頂管下穿既有鐵路線施工技術(shù)應(yīng)用

韓淑琳

(國能誠信招標(biāo)有限公司，北京 100161)

0 引 言

近年來，隨著我國城市的快速發(fā)展，規(guī)模不斷擴大，城市中的地下管網(wǎng)在供水、供電、供熱、供電和排污方面起著非常重要的輸送作用，被稱作為城市地下生命線工程。而頂管施工是在不對地面進行全斷面開挖埋設(shè)管線的情況下，通過千斤頂從始發(fā)工作井沿預(yù)留洞口將管道頂入，緊接頂管后進行管道敷設(shè)，不斷接長頂入，直至管線貫通至接收井。這種頂管施工技術(shù)在下穿既有道路、建筑物過程中對既有構(gòu)造物無干擾破壞，適應(yīng)各種地層，在施工過程中安全可靠，表現(xiàn)出極大的優(yōu)越性與先進性。

與明挖法相比，頂管施工工作面小，地下地質(zhì)情況不能清楚全面的掌握，外部環(huán)境對施工影響較大，在既有鐵路列車通行荷載的作用下，頂管范圍內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境處于變化的應(yīng)力環(huán)境當(dāng)中，而且在地層中容易發(fā)生不均勻沉降，出現(xiàn)偏差修正難度較大，在外部環(huán)境復(fù)雜情況下，頂管施工過程難以準(zhǔn)確控制，一定程度上影響了頂管施工的質(zhì)量，因此，本文對頂管下穿既有鐵路線施工工藝進行歸納總結(jié)，確保既有鐵路線的運營安全。

1 工程背景

本項目頂管工程包含給水、通信、電力三種類型，管道內(nèi)徑依次為1.55 m、1.55 m、1.95 m，共計3條鋼筋混凝土管道、4個出發(fā)井、2個接收井。采用頂管施工下穿鐵路與道路，頂管總長為385.5 m。其中，通信管和給水管共用同一出發(fā)井、接收井，出發(fā)井結(jié)構(gòu)尺寸均為11 m×13 m，接收井結(jié)構(gòu)尺寸為7 m×13 m；電力管井與其相鄰，出發(fā)井結(jié)構(gòu)尺寸為11 m×7 m，接收井結(jié)構(gòu)尺寸為7 m×7 m。

2 頂管施工關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況，頂管下穿鐵路、道路施工采用土壓平衡機械進行頂進作業(yè)。土壓平衡機械頂管下穿既有線路施工，可不中斷交通，頂進施工速度快，地表沉降小，對路面結(jié)構(gòu)影響小等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于地下管線頂管施工中。

2.1 工作坑開挖

出發(fā)井四周通過設(shè)置φ1.25 m、φ1 m鉆孔防護樁進行防護，接收井則采用12 m鋼板樁進行防護。工作坑開挖采用普通挖掘機+長臂挖掘機方式開挖，挖至基底以上10 cm時由人工開挖，自卸汽車棄土。頂進井采用排木后背，僅靠后背墻安放200 mm×200 mm的方木排木，寬3 m，高3 m，排木外側(cè)立2～4根I40工字鋼，在立鐵外側(cè)放一根大剛度橫鐵，千斤頂作用在橫鐵上。頂進過程中，出發(fā)井用以支撐千斤頂?shù)膲Ρ谛杈邆渥銐虻膹姸瘸惺芮Ы镯數(shù)姆赐屏?。同樣，墻壁?yīng)平整并與管軸線垂直，以免偏心受壓。

2.2 頂進施工

頂進前，先在工作坑底板上安裝機械頂管行走的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌兩側(cè)用工字鋼進行焊接固定，并將工字鋼另一端端頭抵在側(cè)墻上。機械入洞前，需在前進方向的墻壁上裝上止水環(huán)，以防止地下水流進工作井中。用起重機吊裝頂管機，將頂管機放入頂進坑內(nèi)的導(dǎo)軌上。

在頂管機前端距井壁大約0.3 m時，先把洞口處的墻壁鑿掉，然后人工向前挖進大約0.8 m。再將機頭慢慢推入洞口中。當(dāng)?shù)侗P進入孔洞內(nèi)時，調(diào)整止水環(huán)的位置，使地下水完全被封閉。開啟頂管機刀盤，當(dāng)土倉壓力達到100 kPa時，此時螺旋輸送機的土壓力也達到70 kPa左右。掘進機剛?cè)胪習(xí)r，由于只受導(dǎo)軌的約束，機頭很容易旋轉(zhuǎn)。因此，掘進機在入土后的大約 m的頂進過程中，頂管的頂進速度宜控制在5 mm/min以下，防止掘進機頭部整體轉(zhuǎn)動，頂進過程中隨時觀察掘進機頭部傾斜和轉(zhuǎn)動變化，及時校正調(diào)整。頂進2 m后，當(dāng)機頭頭部不在發(fā)生轉(zhuǎn)動時，頂進速度可適當(dāng)提高。當(dāng)機頭完全埋入土中后，土倉壓力宜控制在50～80 kPa，第一段混凝土管反向封閉。

在頂管施工過程中，起減阻作用的泥漿必須同步注入，這是降低頂管過程中的管壁與土的側(cè)摩阻力、提高頂管速度的一項重要施工環(huán)節(jié)。減阻泥漿由膨潤土制備，并通過機頭尾端的注漿孔注入，邊頂進，邊注漿，形成原始漿套。每節(jié)管道上設(shè)有3個注漿孔，用來持續(xù)不斷的補充灌漿。

2.3 泥漿置換

頂管施工完成后，需要用水泥和粉煤灰漿將頂推過程中注入的膨潤泥漿液替換掉，以將管壁與土層空隙進行填充加固，水泥∶粉煤灰∶水的配合比為1∶3∶5。通過管道內(nèi)的壓漿孔壓注，且不少于3次，間隔時間不超24 h。每兩節(jié)管道編排成一組，兩節(jié)管道的內(nèi)部孔道分別作為灌漿和排漿孔兩部分。清洗灌漿泵，將吸漿龍頭放入漿池，啟動注漿，將第1組灌漿孔打開，待出漿孔出漿后，關(guān)閉閥門，再將第2組打開，依此類推，直至全線貫通。換漿后，必須進行雷達探測，雷達探測到的孔洞必須用水泥和粉煤灰漿補注填塞。

3 頂管施工問題及防護措施

3.1 管道軸偏過大

頂管施工過程中，如果管道頂進軸線與目標(biāo)軸線相比，偏差過大時將會造成管道彎曲，管接頭損壞，接口滲漏等病害。因此，在頂管施工前，需要認真調(diào)研管道通過區(qū)域的地質(zhì)條件，用以指導(dǎo)管線軸偏糾正。糾偏工作應(yīng)按照多測量，多糾偏的作業(yè)方法進行。在頂進過程中，采用同規(guī)格千斤頂，通過同步頂推控制系統(tǒng)，使千斤頂?shù)捻斖屏?、行程與速度保持同步一致，頂力的合力線與管道中心線重合。同時，要對頂管后背的施工質(zhì)量進行嚴格控制，保證后背不動、且平整，這樣才能確保頂管設(shè)備的安裝精度。

3.2 地面沉降與隆起

如果在頂管結(jié)束后，管線兩側(cè)的地表發(fā)生局部沉降或者隆起。此時，要嚴格控制頂管軸線的偏差，頂進過程中多測量、多糾偏。頂進過程中，需要準(zhǔn)備充足的符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的潤滑支撐介質(zhì)注入到管壁周圍與土層之間的環(huán)形空間中去，充當(dāng)填充作用。施工結(jié)束后，用水泥或粉煤灰置換潤滑泥漿。

3.3 頂力突然增大

頂進過程中，出現(xiàn)頂力突然增大時，應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件配制合適的漿液，采用同步注漿法，及時沿線補注足量泥漿，并定期檢查泥漿的質(zhì)量，尤其泥漿中不得含砂。施工前，對設(shè)備進行仔細檢查。

3.4 管道接口滲漏

為防止管道接頭滲水、漏水，必須對管節(jié)及接頭的密封材料進行嚴格把關(guān)，禁止使用不合格品。嚴格控制管線軸偏，避免接頭不平，降低膠圈的密封效果。下管時，要注意采用橡膠墊保護管口。采用F型插口管材時，應(yīng)選用質(zhì)量合格，型號配套的橡膠圈，下管前應(yīng)加潤滑油，安裝正確。

3.5 鋼筋混凝土管節(jié)裂縫

管節(jié)縱向和環(huán)向有明顯裂縫，造成管道滲水、漏水現(xiàn)象時。主要是鋼筋混凝土管節(jié)質(zhì)量不合格，進場前需對管節(jié)質(zhì)量嚴格把控。施工過程中，嚴格控制管道軸線偏差以及管節(jié)所能承受的頂力。在管節(jié)運輸、吊裝過程中采取管墊等保護措施，輕拿輕放。

3.6 頂管前端正面土體坍塌

在頂管過程中， 如遇到地面塌陷情況時， 根據(jù)現(xiàn)場實際情況，采取短開挖、勤頂進措施，隨時關(guān)注土質(zhì)變化，并向土倉內(nèi)加泥漿，確保開挖量與頂進量保持相當(dāng)，以達到倉壓力平衡。

4 結(jié) 語

本文以頂管下穿既有鐵路線施工為工程背景，介紹了土壓平衡頂管施工工藝，其中工作井開挖、頂進施工及泥漿置換是整個施工過程中主要施工步驟，對施工關(guān)鍵技術(shù)進行了詳細的介紹，最后對頂管施工過程中經(jīng)常遇見的施工問題，如頂管軸偏過大、地面沉降與隆起、頂力突增、管線接口滲漏、管節(jié)開裂以及頂管前端正面土體坍塌等施工問題，給出具體的防護措施，可為類似工程提供借鑒與參考。