸進，往前施工；（7）襯砌按鋼筋混凝土結構進行特殊設計。

4、結論

本施工工藝在普通機械式頂管無法有效穿越的情況下，很好的解決了公路、鐵路穿越，對在山區(qū)、丘陵等穿越地段有一定借鑒意義。