大直徑夯管超前支護(hù)施工技術(shù)

曠啟德

（廣東省基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510000）

1 工程概況

某工程采用2孔凈跨徑18.2m×6.0m預(yù)制頂推框架橋下穿某高速公路，橋梁全長(zhǎng)51m，總寬42.6m，斜交相交角為63.881°。

框架橋頂板、側(cè)墻厚1.3m，底板厚1.4m，采用C40混凝土結(jié)構(gòu)，分3節(jié)頂推，單節(jié)長(zhǎng)度17m，節(jié)與節(jié)之間設(shè)3cm沉降縫。

2 管棚設(shè)計(jì)

由于框架橋上覆土不到3m，為確保施工期間高速公路正常使用，沿箱涵外輪廓線外側(cè)采用大直徑夯管進(jìn)行超前支護(hù)，起到等同于管棚的作用，以確保沉降控制在行車允許條件內(nèi)。（1）根據(jù)箱涵外包尺寸設(shè)計(jì)，管幕采用Ф500鋼管與Ф728鋼管組成封閉結(jié)構(gòu)。其中Ф500鋼管布置在涵頂與兩側(cè)位置，Ф728鋼管布置道路中心線位置。（2）管幕單根長(zhǎng)度為50～60m，采用Q235鋼管，鋼管單節(jié)長(zhǎng)度為12m，鋼管接長(zhǎng)時(shí)接頭采用坡口焊接。（3）Ф500管幕和Ф728管幕采用夯管法施工工藝，精度控制在10cm以下。（4）鋼管夯通后利用風(fēng)壓將管內(nèi)土壤壓出，再填注自密實(shí)混凝土，形成鋼管混凝土帷幕。

3 夯管施工工藝流程

夯管施工包括測(cè)量放樣、設(shè)備安裝、鋼管夯進(jìn)、取土、灌注混凝土等工序。其施工工序流程如圖1所示。

圖1 夯管施工工藝流程圖

4 夯管施工

4.1 管棚施工精度控制

管棚精度控制：水平±50㎜；垂向±50mm。沉降控制：高速路面容許最大沉降量30㎜，沉降坡度1‰，故因管幕施工造成的地面沉降應(yīng)控制在10㎜內(nèi)。

4.2 夯管施工

（1）施工順序及設(shè)備。先施工箱涵頂部管棚，頂部管棚施工完畢后，再施工箱涵兩側(cè)和中間的管棚，自上而下交替進(jìn)行。施工前需先搭設(shè)支架，在支架上同時(shí)鋪設(shè)4條導(dǎo)軌，由西向東一次夯入。采用TT450夯錘，直徑為450mm/510mm（內(nèi)徑/外徑），長(zhǎng)度為2850mm，重量為2465kg，耗氣量為35m3，沖擊參數(shù)為180次/min，夯擊力為1160t/次；選用26.5m3空壓機(jī)。管棚施工采用0.3%的仰角與軸線夾角，防止夯進(jìn)完成后遠(yuǎn)端下沉。夯管作業(yè)的第一節(jié)鋼管應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)些，以取得較好的導(dǎo)向作用。在管外壁均焊接互鎖式定位導(dǎo)向器，每根鋼管管首安裝切削環(huán)，保證鋼管夯擊時(shí)不被障礙物壓壞變形。

（2）測(cè)量放樣。在工作坑內(nèi)測(cè)放出管棚的輪廓線，距離箱涵拱部開(kāi)挖輪廓線10cm。

（3）設(shè)備安裝。①搭設(shè)夯管作業(yè)平臺(tái)。鋼管固定在工字鋼支架，工字鋼豎向放置，利用槽口承托鋼管，工字鋼根據(jù)鋼管直徑確定。下面鋪[10槽鋼，間距1m，槽鋼和工字鋼間用肋板焊接牢固，槽鋼固定在支架上，具體如圖2所示。②導(dǎo)向器及鋼管的安裝。第一，夯管導(dǎo)向器。引導(dǎo)后續(xù)鋼管的夯進(jìn)方向，防止鋼管縫隙過(guò)大，鋼管焊接導(dǎo)向連接器?；ユi導(dǎo)向器示意圖如圖3所示。導(dǎo)向器采用10mm鋼板軋制，一側(cè)軋成鉤狀，便于與另一個(gè)導(dǎo)向器互鎖；另一側(cè)焊在鋼管上，導(dǎo)向器寬為6cm。第二，管材的預(yù)加工、安裝。為保證焊接質(zhì)量，需將每段鋼管的兩端端口處打成30°坡口，在前端加焊15cm寬的切削鋼環(huán)，減少管壁與土壤的摩擦力，確保鋼管前端遇到障礙物不變形，如圖4所示。

圖2 夯管導(dǎo)向平臺(tái)示意圖

圖3 互鎖導(dǎo)向器示意圖

圖4 切削鋼環(huán)示意圖

（4）夯管作業(yè)程序。①采用吊車吊裝鋼管及夯錘。首先，在工作坑里搭設(shè)夯管導(dǎo)軌；其次，先將夯錘從工作坑上方吊下；再次，用吊車將夯錘吊運(yùn)至需要的位置，先將夯錘放入導(dǎo)軌內(nèi)，后使夯錘前端空出鋼管的位置；最后，將加工好的夯管擺放到夯管軌道上。②夯錘安裝的連接配件由供氣管、連接拉緊帶、出土器等組成。必須使錘體與夯管中心位置一致。③夯管為無(wú)縫鋼管，單根長(zhǎng)度為12m，采用TT450夯錘帶土夯進(jìn)，夯進(jìn)動(dòng)力由1臺(tái)大功率空壓機(jī)提供。④將夯管與夯錘擺放到軌道后，使夯管與夯入中心線重合，將互鎖導(dǎo)向器焊接到夯管兩側(cè)。夯入1m時(shí)停止，按照中心軸線復(fù)測(cè)，如有偏差立即糾正。⑤第一節(jié)管夯進(jìn)后，拆除夯錘，采用電弧焊接接長(zhǎng)夯管，夯管作業(yè)和夯管接長(zhǎng)焊接交替流水作業(yè)。第1節(jié)夯管夯進(jìn)的方向會(huì)影響最終方向，必須嚴(yán)格控制，開(kāi)始時(shí)以較小夯擊力啟動(dòng)，逐漸加大夯擊力，保持夯管、夯錘處于同一軸線上；保持夯錘和夯管的緊密連接，要隨時(shí)拉緊兩側(cè)的繩帶；要對(duì)作業(yè)平臺(tái)的水平進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)導(dǎo)軌沉降超過(guò)3mm時(shí)，或夯管軸向偏差大于3mm時(shí)，停止作業(yè)，調(diào)正導(dǎo)軌和夯錘。

（5）取土、洗管。在打壓一端封堵管頭，留出打壓小管孔。利用氣壓將土石整體一次排出，最大氣壓不得超過(guò)0.7MPa，也可用高壓水槍將鋼管沖洗干凈。

（6）灌注混凝土。夯管施工完成后，在出露端封堵并焊接混凝土灌注管，安設(shè)排氣管，管口要求高于管棚10cm。利用輸送泵高壓灌注自密實(shí)混凝土，連接灌注管壓入自密實(shí)混凝土，壓力達(dá)到0.5MPa，穩(wěn)定5～10min，封堵端口。自密實(shí)混凝土要做試件，同條件養(yǎng)護(hù)，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值90%以后再進(jìn)行下一道工序施工。

（7）夯進(jìn)方向及高程控制。①方向控制。第一，夯進(jìn)過(guò)程中，時(shí)刻觀測(cè)夯錘中線與鋼管中線不發(fā)生偏離，若發(fā)生偏離可通過(guò)調(diào)整夯錘兩側(cè)拉索松勁校準(zhǔn)。第二，導(dǎo)軌的穩(wěn)固性、方向準(zhǔn)確性是最關(guān)鍵的，安裝后的導(dǎo)軌應(yīng)牢固，應(yīng)經(jīng)常檢查、校核，使用過(guò)程中不得有位移。第三，導(dǎo)軌安裝允許偏差應(yīng)為頂面高程0～+3mm，軸線位置3mm。第四，在安裝夯錘時(shí)，保證夯錘與夯管同心同軸。第五，遵循勤勘測(cè)的原則，開(kāi)始的兩根夯管要加密校核頻率，發(fā)現(xiàn)偏差糾正過(guò)來(lái)。第六，注意夯錘工作參數(shù)的調(diào)整，第一根管夯入土層應(yīng)“輕錘慢進(jìn)”，反復(fù)校核鋼管方向。第七，把好焊接關(guān)。鋼管端面必須平，切口平面垂直于管軸。為保證夯管的平直，接口焊接必須在鋼軌上進(jìn)行，嚴(yán)禁將鋼管完全夯下導(dǎo)軌。②高程控制。在確定定位管下口高程符合設(shè)計(jì)圖紙后，由測(cè)量人員沿夯管基座邊線每2m設(shè)置一個(gè)木樁，放出導(dǎo)軌上邊高程+30cm的一條前高后低爬坡線，坡度根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)情況而定，擺放枕木基座及導(dǎo)軌時(shí)參照這條高程線。待枕木碼放齊后，用水準(zhǔn)儀復(fù)核高程及坡度，經(jīng)細(xì)調(diào)后安放工字鋼導(dǎo)軌。

5 確保管棚安全穿越高速公路的措施

（1）進(jìn)場(chǎng)施工前在高速公路管理部門辦理相關(guān)審批手續(xù)，對(duì)已探明和改移的纜線須進(jìn)行有效的防護(hù)。（2）在夯進(jìn)的過(guò)程中雖然不會(huì)破壞原狀土體的穩(wěn)定性和整體性，但還是要對(duì)高速公路路基進(jìn)行觀測(cè)。（3）施工監(jiān)控。①監(jiān)控原則。提供準(zhǔn)確可靠的測(cè)量數(shù)據(jù)及結(jié)果，有效指導(dǎo)施工，保證高速公路安全。②測(cè)量數(shù)據(jù)在當(dāng)天收集后，要及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、整理分析結(jié)果以便及時(shí)指導(dǎo)施工。每天對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目觀測(cè)兩次，如出現(xiàn)異常現(xiàn)象需要加大觀測(cè)頻率，并及時(shí)向高速公路管理部門匯報(bào)。③現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控測(cè)量項(xiàng)目。該項(xiàng)目主要是路面沉降、變形、橢變度等項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)。

6 施工效果

在直徑夯管超前支護(hù)加固后，在框架橋盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)工程中，對(duì)高速公路進(jìn)行沉降、變形、橢變度等項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果的累計(jì)變化值較小，路面沉降最大值為8mm，小于設(shè)計(jì)要求的20mm，有效確保了公路的運(yùn)營(yíng)安全，保證盾構(gòu)頂進(jìn)的順利進(jìn)行，高速公路的路面變形量也得到了有效的控制。